智能變電站電氣二次專業(yè)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用研究

摘 要：隨著智能變電站建設(shè)的深入開展，國家電網(wǎng)公司提出了一系列新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，如“標(biāo)準(zhǔn)配送式”、“模塊化”、“通用設(shè)備”、“三維設(shè)計(jì)”等新名詞出現(xiàn)在了各種規(guī)范要求中，針對(duì)電氣二次專業(yè)，如預(yù)制光電纜、預(yù)制艙式二次組合設(shè)備、就地化保護(hù)、前面板接線等新技術(shù)開始大量在變電站建設(shè)中得以實(shí)施應(yīng)用，電氣二次專業(yè)有必要對(duì)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)國家電網(wǎng)公司越來越高的管理要求和未來可能出現(xiàn)的新的變革?，F(xiàn)階段變電站二次設(shè)計(jì)主要依賴于AutoCAD計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)圖紙，此設(shè)計(jì)方式存在諸多不足，本文以傳統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用現(xiàn)狀出發(fā)，提出基于AutoCAD計(jì)算機(jī)輔助軟件的高度訂制化的軟件擴(kuò)展應(yīng)用，論述了常規(guī)圖紙、智能變電站虛回路部分圖紙的繪制步驟，對(duì)設(shè)計(jì)軟件全流程管控提出了需求；最后對(duì)設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展趨勢(shì)提出了設(shè)想。

關(guān)鍵詞：智能變電站；電氣二次設(shè)計(jì)軟件

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）29-0084-02

1 變電站電氣二次專業(yè)設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)變電站電氣二次設(shè)計(jì)主要依賴于AutoCAD計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)人員技術(shù)能力、圖紙深度不統(tǒng)一、圖紙表達(dá)方式千差萬別等諸多問題，在國家電網(wǎng)公司要求電力建設(shè)各環(huán)節(jié)高度標(biāo)準(zhǔn)化的大趨勢(shì)要求下，智能變電站采樣控制就地化、信息數(shù)字化、傳輸網(wǎng)絡(luò)化，促進(jìn)了二次系統(tǒng)技術(shù)集成、功能集成、裝置集成[1]，同時(shí)預(yù)制光電纜、預(yù)制艙式二次組合設(shè)備、就地化保護(hù)、前面板接線等新技術(shù)開始在大量變電站建設(shè)中得以實(shí)施應(yīng)用，我們有必要對(duì)傳統(tǒng)的作圖方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。因AutoCAD仍然是工程設(shè)計(jì)范圍廣泛使用的軟件，由此我們提出基于AutoCAD計(jì)算機(jī)輔助軟件的高度訂制化的軟件擴(kuò)展應(yīng)用需求。

2 智能變電站電氣二次專業(yè)設(shè)計(jì)軟件功能要求

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司輸變電工程施工圖設(shè)計(jì)內(nèi)容深度規(guī)定》的要求，電氣二次專業(yè)圖紙主要包含公用部分、自動(dòng)化部分、主變及各電壓等級(jí)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(shè)備布置、線纜清冊(cè)及二次設(shè)備材料表[2]，其它卷冊(cè)內(nèi)容主要包含原理圖和接線圖的繪制。以上主要針對(duì)常規(guī)變電站的電氣二次專業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容。針對(duì)智能變電站二次設(shè)計(jì)，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(tǒng)的虛端子繪制工作。我們由此提出智能變電站二次設(shè)計(jì)軟件（以下簡稱設(shè)計(jì)軟件）的功能應(yīng)該具備項(xiàng)目管理、成品管理、二次原理圖設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D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(shè)計(jì)校驗(yàn)、自動(dòng)生成設(shè)計(jì)成品、二次回路可視化瀏覽等功能。同時(shí)縱向上能實(shí)現(xiàn)與協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)的接駁、資源共享等功能。

現(xiàn)主要對(duì)圖紙繪制過程功能進(jìn)行討論，包含常規(guī)部分圖紙和智能部分圖紙部分。

2.1 常規(guī)部分圖紙的繪制

首先利用設(shè)計(jì)軟件對(duì)變電站工程情況進(jìn)行錄入，一次主接線情況，本期終期規(guī)模，全站二次設(shè)備建立模型。

利用設(shè)計(jì)軟件對(duì)全站二次設(shè)備進(jìn)行規(guī)劃布置，利用一次電氣布置圖應(yīng)用設(shè)計(jì)軟件對(duì)所有二次設(shè)備進(jìn)行標(biāo)記定位，可利用廠家提供的IPCD模型文件對(duì)設(shè)備屏柜布置進(jìn)行物理綁定，為后期線纜敷設(shè)及統(tǒng)計(jì)提供基礎(chǔ)，生成設(shè)備配置圖，包括機(jī)柜名稱、裝置名稱及柜內(nèi)布置示意。根據(jù)站控層、間隔層及過程層交換機(jī)的布置情況，設(shè)計(jì)軟件能自動(dòng)關(guān)聯(lián)生成全站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，并能生成網(wǎng)絡(luò)接線圖，接線圖中能表達(dá)出交換機(jī)名稱、交換機(jī)端口、交換機(jī)端口所連接裝置名稱及裝置端口等。設(shè)計(jì)軟件能實(shí)現(xiàn)全站自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)的通信配置，包括VLAN標(biāo)識(shí)、組播MAC地址、IP地址分配。

利用設(shè)計(jì)軟件繪制常規(guī)電氣二次原理圖。國內(nèi)設(shè)計(jì)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(hào)為主線的展開圖，加上端子排電纜圖的方式，不接線設(shè)備則不出圖，這種繪圖方式的優(yōu)點(diǎn)是回路清晰，便于施工現(xiàn)場(chǎng)接線讀圖，設(shè)計(jì)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(fù)制套用，也便于設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程實(shí)際規(guī)模進(jìn)行高效的組合拼湊；②以設(shè)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(shè)備圖紙進(jìn)行集成，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備完整，所涉及電氣元件集中，便于后期運(yùn)維管理，此方式要求設(shè)計(jì)軟件內(nèi)對(duì)廠家設(shè)備圖紙能進(jìn)行二次編輯整理，使廠家的圖紙標(biāo)準(zhǔn)化，如果有必要，可建立廠家的典型間隔圖紙庫，并根據(jù)廠家設(shè)備更新進(jìn)行批量化升級(jí)。以上兩種原理圖方式均要求設(shè)計(jì)軟件能對(duì)典型間隔的原理圖模塊化的管理。因《國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)備》對(duì)電氣設(shè)備二次接口進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化要求，對(duì)需外接的端子排、光口、網(wǎng)口等接口都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一，這為以上軟件功能的實(shí)現(xiàn)提供了便利。

以上步驟均需設(shè)計(jì)人員根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)行配置，因二次設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)已經(jīng)通過原理圖建立聯(lián)系，設(shè)計(jì)軟件即可通過二次專業(yè)的規(guī)范、習(xí)慣生成設(shè)備的接線圖，并能統(tǒng)計(jì)出電纜的規(guī)格、長度，生成電纜清冊(cè)。

最后利用設(shè)計(jì)軟件配置光纖回路。根據(jù)之前生成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D和設(shè)備的IPCD模型。設(shè)計(jì)軟件能通過設(shè)計(jì)人員設(shè)定的連接策略（如直采、網(wǎng)采、直跳、網(wǎng)跳等）自動(dòng)生成全站二次設(shè)備的光纖鏈路圖，能表達(dá)出光纖回路的材料型號(hào)（室外光纜、室內(nèi)尾纜、尾纖等）、編號(hào)、套管顏色、纖芯色標(biāo)、芯數(shù)、去向、光纜配線架的光配單元號(hào)及兩側(cè)纖芯接口類型（預(yù)制光纜接頭、ST/LC等），生成全站的光纜清冊(cè)，光纜清冊(cè)應(yīng)包含工程中所有光纜/尾纜/尾纖的信息，包括起點(diǎn)、終點(diǎn)屏柜，光纜/尾纜/尾纖編號(hào)、規(guī)格、備用芯數(shù)等。

設(shè)計(jì)軟件可結(jié)合國家電網(wǎng)對(duì)“預(yù)制光電纜”等新線纜材料的使用，能智能的對(duì)以上電纜、光纜材料進(jìn)行“并纜”整合，最終生成全站二次線纜清冊(cè)。

設(shè)計(jì)軟件根據(jù)以上的工作，即可導(dǎo)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(jù)以上設(shè)計(jì)軟件建立的變電站電氣二次物理接線模型，導(dǎo)入廠家提供的單裝置ICD模型文件，設(shè)計(jì)軟件能自動(dòng)生成信息邏輯圖，邏輯圖可按間隔或裝置為單位，應(yīng)表達(dá)出裝置名稱、端口、信息流向、信息描述（采樣、狀態(tài)、控制、聯(lián)閉鎖等）。設(shè)計(jì)人員即可根據(jù)邏輯圖完成虛端子接線。設(shè)計(jì)軟件能提供“虛實(shí)對(duì)應(yīng)”功能，即根據(jù)配置的光纖回路連接和虛端子回路連接，展示虛實(shí)回路間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.3 設(shè)計(jì)過程的校驗(yàn)

設(shè)計(jì)軟件能根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范、相關(guān)專業(yè)要求、自身策略、設(shè)計(jì)風(fēng)格和習(xí)慣等條件對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行監(jiān)督、對(duì)人為錯(cuò)誤進(jìn)行提示，并對(duì)最終成品進(jìn)行校驗(yàn)，提高圖紙的正確性。

2.4 設(shè)計(jì)軟件的輸出成品

通過以上對(duì)設(shè)計(jì)軟件的功能要求，生成了全站電氣二次設(shè)備布置圖、電氣二次原理圖、電氣二次接線圖、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D、信息流圖、虛端子表、電氣二次線纜清冊(cè)和設(shè)備材料表，即可完成符合設(shè)計(jì)深度要求的設(shè)計(jì)成品，且能實(shí)現(xiàn)所有成品的電子化、格式多樣性的需求，符合國家電網(wǎng)對(duì)變電站建設(shè)數(shù)字化移交的要求。生成的變電站SCD模型文件可移交施工現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員直接調(diào)試使用，避免現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)設(shè)計(jì)提供的虛端子表重復(fù)配置，減少現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。

3 智能變電站二次設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用拓展

智能變電站二次設(shè)計(jì)軟件能在輸出現(xiàn)有設(shè)計(jì)深度要求的成品的同時(shí)，可生成全站的變電站物理配置描述文件SPCD，在國家電網(wǎng)公司開展輸變電工程三維設(shè)計(jì)的大趨勢(shì)下，為變電站二次三維設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)，為深化二次專業(yè)的三維設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。

4 智能變電站二次設(shè)計(jì)軟件發(fā)展展望

隨著國家電網(wǎng)公司一系列標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)的推進(jìn)，為智能變電站二次設(shè)計(jì)軟件更智能化創(chuàng)造了條件，同時(shí)智能變電站二次設(shè)計(jì)軟件應(yīng)加強(qiáng)與一次、土建等相關(guān)專業(yè)的接口，提高各專業(yè)設(shè)計(jì)成品間的相互關(guān)聯(lián)和復(fù)用，在橫向?qū)I(yè)內(nèi)深入挖掘的同時(shí)，也應(yīng)在縱向上結(jié)合項(xiàng)目管理流程的銜接，做到全過程的智能化。

5 結(jié) 語

國家電網(wǎng)公司提出“模塊化”建設(shè)變電站對(duì)電氣設(shè)備高集成度的應(yīng)用需求，智能變電站二次設(shè)計(jì)軟件根據(jù)二次專業(yè)的特點(diǎn)，加強(qiáng)AI人工智能技術(shù)的研究，達(dá)到最終替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的目的，這也便是設(shè)計(jì)軟件的終極目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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

[2]舒印彪.國家電網(wǎng)公司輸變電工程通用設(shè)計(jì).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(shè)計(jì)方面工作。