三維圖形光纜敷設(shè)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用

張富平++賈云輝++李志宏+++汪春鳳

摘 要：750kV智能化變電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，站控層、間隔層和過程層設(shè)備之間光纜聯(lián)系密切，采用常規(guī)設(shè)計手段時光纜敷設(shè)設(shè)計工作量巨大，三維軟件取代傳統(tǒng)CAD 繪圖方式是現(xiàn)代工程大環(huán)境作用下的必然趨勢，并且隨著工程的復(fù)雜和設(shè)備的繁瑣，逐漸體現(xiàn)出其優(yōu)勢。本文結(jié)合變電站三維設(shè)計手段，研究了750kV變電站運(yùn)用三維設(shè)計平臺實(shí)現(xiàn)光纜敷設(shè)優(yōu)化設(shè)計的方法。

關(guān)鍵詞：750kV變電站；二次回路；光纜；優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：TM757 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）05-0012-01

1 研究背景

國家電網(wǎng)公司提出創(chuàng)新變電站工程建設(shè)模式，大力推行“標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工廠化加工、裝配式建設(shè)”模式，全面提升電網(wǎng)建設(shè)能力。隨著國內(nèi)光纖技術(shù)和智能變電站建設(shè)的發(fā)展，光通信媒介取代傳統(tǒng)電纜搭建起變電站二次回路，構(gòu)建起全站通信的主干網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)了大部分的重要數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。

2 三維工程設(shè)計軟件應(yīng)用概況

目前國內(nèi)許多設(shè)計院采用三維設(shè)計手段進(jìn)行變電站三維設(shè)計，國內(nèi)外常用的工程三維設(shè)計軟件種類繁多，并且采用不同設(shè)計平臺。設(shè)計院采用較多的主要有美國Bentley公司的Substation和英國AVEVA公司的AVEVA PLANT以及北京博超公司的STD數(shù)字化三維變電站設(shè)計平臺等。

美國Bentley 公司的Substation在國內(nèi)應(yīng)用始于2008年寧東-山東直流輸變電工程。整合了ProjectWise、STAAD、 Promis-e等多種軟件，實(shí)現(xiàn)了三維布置、三維校驗、數(shù)據(jù)庫管理的數(shù)字化三維模式，有數(shù)字化移交功能。采用Microstation圖形平臺。其優(yōu)點(diǎn)在于軟件結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、質(zhì)量可靠；缺點(diǎn)是變電站設(shè)計能力不強(qiáng)，流程、操作不符合國內(nèi)電力設(shè)計院現(xiàn)有流程，設(shè)計工程師上手困難。

英國AVEVA公司在PDMS圖形平臺基礎(chǔ)上開發(fā)了PLANT平臺，其管道布置、硬碰撞校驗?zāi)芰^強(qiáng)，但如變電站上跨線等軟體布置及帶電距離校驗等軟碰撞方面尚有待提高。

3 750kV變電站的三維圖形光纜優(yōu)化設(shè)計

3.1 三維圖形設(shè)計特點(diǎn)

（1）基于真正三維技術(shù)編制，采用二、三維一體化的技術(shù)，既具有三維設(shè)計的所有優(yōu)點(diǎn)，又充分兼容二維設(shè)計習(xí)慣，出圖成果完全滿足施工圖要求。（2）采用最優(yōu)設(shè)計流程，所有設(shè)計信息均能從已有設(shè)計結(jié)果中自動提取，無需手工輸入。（3）采用獨(dú)創(chuàng)的優(yōu)化算法，能夠根據(jù)不同的敷設(shè)規(guī)則組合進(jìn)行優(yōu)化敷設(shè)。（4）電纜、光纜長度統(tǒng)計精確，在綜合考慮各種余量的基礎(chǔ)上進(jìn)行匯總，節(jié)約了成本，避免浪費(fèi)。（5）軟件能夠自動進(jìn)行電纜、光纜的分層敷設(shè)，敷設(shè)結(jié)果精確到橋架的每一層。（6）軟件具有與國際流行三維工廠設(shè)計軟件進(jìn)行無縫對接的能力。（7）經(jīng)過優(yōu)化的電纜、光纜敷設(shè)設(shè)計結(jié)果，避免了施工過程中的調(diào)整與返工；三維設(shè)計成果清晰可見使施工過程更加簡單高效，經(jīng)實(shí)際工程應(yīng)用結(jié)果表明能夠提高施工效率50%，顯著節(jié)約施工成本。

3.2 依托工程應(yīng)用實(shí)例

3.2.1 初始條件

（1）光纜清冊；（2）全站平面圖以及各小室柜位圖；（3）電纜溝斷面圖。包含電纜溝溝體參數(shù)，支架的樣式、層數(shù)、寬度等信息；（4）電纜、光纜外徑。以便于系統(tǒng)在對電纜溝占積率和排列考慮時會更加準(zhǔn)確。

3.2.2 光纜信息管理

對變電站的光纜進(jìn)行管理，建立光纜數(shù)據(jù)庫，為整個系統(tǒng)流程的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。光纜纜信息采用電子表格形式，通過系統(tǒng)識別方式批量導(dǎo)入系統(tǒng)。

3.2.3 通道建模

CAB通道設(shè)計包含電纜溝、槽盒、橋架、豎井、穿管、明敷等多種電纜通道設(shè)計。

變電站光纜敷設(shè)三維模型涵蓋電纜溝、橋架、埋管、光纜，以及光纜的起終點(diǎn)設(shè)備，變電站光纜敷設(shè)于光纜槽盒，槽盒在戶外變電站以電纜溝為主要敷設(shè)通道，整個變電站中溝體類型及支架類型為10種左右，光纜槽盒敷設(shè)于電纜溝支架上。

3.2.4 虛擬敷設(shè)

系統(tǒng)進(jìn)行光纜敷設(shè)需要兩方面信息，一是光纜信息，二是電纜溝、起終點(diǎn)設(shè)備的位置信息。為獲取這兩種信息，需要做到完整的光纜清冊導(dǎo)入系統(tǒng)，在平面圖上對通道進(jìn)行參數(shù)化建模，對設(shè)備位置準(zhǔn)確定義。系統(tǒng)按照可選規(guī)則進(jìn)行光纜路徑的選擇，然后再對光纜在通道中的位置進(jìn)行詳細(xì)定義，這部分內(nèi)容系統(tǒng)提供人工干預(yù)機(jī)制。完成這些內(nèi)容，即可生成光纜敷設(shè)信息模型，依賴于該模型可為施工指導(dǎo)提供多種圖、表，來達(dá)到指導(dǎo)施工的目的。

3.2.5 敷設(shè)路徑選擇的規(guī)則

（1）類型匹配。即電力電纜、控制電纜、光纜，根據(jù)工藝規(guī)范，分別敷設(shè)在電纜溝支架的指定層，在電纜溝參數(shù)化建模時可定義各層敷設(shè)電纜類型。（2）占積率原則。每層支架敷設(shè)纜線、槽盒寬度，不應(yīng)超過支架寬。（3）最短原則。在滿足條件1和條件2的同時，尋找最短路徑。（4）路徑規(guī)劃。由于最短路徑不一定是最佳路徑，可由用戶指定任意電纜的強(qiáng)制路徑。系統(tǒng)將根據(jù)該設(shè)定，考慮滿足該條件的最短路徑。

3 結(jié)語

基于三維模型可做到先模擬、后施工的方式，既可優(yōu)化電纜、光纜施工結(jié)果，減少纜線交叉，提升工藝水平，也可減輕工作量、提高施工效率，管理水平和經(jīng)濟(jì)效益上有顯著提高，是設(shè)計技術(shù)的創(chuàng)新，從而促進(jìn)敷設(shè)施工技術(shù)的進(jìn)步。