變電站電氣二次專業三維數字化協同設計方案探討

薛峰 鄔超慧

【摘 ?要】現階段，隨著社會的發展，我國的電力工程的發展也突飛猛進。開展變電站三維協同設計及建設工程數據中心是落實“數字電網”建設總體要求的重要舉措，對高質量建設智能電網具有重要意義。探討了三維設計技術在變電站中的應用;探討了三維電纜敷設軟件BRCM在實際工程中的應用。當前三維數字化協同設計作為新時代變電站設計手段，在電網工程中的應用還處于試點階段，各數字化設計軟件功能相互獨立，軟件間無法接口和數據互通，造成工作重復、效率低下，不能滿足三維數字化協同設計和數字化移交的要求。

【關鍵詞】變電站;電氣二次專業;三維數字化;協同設計方案探討

引言

根據變電站二次專業設計現狀，研究變電站二次數字化設計流程和三維電纜敷設方案，提出二維電氣原理圖數字化軟件與三維電纜敷設軟件間的接口和協同設計的方案，實現數字化移交，提高了變電站三維數字化設計的效率，滿足了施工、運維、管理的需要。

1電氣二次專業設計

1.1電氣二次專業設計現狀

傳統變電站設計基于CAD（計算機輔助設計）軟件，以手工輸入為主，自動化程度低，圖紙具有分散性、獨立式等特點，無法與其它專業協同設計，已不能滿足市場的需求。

1.2電氣二次專業數字化設計

為提高數字化設計水平，引進上海欣電電氣數字化軟件（ELEC）。ELEC軟件是針對傳統CAD軟件設計問題，基于變電站集成模式開發，從源頭將二次信息數字化的平臺。通過ELEC軟件，可根據原理圖實現接線設計、自動校核、端子排及電纜清冊生成等，提高變電站二次系統設計自動化、精細化程度，減少手工輸入錯誤，提高設計效率和質量。變電站二次系統采用數字化軟件設計的主要流程如下：根據項目建立工程，確定項目用戶保存于數據庫中，同時建立設備庫、電纜型號庫、芯線功能庫、回路庫等;利用設備庫進行電氣原理接線圖設計，包括電流回路、電壓回路、控制回路、信號回路等;根據電氣設備原理圖和端子排自動生成電纜接線圖，包括電纜編號、回路號、互聯端子等;自動生成含設備編碼、電纜編號、起點、終點等信息的電纜清冊，并根據需要導出相應的格式。

2變電站三維電纜敷設

三維電纜敷設軟件BRCM（Bentley Raceway And CableManagement）基于Bently公司的MicroStation平臺開發，通過讀取電纜清冊的邏輯信息，結合平面設備布置及路徑，自動進行電纜優化敷設，精確統計電纜長度。在ProjectWise（PW）協同工作平臺將BRCM文件夾升級為項目級別的文件夾，實現BRCM工作空間的集成，并在PC機建立SQL數據庫，便于數據讀取;在BRCM軟件建立電纜橋架、電纜溝、埋管、電氣設備等三維信息模型，并完成對模型的智能編碼，同時參考土建、水工等專業的三維信息模型，根據工程實際情況規劃電纜溝、電纜橋架、電氣設備、埋管等路徑;導入含電纜編號、起點、終點的電纜清冊，實現設備模型與電纜清冊模型的匹配;BRCM軟件根據“最優路徑算法”完成電纜自動敷設;根據需要導出電纜敷設拓撲圖、電纜清冊（含長度、路徑等）、材料表等，并將三維模型轉為二維圖紙完成專業提資和施工圖繪制。

3電氣二次專業與其它專業協同設計方案

電氣二次與電氣一次、建筑等其它專業基于PW平臺的協同設計內容主要有三維屏柜布置、電纜敷設、輔控系統布置設計。其中電纜敷設涉及二維ELEC軟件與三維BRCM軟件間的接口及協同設計方案，目前并沒有較好的解決方案。本文提出基于GB/T 51061—2014《電網工程標識系統編碼規范》對變電站的電氣設備進行唯一編碼及ELEC軟件與BRCM軟件間的接口和協同設計方案，以規范電氣設備編碼，提高設計效率，滿足二維數字化軟件和三維電纜敷設軟件協同設計的要求。（1）根據GB/T 51061—2014《電網工程標識系統編碼規范》，對電氣設備統一命名和編碼，使得全站電氣設備編碼具有唯一性、通用性。電氣設備編碼格式見表1，其中“全站碼”、“系統碼”、“設備碼”與Bentley Substation三維模型屬性的“安裝區”、“安裝點”、“元器件標簽”依次對應。（2）設計人員在ELEC軟件中完成電氣原理圖和電纜清冊設計（含電纜編號、設備編碼、起點、終點等）。在ELEC軟件接口界面獲取MicroStation相關數據信息，并依據MicroStation的數據規則選擇對應項目，直接將相關的屏柜信息、電纜信息同步到MicroStation。（3）在MicroStation平臺，BRCM軟件根據欣電軟件導入信息，自動完成屏柜和電纜清冊中設備的關聯及電纜敷設和材料統計。同時，ELEC軟件和BRCM軟件應具有數據比對功能，以提示用戶相關屏柜、電纜等修改信息。在ELEC軟件中新建或修改對應屏柜、電纜等相應模型信息時，BRCM軟件的三維模型也會聯動更新，便于相關專業協同完成電纜敷設工作。

4應用案例

以富平330kV變電站三維協同設計為例，在設計過程中，進行三維設計優化，使站區功能分區明確，工藝流程合理，布置緊湊，進出線方便三維設計軟件可按電力設計現行規范，按照不同的電壓等級，自動尋找三維設備之間的最短帶電距離。軟件發現不符合安全凈距要求的地方會用顏色和框線表示出來，保證設計人員會及時發現并修改，很好的保證設計的安全性，給業主提供最優的解決方案。富平330kV變電站地下設施包括：構支架基礎、電氣設備基礎、電纜溝、道路基礎、圍欄基礎、避雷線塔基礎、生活給水管網、消防給水管網、排水管網等，這些設施的定位及尺寸信息散落在不同專業不同分冊的不同圖紙中。為了保證設計的準確性和設計周期，采用三維協同設計之后，設計人員按照事先規定好的文檔結構，將相關的地下設施模型參考至設計模型中來完成設計。并利用軟件的碰撞檢查功能對原設計模型進行校核及修改避免碰撞的發生。因為富平330kV變電站工程中電纜數量多，溝道網絡復雜，為了保證設計質量和進度要求，在三維設計中通過建立參數化的電纜橋架、電纜溝、埋管等纜道系統，使得自動精確統計電纜及護管長度，設備材料表;電纜敷設功能按照可配置的敷設規則自動化完成全站的電纜敷設路徑優化與長度統計，精確統計電纜長度。本次富平330kV變電站使用了三維協同設計工作模式，借助數字化信息模型、協同工作平臺、工作進度管理工具等手段，及時溝通、緊密配合，把錯誤和風險化解到最小，把工程造價降到最低，把效率最大化。三維協同設計工作模式下，利用三維設計成果，三維模型與圖紙之間的導航管理，模型碰撞檢查，空間距離校驗等，幫助設計人員在盡早發現存在的缺陷，并及時提出可行的意見，通過方案優化和設計優化，實現降低造價、節約投資和可持續發展。通過三維設計優化，富平330kV變電站占地面積減少百分之十八點五，總建筑面積減少百分之四十九，施工圖階段專業間數據校對工日減少百分之二十五，人力資源節約百分之二十五，材料實現自動統計，準確率達到百分之百，建成了新一代智能變電站。

結語

基于統一編碼規范的ELEC軟件與BRCM軟件接口方案有助于提高數字化軟件間數據共享的標準化、通用化。利用ELEC軟件與BRCM軟件間的自動數據比對功能，可實時提示用戶相關屏柜、電纜等修改信息，最終實現變電站不同專業間的三維協同設計。

參考文獻：

[1]陳莉.變電站三維協同設計的應用探討[J].科技創新導報，2015（27）.

（作者單位：內蒙古電力集團經濟技術研究有限責任公司）