智能變電站二次系統(tǒng)實(shí)虛回路數(shù)字化設(shè)計(jì)研究

楊 帆，張亞玉，胡 斌

(1.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230601；2.安徽送變電工程有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引言

現(xiàn)階段的智能變電站工程和常規(guī)變電站設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要由二次設(shè)備制造廠商提供裝置原理圖和組屏圖，由設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)根據(jù)工程規(guī)劃繪制二次系統(tǒng)接線圖和網(wǎng)絡(luò)接線圖等工程圖紙。目前國(guó)內(nèi)電力設(shè)計(jì)院電氣二次專業(yè)出圖基本上是以AutoCAD作為設(shè)計(jì)工具，所有原理圖、端子排圖或電纜接線表、電纜清冊(cè)均由人工出圖。這種設(shè)計(jì)方式存在設(shè)計(jì)工作效率低下、錯(cuò)誤率高、圖紙標(biāo)準(zhǔn)化程度低、圖紙的校審核工作量大等弊端，而在二次系統(tǒng)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中采用數(shù)字化設(shè)計(jì)手段能夠有效避免這些問(wèn)題[1]。

1 智能變電站實(shí)虛回路數(shù)字化設(shè)計(jì)

1.1 智能變電站二次系統(tǒng)的實(shí)回路數(shù)字化設(shè)計(jì)

二次系統(tǒng)的實(shí)回路二次設(shè)計(jì)包括屏位布置圖、原理圖、端子排圖、光纜接線示意圖、電纜光纜清冊(cè)等。目前國(guó)內(nèi)電力設(shè)計(jì)院電氣二次專業(yè)出圖基本上是以AutoCAD作為圖板用，所有原理圖、端子排圖或電纜接線表、電纜清冊(cè)均由人工出圖，出圖流程如下：電氣一次提資→收集相關(guān)廠家設(shè)備圖紙→電氣二次原理圖繪制→根據(jù)原理圖繪制端子接線圖、光纜接線圖→形成成品電纜清冊(cè)→手工測(cè)量電纜清冊(cè)→圖紙和清冊(cè)出版。

這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式存在設(shè)計(jì)工作效率低下，錯(cuò)誤率高，不利于現(xiàn)場(chǎng)施工單位消化；二次圖紙更新的相關(guān)工作量過(guò)大，如原理圖發(fā)生更新，則端子排、電纜清冊(cè)、虛端子文檔均需逐一調(diào)整；電纜清冊(cè)均由人工出圖，不同設(shè)計(jì)人員偏差較大等問(wèn)題。

Bentley三維設(shè)計(jì)平臺(tái)和上海欣電電氣自動(dòng)化輔助設(shè)計(jì)軟件可進(jìn)行電氣二次原理圖、自動(dòng)生成端子排圖和電纜清冊(cè)的數(shù)字化設(shè)計(jì)，但是上海欣電軟件更加符合設(shè)計(jì)習(xí)慣，使用更加方便。兩種軟件的功能對(duì)比表如表1所示：

表1 Bentley與上海欣電軟件的功能對(duì)比表

上述軟件的設(shè)計(jì)流程為：廠家資料提資→工程設(shè)備庫(kù)、電纜庫(kù)配置→原理圖繪制→交叉鏈接→自動(dòng)生成端子排→自動(dòng)生成電纜清冊(cè)。

目前電力設(shè)計(jì)市場(chǎng)內(nèi)能夠進(jìn)行自動(dòng)的電纜光纜敷設(shè)和電纜光纜長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)的主流軟件為三維設(shè)計(jì)軟件(Bentley和博超)。其與常規(guī)統(tǒng)計(jì)方式的功能對(duì)比表如表2所示：

表2 三維設(shè)計(jì)軟件與常規(guī)清冊(cè)統(tǒng)計(jì)方式的功能對(duì)比表

由上表可見(jiàn)，三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行電纜敷設(shè)具有明顯的優(yōu)勢(shì)[2,3]，三維設(shè)計(jì)軟件(以Bentley為例)的設(shè)計(jì)流程為：確定組柜方案，進(jìn)行三維設(shè)備模型布置→布置設(shè)備→布置電纜通路→導(dǎo)入電纜清冊(cè)→自動(dòng)電纜敷設(shè)→生成敷設(shè)后的清冊(cè)。

1.2 智能變電站二次系統(tǒng)的虛回路數(shù)字化設(shè)計(jì)

在現(xiàn)在的設(shè)計(jì)方法中，設(shè)備制造廠商提供設(shè)備圖紙、虛端子表給設(shè)計(jì)單位，設(shè)計(jì)單位通過(guò)Excel手動(dòng)根據(jù)廠家資料完成智能變電站的虛端子連接表。這種虛端子配置方式存在配置效率低下，對(duì)后期校驗(yàn)工作要求較高，不利于提高新建工程和改擴(kuò)建的設(shè)計(jì)效率的問(wèn)題。

目前有多家二次設(shè)備廠家和軟件公司均已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了二次設(shè)備虛端子配置軟件，用于虛端子配置，其中長(zhǎng)園深瑞、南京五彩軟件實(shí)現(xiàn)功能較為完備，均可實(shí)現(xiàn)二次設(shè)計(jì)數(shù)字化移交、可視化校核，為國(guó)內(nèi)大多數(shù)設(shè)計(jì)單位所引進(jìn)。其與常規(guī)統(tǒng)計(jì)方式的功能對(duì)比表如表3所示：

表3 虛端子配置軟件與常規(guī)虛端子配置方式的功能對(duì)比表

虛端子配置軟件能夠大大提高配置準(zhǔn)確性，縮短配置虛端子的時(shí)間[4,5]。虛端子配置軟件的設(shè)計(jì)流程為：一次系統(tǒng)建?！鷨伍g隔組柜方案配置→廠家資料導(dǎo)入和虛端子聯(lián)接→虛端子間隔復(fù)制→自輸出虛端子表、光纜接線圖、光纜清冊(cè)等。

2 基于全過(guò)程的二次系統(tǒng)數(shù)字化正向設(shè)計(jì)

2.1 二次系統(tǒng)數(shù)字化正向設(shè)計(jì)流程

電纜、光纜敷設(shè)在三維設(shè)計(jì)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，光纜接線圖和虛端子配置在二次虛端子配置工具上實(shí)現(xiàn)，二次原理圖繪制、端子排圖繪制在自動(dòng)繪圖軟件實(shí)現(xiàn)，能夠在智能站二次設(shè)計(jì)的全過(guò)程中大大縮短設(shè)計(jì)工期，提高設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性。由于三種軟件底層架構(gòu)差異大，三種軟件整合的可能性暫時(shí)不大，由此可以預(yù)見(jiàn)在一段時(shí)間內(nèi)，智能變電站二次系統(tǒng)的三個(gè)模塊設(shè)計(jì)依然要由三類設(shè)計(jì)工具來(lái)完成。通過(guò)三種設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的數(shù)字化設(shè)計(jì)的詳細(xì)設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 詳細(xì)數(shù)字化正向設(shè)計(jì)流程

三維設(shè)計(jì)軟件主要采用Bentley軟件，其中專業(yè)協(xié)同采用Bentley的PW 模塊，三維設(shè)備布置采用Bentley的Substation模塊，三維電纜敷設(shè)采用Bentley的BRCM模塊，二次原理圖繪制和自動(dòng)端子排生成采用上海欣電軟件，虛端子配置和光口接線圖采用深瑞PRS7001軟件。各相關(guān)軟件負(fù)責(zé)的二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分如圖2所示。

2.2 二次系統(tǒng)數(shù)字化正向設(shè)計(jì)接口

不同的二次設(shè)計(jì)軟件側(cè)重點(diǎn)不同，輸入輸出條件不同，從設(shè)計(jì)流程上可以看出，實(shí)、虛回路及三維設(shè)計(jì)共同的輸入條件是二次設(shè)備定義及配置，作為初始設(shè)計(jì)輸入，各類配置軟件均需要進(jìn)行屏柜和裝置的定義和配置才能進(jìn)行其他功能的使用。而電纜清冊(cè)和設(shè)備定義是三維電纜敷設(shè)軟件的初始設(shè)計(jì)輸入。為保障不同的設(shè)計(jì)軟件之間進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，設(shè)計(jì)軟件之間要進(jìn)行接口設(shè)置[61]。

在進(jìn)行接口設(shè)置之前，需要明確各軟件的輸入輸出，如圖3所示。

圖2 數(shù)字化正向設(shè)計(jì)流程概述圖

圖3 各軟件的輸入輸出

由圖中可以看出，對(duì)于欣電軟件，工程設(shè)備庫(kù)設(shè)置是工程進(jìn)行設(shè)計(jì)的輸入條件之一，而該輸入條件對(duì)應(yīng)Substation的輸出-設(shè)備屬性，電纜清冊(cè)是欣電軟件的設(shè)計(jì)輸出之一，同時(shí)也是BRCM軟件的輸入條件之一，對(duì)于PRS-7001軟件，組柜方案是其設(shè)計(jì)輸入之一，而組柜方案來(lái)自于設(shè)備屬性和三維設(shè)備布置。

為了實(shí)現(xiàn)這幾者之間的能夠一一對(duì)應(yīng)，對(duì)于欣電軟件，工程設(shè)備庫(kù)中的設(shè)備名稱、組柜方案、設(shè)備編碼的命名需要同Substation中的設(shè)備屬性中的設(shè)備名稱、建模組件方案和設(shè)備編碼一致。具體如圖4所示。

圖4 欣電軟件與Substation的軟件接口設(shè)置

如#1主變保護(hù)1柜，在Substation建模時(shí)，設(shè)備屬性賦值為：屏柜名稱為#1主變保護(hù)1柜，子部件為主變保護(hù)裝置、交換機(jī)、交換機(jī)—1，設(shè)備編碼分別為10A_R_T01、10A_R_T01E_M101、10A_R_T01E_X101、10A_R_T01E_X102，那么為了保證不同軟件的無(wú)縫銜接，欣電軟件的設(shè)備工程庫(kù)中設(shè)備編號(hào)、名稱、組柜要與Substation的設(shè)備屬性一致，如圖5所示。

對(duì)于BRCM軟件，為了實(shí)現(xiàn)幾個(gè)軟件之間的無(wú)縫銜接，欣電軟件輸出的電纜清冊(cè)需要得到BRCM的識(shí)別，其中包括電纜清冊(cè)的格式、電纜清冊(cè)起點(diǎn)終點(diǎn)的設(shè)備名稱、電纜型號(hào)等。如圖6所示。

圖5 #1主變保護(hù)1柜在欣電與Substation的設(shè)置

圖6 欣電軟件與BRCM的軟件接口設(shè)置

由于BRCM的設(shè)備位置和名稱來(lái)自Substation的三維設(shè)備布置，為保證BRCM在自動(dòng)電纜敷設(shè)時(shí)能夠準(zhǔn)確找到設(shè)備的位置，BRCM的設(shè)備名稱必須與電纜清冊(cè)中的設(shè)備名稱(即電纜起終點(diǎn)設(shè)備名稱)保持一致，電纜清冊(cè)的格式也要一致，即每一列代表的含義需要相同，另外，為了計(jì)算容積率，電纜型號(hào)需要相同，如圖7所示。

圖7 電纜清冊(cè)統(tǒng)一性示意圖

對(duì)于PRS-7001軟件，虛端子配置之前需要進(jìn)行組柜方案配置和虛端子導(dǎo)入，為了全站實(shí)虛回路的統(tǒng)一性，組柜方案和設(shè)備名稱命名應(yīng)保持一致。其接口配置示意圖如圖8、圖9所示。

圖8 Substation與PRS-7001的軟件接口設(shè)置

圖9 PRS-7001的組柜方案和設(shè)備名稱統(tǒng)一性設(shè)置

經(jīng)過(guò)接口設(shè)置，不同功能的設(shè)計(jì)軟件之間實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的二次設(shè)備配置，在設(shè)計(jì)過(guò)程中一以貫之，保證了正向設(shè)計(jì)過(guò)程的順利進(jìn)行。

3 總結(jié)

目前智能變電站數(shù)字化設(shè)計(jì)建設(shè)正在進(jìn)行，相關(guān)的二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件側(cè)重點(diǎn)比較分散，還缺乏系統(tǒng)性和標(biāo)準(zhǔn)化，未形成全方位的數(shù)字化設(shè)計(jì)的正向設(shè)計(jì)流程和方法。在智能變電站工程設(shè)計(jì)中，針對(duì)二次系統(tǒng)的實(shí)回路設(shè)計(jì)采用自動(dòng)繪圖軟件開(kāi)展二次實(shí)回路原理圖和端子排圖的設(shè)計(jì)；利用虛端子設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行虛端子配置和虛回路設(shè)計(jì)；利用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行電纜光纜敷設(shè)和二次設(shè)備布置?；谶@三種設(shè)計(jì)軟件，提出數(shù)字化設(shè)計(jì)正向設(shè)計(jì)流程和接口設(shè)置，即針對(duì)欣電軟件和Bentley子模塊Substation，欣電軟件工程設(shè)備庫(kù)中的設(shè)備名稱、組柜方案、設(shè)備編碼的命名需要同Bentley子模塊Substation中的設(shè)備屬性中的設(shè)備名稱、建模組件方案和設(shè)備編碼一致；針對(duì)欣電軟件和Bentley子模塊BRCM，電纜清冊(cè)的格式、電纜清冊(cè)起點(diǎn)終點(diǎn)的設(shè)備名稱、電纜型號(hào)需要保持一致，針對(duì)PRS-7001軟件和Bentley子模塊Substation，PRS-7001軟件中的設(shè)備名稱、組柜方案需要保持一致。經(jīng)過(guò)軟件的接口設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)二次系統(tǒng)全過(guò)程的數(shù)字化設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)三種軟件的無(wú)縫銜接。這對(duì)于全面提升成品的質(zhì)量，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)字化移交具有重要意義。