智能變電站電氣二次專業設計軟件應用研究

摘 要：隨著智能變電站建設的深入開展，國家電網公司提出了一系列新的技術標準和要求，如“標準配送式”、“模塊化”、“通用設備”、“三維設計”等新名詞出現在了各種規范要求中，針對電氣二次專業，如預制光電纜、預制艙式二次組合設備、就地化保護、前面板接線等新技術開始大量在變電站建設中得以實施應用，電氣二次專業有必要對傳統的設計方法進行優化，以適應國家電網公司越來越高的管理要求和未來可能出現的新的變革。現階段變電站二次設計主要依賴于AutoCAD計算機輔助軟件設計圖紙，此設計方式存在諸多不足，本文以傳統設計軟件應用現狀出發，提出基于AutoCAD計算機輔助軟件的高度訂制化的軟件擴展應用，論述了常規圖紙、智能變電站虛回路部分圖紙的繪制步驟，對設計軟件全流程管控提出了需求；最后對設計軟件的發展趨勢提出了設想。

關鍵詞：智能變電站；電氣二次設計軟件

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）29-0084-02

1 變電站電氣二次專業設計軟件應用現狀

目前，國內變電站電氣二次設計主要依賴于AutoCAD計算機輔助軟件設計圖紙，但此作圖方式存在出圖效率低、人工工作量大、正確率依賴于設計人員技術能力、圖紙深度不統一、圖紙表達方式千差萬別等諸多問題，在國家電網公司要求電力建設各環節高度標準化的大趨勢要求下，智能變電站采樣控制就地化、信息數字化、傳輸網絡化，促進了二次系統技術集成、功能集成、裝置集成[1]，同時預制光電纜、預制艙式二次組合設備、就地化保護、前面板接線等新技術開始在大量變電站建設中得以實施應用，我們有必要對傳統的作圖方式進行優化調整。因AutoCAD仍然是工程設計范圍廣泛使用的軟件，由此我們提出基于AutoCAD計算機輔助軟件的高度訂制化的軟件擴展應用需求。

2 智能變電站電氣二次專業設計軟件功能要求

根據《國家電網公司輸變電工程施工圖設計內容深度規定》的要求，電氣二次專業圖紙主要包含公用部分、自動化部分、主變及各電壓等級部分、交直流一體化電源部分、其它部分等，其中公用部分主要包含全站的二次設備布置、線纜清冊及二次設備材料表[2]，其它卷冊內容主要包含原理圖和接線圖的繪制。以上主要針對常規變電站的電氣二次專業設計的內容。針對智能變電站二次設計，還增加了變電站配置描述文件（以下簡稱SCD模型文件）的配置的工作，也就是傳統的虛端子繪制工作。我們由此提出智能變電站二次設計軟件（以下簡稱設計軟件）的功能應該具備項目管理、成品管理、二次原理圖設計、網絡拓撲圖生成、接線圖生成、光纖回路鏈接配置、虛回路連接配置、通信配置、設計校驗、自動生成設計成品、二次回路可視化瀏覽等功能。同時縱向上能實現與協同設計系統的接駁、資源共享等功能。

現主要對圖紙繪制過程功能進行討論，包含常規部分圖紙和智能部分圖紙部分。

2.1 常規部分圖紙的繪制

首先利用設計軟件對變電站工程情況進行錄入，一次主接線情況，本期終期規模，全站二次設備建立模型。

利用設計軟件對全站二次設備進行規劃布置，利用一次電氣布置圖應用設計軟件對所有二次設備進行標記定位，可利用廠家提供的IPCD模型文件對設備屏柜布置進行物理綁定，為后期線纜敷設及統計提供基礎，生成設備配置圖，包括機柜名稱、裝置名稱及柜內布置示意。根據站控層、間隔層及過程層交換機的布置情況，設計軟件能自動關聯生成全站網絡拓撲圖，并能生成網絡接線圖，接線圖中能表達出交換機名稱、交換機端口、交換機端口所連接裝置名稱及裝置端口等。設計軟件能實現全站自動化網絡的通信配置，包括VLAN標識、組播MAC地址、IP地址分配。

利用設計軟件繪制常規電氣二次原理圖。國內設計院在電氣二次原理圖繪制方面主要有兩種形式：①以編列回路編號為主線的展開圖，加上端子排電纜圖的方式，不接線設備則不出圖，這種繪圖方式的優點是回路清晰，便于施工現場接線讀圖，設計軟件可利用典型間隔原理圖固化成模塊，利于不同工程之間的復制套用，也便于設計人員根據工程實際規模進行高效的組合拼湊；②以設備單元為主線，加上電纜接線表的方式（外資公司多采用此方式，目前國際上的主流方式），這種繪圖方式主要利用廠家的設備圖紙進行集成，優點是設備完整，所涉及電氣元件集中，便于后期運維管理，此方式要求設計軟件內對廠家設備圖紙能進行二次編輯整理，使廠家的圖紙標準化，如果有必要，可建立廠家的典型間隔圖紙庫，并根據廠家設備更新進行批量化升級。以上兩種原理圖方式均要求設計軟件能對典型間隔的原理圖模塊化的管理。因《國家電網公司輸變電工程通用設備》對電氣設備二次接口進行了標準化要求，對需外接的端子排、光口、網口等接口都進行了標準化統一，這為以上軟件功能的實現提供了便利。

以上步驟均需設計人員根據工程實際進行配置，因二次設備之間的關聯已經通過原理圖建立聯系，設計軟件即可通過二次專業的規范、習慣生成設備的接線圖，并能統計出電纜的規格、長度，生成電纜清冊。

最后利用設計軟件配置光纖回路。根據之前生成的網絡拓撲圖和設備的IPCD模型。設計軟件能通過設計人員設定的連接策略（如直采、網采、直跳、網跳等）自動生成全站二次設備的光纖鏈路圖，能表達出光纖回路的材料型號（室外光纜、室內尾纜、尾纖等）、編號、套管顏色、纖芯色標、芯數、去向、光纜配線架的光配單元號及兩側纖芯接口類型（預制光纜接頭、ST/LC等），生成全站的光纜清冊，光纜清冊應包含工程中所有光纜/尾纜/尾纖的信息，包括起點、終點屏柜，光纜/尾纜/尾纖編號、規格、備用芯數等。

設計軟件可結合國家電網對“預制光電纜”等新線纜材料的使用，能智能的對以上電纜、光纜材料進行“并纜”整合，最終生成全站二次線纜清冊。

設計軟件根據以上的工作，即可導出變電站物理配置描述文件SPCD文件，此文件能描述全站物理回路模型。

2.2 智能部分圖紙的繪制

根據以上設計軟件建立的變電站電氣二次物理接線模型，導入廠家提供的單裝置ICD模型文件，設計軟件能自動生成信息邏輯圖，邏輯圖可按間隔或裝置為單位，應表達出裝置名稱、端口、信息流向、信息描述（采樣、狀態、控制、聯閉鎖等）。設計人員即可根據邏輯圖完成虛端子接線。設計軟件能提供“虛實對應”功能，即根據配置的光纖回路連接和虛端子回路連接，展示虛實回路間的對應關系。

2.3 設計過程的校驗

設計軟件能根據設計規范、相關專業要求、自身策略、設計風格和習慣等條件對設計過程進行監督、對人為錯誤進行提示，并對最終成品進行校驗，提高圖紙的正確性。

2.4 設計軟件的輸出成品

通過以上對設計軟件的功能要求，生成了全站電氣二次設備布置圖、電氣二次原理圖、電氣二次接線圖、網絡拓撲圖、信息流圖、虛端子表、電氣二次線纜清冊和設備材料表，即可完成符合設計深度要求的設計成品，且能實現所有成品的電子化、格式多樣性的需求，符合國家電網對變電站建設數字化移交的要求。生成的變電站SCD模型文件可移交施工現場調試人員直接調試使用，避免現場根據設計提供的虛端子表重復配置，減少現場的調試工作量。

3 智能變電站二次設計軟件應用拓展

智能變電站二次設計軟件能在輸出現有設計深度要求的成品的同時，可生成全站的變電站物理配置描述文件SPCD，在國家電網公司開展輸變電工程三維設計的大趨勢下，為變電站二次三維設計提供了基礎，為深化二次專業的三維設計創造了條件。

4 智能變電站二次設計軟件發展展望

隨著國家電網公司一系列標準化建設的推進，為智能變電站二次設計軟件更智能化創造了條件，同時智能變電站二次設計軟件應加強與一次、土建等相關專業的接口，提高各專業設計成品間的相互關聯和復用，在橫向專業內深入挖掘的同時，也應在縱向上結合項目管理流程的銜接，做到全過程的智能化。

5 結 語

國家電網公司提出“模塊化”建設變電站對電氣設備高集成度的應用需求，智能變電站二次設計軟件根據二次專業的特點，加強AI人工智能技術的研究，達到最終替代傳統設計人員的目的，這也便是設計軟件的終極目標。

參考文獻

[1]劉振亞.國家電網公司輸變電工程通用設備.北京：中國電力出版社，2013.

[2]舒印彪.國家電網公司輸變電工程通用設計.北京：中國電力出版社，2017.

收稿日期：2018-9-2

作者簡介：夏械化（1986-），男，工程師，本科，從事電力設計方面工作。