三維設(shè)計(jì)技術(shù)用于110 kV 變電站電纜層電纜通道規(guī)劃布置研究

祝陳晨，陳佳駿，李芮珂

（1.中國(guó)電力建設(shè)集團(tuán)上海電力設(shè)計(jì)院有限公司，上海 210025； 2.國(guó)網(wǎng)上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201499；3.上海大學(xué)教務(wù)部，上海 200444）

根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)有限公司輸變電工程通用設(shè)備（35～750 kV 變電站》［1］的典型設(shè)計(jì)110-A2-7方案，某110 kV 變電站最終設(shè)計(jì)規(guī)模為3 臺(tái)主變，110 kV/10 kV 電壓等級(jí)。110 kV 側(cè)接線采用一進(jìn)三出（含支接變壓器）接線，共計(jì)12 回進(jìn)出線；10 kV 側(cè)采用單母線六分段環(huán)形接線，出線48 回。按照最終出線規(guī)模，共涉及12 回110 kV 線路×3+48 回10 kV 線路×1.5（雙拼）=108 根線路。此外，110 kV 電纜層內(nèi)還有GIS 至其他無功補(bǔ)償設(shè)備的電纜線路。因110 kV 變電站所有的10 kV出線均需要結(jié)合變電站周邊負(fù)荷增長(zhǎng)情況來考慮，所有電纜不可能同期實(shí)施，因此電纜之間的敷設(shè)順序，交叉跨越順序難以確定。如果缺少統(tǒng)一的電纜通道規(guī)劃，對(duì)電纜層設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)都將帶來極大不便。

根據(jù)《國(guó)網(wǎng)上海市電力公司關(guān)于加強(qiáng)變電站電纜層內(nèi)電纜及支架設(shè)計(jì)和施工管理的通知》（國(guó)網(wǎng)上電建〔2022〕27 號(hào)）要求，設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)新建輸變電工程的站內(nèi)電纜層時(shí)，應(yīng)結(jié)合本站遠(yuǎn)景進(jìn)、出線電纜總體規(guī)模綜合考慮電纜層內(nèi)所有電壓等級(jí)（含本期和規(guī)劃）電纜的路徑和支架的位置。原則上，電纜層內(nèi)后續(xù)建設(shè)的電纜路徑應(yīng)與原輸變電工程的規(guī)劃電纜路徑相吻合。本文主要從三維設(shè)計(jì)技術(shù)角度開展對(duì)110 kV 變電站電纜層電纜通道的規(guī)劃布置研究。

1 110 kV 變電站電纜層三維設(shè)計(jì)方式

運(yùn)用三維設(shè)計(jì)技術(shù)，建立110 kV 變電站電纜層實(shí)體三維模型，可以直觀地表現(xiàn)出電纜層中電纜及其附件、電纜支架和設(shè)備之間的關(guān)系，是研究電纜層電纜通道規(guī)劃布置的有效方式。

采用上海電力設(shè)計(jì)院有限公司自主開發(fā)的“SEPD 電纜設(shè)計(jì)平臺(tái)”進(jìn)行110 kV 變電站電纜層三維設(shè)計(jì)研究。該軟件采用C 語言和SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，基于Revit 平臺(tái)二次開發(fā)，可用于電纜工程數(shù)字化設(shè)計(jì)，包含排管、電纜、隧道、出圖等模塊，可以實(shí)現(xiàn)電纜工程數(shù)字化設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化管理、參數(shù)化建模等功能。該軟件結(jié)構(gòu)合理、功能完善、界面友好、操作方便，經(jīng)過多個(gè)項(xiàng)目應(yīng)用，能夠充分表達(dá)設(shè)計(jì)方案，滿足交互設(shè)計(jì)需求。

2 電纜層電纜布置原則

《國(guó)家電網(wǎng)有限公司輸變電工程標(biāo)準(zhǔn)工藝（電纜工程分冊(cè)）》［2］和《國(guó)家電網(wǎng)有限公司輸變電工程標(biāo)準(zhǔn)工藝（變電工程電氣分冊(cè)）》［3］關(guān)于電纜施工的有關(guān)要求如下：電纜應(yīng)排列整齊，走向合理，盡量避免交叉；如難以避免，應(yīng)充分利用空間資源，在終端下方交叉；電纜敷設(shè)時(shí)，電纜所受的牽引力、側(cè)壓力和彎曲半徑應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定；不應(yīng)在電纜層設(shè)置中間接頭。

GB 50217—2018《電力工程電纜設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［4］關(guān)于電纜上支架布置的相關(guān)規(guī)定如下：宜按電壓等級(jí)由高至低的電力電纜、強(qiáng)電至弱電的控制和信號(hào)電纜、通信電纜“由上而下”的順序排列；支架層數(shù)受通道空間限制時(shí)，35 kV 及以下的相鄰電壓級(jí)電力電纜可排列于同一層支架；同一重要回路的工作與備用電纜應(yīng)配置在不同層或不同側(cè)的支架上，并應(yīng)實(shí)行防火分隔；除交流系統(tǒng)用單芯電纜情況外，電力電纜的相互間宜有1 倍電纜外徑的空隙。DL/T 5521—2016《城市電力電纜線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》［5］對(duì)電纜支架的層間允許最小凈距和電纜支架離底板和頂板的最小凈距進(jìn)行了規(guī)定。

通過三維設(shè)計(jì)，在變電站結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)安全距離和電纜彎曲半徑的要求，并遵循電纜長(zhǎng)度短、轉(zhuǎn)彎少、盡量避免電纜交叉和聚集等原則，按照電纜層實(shí)際情況定制化設(shè)計(jì)了電纜支架，從而可以充分利用站內(nèi)空間。

3 設(shè)計(jì)流程

（1）創(chuàng)建建筑模型：參照二維110 kV 變電站平面圖，按1∶1 實(shí)際尺寸進(jìn)行整體建筑物建模，一層電氣平面和電纜層的梁、板、柱、預(yù)留洞口等構(gòu)建模型也按要求創(chuàng)建，如圖1 所示。

圖1 110 kV 變電站建筑模型

（2）創(chuàng)建電纜支架模型：按照變電電氣專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙的要求，對(duì)不同類型的電纜支架進(jìn)行建模，并形成標(biāo)準(zhǔn)模型組件，以便按照電氣專業(yè)圖紙?jiān)诮ㄖＰ椭羞M(jìn)行批量定位，如圖2 所示。

圖2 電纜層電纜支架模型

（3）創(chuàng)建電纜敷設(shè)模型：在已完成的建筑和電纜支架模型中，按照設(shè)定的電纜層電纜布置原則確定電纜敷設(shè)方案路徑，利用“SEPD 電纜設(shè)計(jì)平臺(tái)”軟件完成電纜敷設(shè)建模，如圖3 所示。

（4）檢查優(yōu)化模型：在已完成上述創(chuàng)建步驟的模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行電纜轉(zhuǎn)彎半徑、電纜、電纜支架、建筑之間的相互碰撞檢查，并對(duì)不合理的部位進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最終完成模型，如圖4 所示。

圖4 電纜轉(zhuǎn)彎半徑校核

4 三維設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值和優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 優(yōu)勢(shì)分析

（1）提升各專業(yè)設(shè)計(jì)的協(xié)同性。采用三維技術(shù)開展電纜層設(shè)計(jì)，各專業(yè)協(xié)同完成一整套變電站三維模型，并在電纜層模型中將本期及遠(yuǎn)期電纜模擬布置，反映電纜支架布置的合理性、規(guī)范性，有效避免二維設(shè)計(jì)的平面思維盲區(qū)，能夠提早暴露問題，提升各個(gè)專業(yè)的協(xié)同性。

（2）提高施工效率。在設(shè)計(jì)階段采用三維設(shè)計(jì)工具，可有效避免碰撞問題，減少施工過程中的設(shè)計(jì)變更。設(shè)計(jì)交底階段，通過三維模型的三維、剖面、平面渲染圖結(jié)合展示，可有效直觀地使施工單位在施工準(zhǔn)備階段發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施限制條件，提前做好應(yīng)對(duì)方案和應(yīng)急預(yù)案，有效提高施工效率。

（3）完善質(zhì)量管理體系，節(jié)省投資。建管單位、監(jiān)理單位可以通過三維模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)比，實(shí)現(xiàn)全過程質(zhì)量檢測(cè)監(jiān)督，更直觀反映現(xiàn)場(chǎng)與圖紙的差異性，有效完善現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理體系。另外，采用二維設(shè)計(jì)電纜層電纜通道規(guī)劃布置時(shí)，因無法精確掌握電纜走向往往會(huì)采用在設(shè)計(jì)階段增加電纜裕量的方式避免后期變更，多余的電纜裕量勢(shì)必會(huì)增加材料投資，造成浪費(fèi)。三維設(shè)計(jì)的推廣應(yīng)用，有利于有效控制工程建設(shè)投資。

（4）指導(dǎo)規(guī)劃。電力公司規(guī)劃、發(fā)展部門借助110 kV 變電站電纜層三維設(shè)計(jì)模型，可以清楚地了解變電站某一方向出線通道還有多少預(yù)留，能夠更加有效統(tǒng)籌規(guī)劃電力通道資源。

4.2 存在的問題

借助三維設(shè)計(jì)技術(shù)研究電纜通道的合理規(guī)劃布置具有很高的應(yīng)用價(jià)值，但由于Revit 軟件的特性制約，還存在著部分問題。例如在各個(gè)專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，需要與多種設(shè)計(jì)軟件相互配合，Revit 對(duì)其他軟件的支持度較差，兼容性不足。另外三維設(shè)計(jì)建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)量大，需要占用大量電腦內(nèi)存資源，打開一個(gè)模型需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)硬件設(shè)備有一定的要求。

5 結(jié)語

采用三維設(shè)計(jì)技術(shù)可以有效提高電纜通道布置的設(shè)計(jì)精度，避免二維設(shè)計(jì)的諸多弊端。除了可以清晰直觀地表現(xiàn)出電纜層的空間關(guān)系，提高設(shè)備布置的有效性和質(zhì)量，還能借助三維軟件的協(xié)同功能，同步進(jìn)行各個(gè)專業(yè)的校驗(yàn)工作，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題。因此，將三維設(shè)計(jì)技術(shù)用于110 kV 變電站電纜層電纜通道規(guī)劃布置具有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。