核電站電氣通道設(shè)計(jì)流程探討及改進(jìn)

馬 宇 張勇衛(wèi) 岳小平 王樹翰 劉文靜

（中國核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院，四川 成都 610213）

0 引言

隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，全球核能發(fā)展在經(jīng)歷日本福島事件短暫放緩后，又進(jìn)入穩(wěn)步上升階段。我國自主研發(fā)具有更高安全性能的三代核電“華龍一號(hào)”實(shí)現(xiàn)出口，中國核電從數(shù)量和質(zhì)量上都在向世界領(lǐng)先位置邁進(jìn)。

1 核電站電氣通道設(shè)計(jì)的流程現(xiàn)狀

電氣通道是對(duì)電纜起支撐、保護(hù)、隔離作用的裝置的統(tǒng)稱。電氣通道設(shè)計(jì)通常是核電工程設(shè)計(jì)中較后階段的設(shè)計(jì)工作。開展此項(xiàng)設(shè)計(jì)工作必須具備以下先決條件：

（1）項(xiàng)目管理部已組建運(yùn)行，已經(jīng)依據(jù)抗震、防火、隔離等的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)和編寫通道相關(guān)規(guī)范性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)文件；

（2）電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)初步完成，足以提供大部分電纜清單和電氣設(shè)備布置信息；

（3）廠房土建模型已經(jīng)初步完成，涵蓋必需的地板、墻體、通道和鋼結(jié)構(gòu)。

目前，國內(nèi)核電站電氣通道設(shè)計(jì)普遍包含三個(gè)部分：三維模型設(shè)計(jì)、平面圖設(shè)計(jì)和電纜敷設(shè)仿真設(shè)計(jì)。通常采用的三維設(shè)計(jì)軟件有AVEVA公司的PDMS、E3D等。電纜敷設(shè)仿真設(shè)計(jì)軟件有CDMS、肖氏電纜管理（SCM）軟件。

（1）電氣設(shè)備布置。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供的設(shè)備布置要求，將電纜清單中的電氣設(shè)備在三維模型中建模。并明確設(shè)備的進(jìn)線位置，尤其是大型設(shè)備。

（2）電氣通道分類設(shè)計(jì)規(guī)劃。如華龍一號(hào)將安全級(jí)（1E級(jí)）分為安全A、B，保護(hù)組I、II、III、IV以及事故后檢測(cè)PAMS1、PAMS2、非安全級(jí)9個(gè)通道。電氣通道規(guī)劃設(shè)計(jì)需要有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員完成，規(guī)劃的合理程度直接關(guān)系到項(xiàng)目的設(shè)計(jì)難度和完工實(shí)體。

（3）PDMS三維建模。為了驗(yàn)證電氣通道規(guī)劃可行性，土建鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)、主設(shè)備專業(yè)、管道專業(yè)、通風(fēng)專業(yè)、電氣專業(yè)在同一個(gè)實(shí)時(shí)模型中完成三維建模。該過程需重點(diǎn)考慮人行通道、設(shè)備通道、運(yùn)動(dòng)機(jī)械軌跡、高能管道等因素。

（4）電氣通道平面圖設(shè)計(jì)。電氣通道平面圖包含托盤圖紙、支架圖紙等。從PDMS中抽出平面圖紙，然后在CAD中加工得到工程圖紙。

（5）電纜路徑清單設(shè)計(jì)。為了在不超容的情況下得到電纜路徑清單，以CDMS為例，現(xiàn)在常用的流程是：①數(shù)據(jù)庫建立；②將通道圖紙轉(zhuǎn)化三維的網(wǎng)格坐標(biāo)，導(dǎo)入CDMS中；③將電纜清單編碼成包含多種屬性的成員導(dǎo)入CDMS中；④設(shè)計(jì)人員對(duì)照平面圖在CDMS中模擬敷設(shè)得到電纜路徑；⑤從CDMS中導(dǎo)出電纜路徑清單形成施工文件。

（6）后期設(shè)計(jì)。把施工文件發(fā)布到核電現(xiàn)場(chǎng)，工程開始實(shí)施。設(shè)計(jì)人員駐場(chǎng)解決實(shí)際工程問題，為后期設(shè)計(jì)優(yōu)化積累經(jīng)驗(yàn)。

2 電氣通道設(shè)計(jì)流程改進(jìn)

從圖1可以看出：電氣通道設(shè)計(jì)流程是一個(gè)為了實(shí)現(xiàn)電纜不超容且布置合理的反復(fù)設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)過程在PDMS、CAD、CDMS之間頻繁切換，十分煩瑣。尤其是電纜路徑清單設(shè)計(jì)過程，羅列了幾點(diǎn)有待改進(jìn)的地方：

（1）電氣通道圖紙編碼導(dǎo)入CDMS的過程需要建立網(wǎng)格坐標(biāo)，判斷通道彼此是否連接，選取電氣孔洞，一趟托盤是否和多趟托盤連接，托盤是否需要跳層等問題，需要相當(dāng)豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

（2）需要路徑設(shè)計(jì)者對(duì)照?qǐng)D紙逐一選取已設(shè)置好的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，工作量龐大且節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的精細(xì)程度直接影響到路徑的精確程度和設(shè)計(jì)工作量的大小。在建立節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)的錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致以后所有的電纜路徑錯(cuò)誤。

（3）軟件敷設(shè)過程中，路徑設(shè)計(jì)者和軟件都會(huì)默認(rèn)已經(jīng)走通的路徑敷設(shè)電纜，直至這段路徑達(dá)到填充率上限再另辟蹊徑。這導(dǎo)致臨近的同系列通道一個(gè)爆滿另一個(gè)僅有寥寥幾根電纜。這樣得到的電纜路徑最終因?yàn)樘畛渎什黄骄鶎?dǎo)致電纜不易散熱，有違設(shè)計(jì)本意。

針對(duì)以上問題，可以用兩端固定于設(shè)備的長度和走向可以任意的線條在PDMS中用仿真電纜，然后根據(jù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的大量仿真電纜模型的走向規(guī)劃電氣通道，進(jìn)而設(shè)計(jì)托盤，最終從PDMS中得到電纜路徑清單。這樣做的好處有以下幾點(diǎn)：

（1）PDMS的三維仿真相比于CDMS純數(shù)據(jù)庫的仿真更為形象。通道設(shè)計(jì)前的通道規(guī)劃有了更為直觀的依據(jù)，而非人腦根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行龐大的數(shù)據(jù)處理。有利于降低設(shè)計(jì)難度，提高通道設(shè)計(jì)的適用性。

（2）設(shè)計(jì)初期，可以從電氣通道設(shè)計(jì)的角度建議部分不易進(jìn)線的設(shè)備的更換布置位置，做到集中布置集中進(jìn)線。

（3）托盤的設(shè)計(jì)是根據(jù)已有三維電纜的模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，不會(huì)存在電氣通道超容后重新設(shè)計(jì)托盤的情況。

（4）可以避免電纜敷設(shè)時(shí)，軟件和路徑設(shè)計(jì)人員默認(rèn)歷史路徑造成的相鄰?fù)盗型斜P一個(gè)滿載另一個(gè)空載的問題。

（5）減少了兩次編碼導(dǎo)入和對(duì)照?qǐng)D紙選擇節(jié)點(diǎn)的工程量。

對(duì)電纜路徑設(shè)計(jì)優(yōu)化后的電氣通道設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示。

圖1 電氣通道設(shè)計(jì)現(xiàn)狀流程圖

圖2 優(yōu)化后設(shè)計(jì)管理流程圖

3 結(jié)論

電氣通道設(shè)計(jì)是和電站設(shè)計(jì)階段較靠后的設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)實(shí)踐中它又是一個(gè)循環(huán)反復(fù)的設(shè)計(jì)過程。本文提出采用PDMS三維模擬功能代替了CDMS進(jìn)行電纜路徑設(shè)計(jì)。將路徑設(shè)計(jì)融入通道設(shè)計(jì)的全過程，減小了因滿載導(dǎo)致的反復(fù)設(shè)計(jì)，縮短了設(shè)計(jì)周期，避免了電纜因分配不均導(dǎo)致的散熱問題。