基于VBA及AutoLisp混合編程數(shù)字化生成電力系統(tǒng)圖的研究

孫家南, 韓克軍

[同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

隨著時代不斷的變化,伴隨數(shù)字化技術(shù)的蓬勃發(fā)展,越來越多的工作被計算機所代替。同時建筑電氣的設(shè)計也迎來了新的挑戰(zhàn),由以前每棟建筑單一的功能逐漸變?yōu)楝F(xiàn)在的各種綜合體,設(shè)計時間也因為工程的不確定、各專業(yè)提資較慢等原因不斷地被壓縮。在實際使用過程中,設(shè)計師有大量的重復(fù)工作,完成從低壓配電系統(tǒng)圖到豎向干線圖、電力系統(tǒng)圖的繪制。在重復(fù)的過程中,很容易出現(xiàn)各種錯漏碰缺,因此,需要一些程序設(shè)計,快速完成重復(fù)的工作,這不僅可以減少繪圖時間,也能幫助設(shè)計師減少圖紙內(nèi)的錯漏碰缺。

1 具體方法

VBA是一種提供了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法,具有一套完整的程序設(shè)計語言。VBA需要依賴一個主程序,不能獨立運行,因此它能更簡單高效地與AutoCAD運行程序間通信,完成程序,且可與AutoCAD完全共享內(nèi)存空間,運行速度較其他應(yīng)用程序要快很多。AutoCAD并不能通過命令直接運行VBA程序,需要通過AutoLisp運行宏程序,幫助設(shè)計師完成圖紙繪制[1-2]。

該方法結(jié)合了Excel與CAD內(nèi)VBA程序,使用AutoLisp進行混合編程,在使用過程中,通過CAD命令及Excel內(nèi)按鈕,實現(xiàn)從豎向干線系統(tǒng)圖至變電所低壓配電系統(tǒng)圖、電力系統(tǒng)圖的進線部分?jǐn)?shù)字化生成。流程示意圖如圖1所示。具體步驟如下。

圖1 流程示意圖

(1) 在CAD內(nèi),根據(jù)項目實際情況,完成豎向干線系統(tǒng)圖的繪制。

(2) 使用CAD命令,框選豎向干線圖部分,導(dǎo)出豎向干線圖內(nèi)容,包括配電箱編號、配電箱名稱、配電箱功率等信息。

(3) 在Excel內(nèi),點擊“導(dǎo)入數(shù)據(jù)”按鈕,導(dǎo)入并整理從豎向干線圖導(dǎo)出的數(shù)據(jù)至計算頁面。

(4) 將整理好的干線數(shù)據(jù)分配至不同變壓器,Excel內(nèi)預(yù)設(shè)了“非消防分配”“消防分配”,可通過程序?qū)τ秒娯?fù)荷進行簡單分配,再由設(shè)計人員將分配不合理的地方進行調(diào)整。

(5) 點擊“生成計算書”按鈕,程序可通過當(dāng)前設(shè)定的條件,計算饋線回路編號并生成計算書。

(6) 使用同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司自行編制的繪圖軟件,通過計算書生成低壓配電系統(tǒng)圖。

(7) 使用CAD命令,將Excel內(nèi)生成的饋線回路編號、整定開關(guān)大小及電纜規(guī)格導(dǎo)入豎向干線系統(tǒng)圖,完成豎向干線系統(tǒng)圖的繪制。

(8) 使用CAD命令,框選豎向干線系統(tǒng)圖,通過程序生成相對應(yīng)的配電箱系統(tǒng)圖。

(9) 對于無變電所單體,可以通過單體豎向干線系統(tǒng)圖生成低壓配電柜系統(tǒng)圖。

2 應(yīng)用實例

以某工程實驗樓為例,項目位于海南省,建筑總面積26 955.00 m2,建筑功能主要為專業(yè)共享的報告廳、公共智慧教室、行政與專業(yè)辦公用房,信息與計算科學(xué)專業(yè)的實驗用房等專業(yè)教學(xué)空間。

在CAD模型空間內(nèi)進行豎向干線系統(tǒng)圖的繪制,繪制完成后,使用VBA程序,對CAD與Excel進行交互,將豎向干線系統(tǒng)圖內(nèi)繪制的箱名、功率、箱體編號數(shù)據(jù)傳輸至Excel。導(dǎo)出豎向干線內(nèi)數(shù)據(jù)至Excel如圖2所示。

圖2 導(dǎo)出豎向干線內(nèi)數(shù)據(jù)至Excel

使用VBA程序?qū)xcel內(nèi)的數(shù)據(jù)根據(jù)配電箱名、照明類負(fù)荷、動力類負(fù)荷進行自動分類整理,并可以區(qū)分放射式及樹干式配電方式,將同一樹干的配電箱功率相加,得到總功率,同時根據(jù)箱名命名對消防負(fù)荷、非消防負(fù)荷進行區(qū)分。例如,檢測到箱名中包含應(yīng)急、消防、排煙等關(guān)鍵詞時,將標(biāo)記該回路為消防負(fù)荷。

將整理完成的數(shù)據(jù)存放至另一個工作表,對于需要系數(shù)及功率因數(shù)而言,程序可根據(jù)不同類型的用電負(fù)荷輸出默認(rèn)值。例如:照明類配電箱功率因數(shù)可設(shè)為0.85,需要系數(shù)設(shè)為0.8;空調(diào)動力類功率因數(shù)設(shè)為0.8,需要系數(shù)設(shè)為1[3];充電樁功率因數(shù)設(shè)為0.9[4]。需要系數(shù)按照19DX101-1《建筑電氣常用數(shù)據(jù)》進行選擇。設(shè)計人員也可根據(jù)實際情況調(diào)整每個回路的需要系數(shù)及功率因數(shù)。

使用VBA程序?qū)Ψ窍镭?fù)荷、消防負(fù)荷進行不同變壓器的功率分配,程序可根據(jù)不同出線回路的功率將負(fù)荷自動平均分配至TA、TB。干線數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 干線數(shù)據(jù)

Excel表格內(nèi),通過預(yù)設(shè)公式及設(shè)計人員調(diào)整功率因數(shù)、同時系數(shù),求出每個出線回路的整定電流、導(dǎo)線截面及低壓饋電抽屜柜高,此時Excel表格每一行包含配電箱名、功率、同時系數(shù)、功率因數(shù)、計算電流、整定電流、配電干線導(dǎo)線截面、配電箱編號、所屬變壓器、低壓饋電抽屜柜高、常備用等信息,表格內(nèi)還包含消防電纜、非消防電纜的型號、不同變壓器的編號規(guī)則、電容補充形式、電容補償柜數(shù)量、變壓器之間是否有聯(lián)絡(luò)、聯(lián)絡(luò)柜設(shè)在TA或TB、是否設(shè)置有源濾波裝置及數(shù)量、TA變壓器排布數(shù)量、是否有柴發(fā)等信息,這些數(shù)據(jù)可作為后續(xù)生成變壓器配電系統(tǒng)圖的依據(jù)。Excel內(nèi)模塊示意如圖4所示。

圖4 Excel內(nèi)模塊示意

將整理后的數(shù)據(jù)通過程序生成出圖所需要的計算書,點擊“生成計算書”按鈕,可實現(xiàn)如下功能。

(1) 通過對變壓器的設(shè)置,判斷電容補償柜數(shù)量,變壓器之間是否有聯(lián)絡(luò),是否設(shè)置有源濾波器柜等信息,計算出線回路編號。(2)生成過程中,按照預(yù)設(shè)條件,為每個低壓饋電柜適當(dāng)增加備用回路。

(2) 對CAD及Excel進行數(shù)據(jù)交互,將生成的出線回路編號、整定開關(guān)及電纜規(guī)格反饋給豎向干線系統(tǒng)圖,完善豎向干線系統(tǒng)圖,導(dǎo)入至CAD內(nèi)的豎向干線系統(tǒng)圖。

(3) 在Excel內(nèi),整理第2步傳入表格的數(shù)據(jù),使每個配電箱與出線回路編號對應(yīng)。

(4) 在CAD內(nèi),通過程序讀取Excel內(nèi)整理完成的數(shù)據(jù),生成每個配電箱系統(tǒng)圖的進線部分,程序可判斷不同類型的用電負(fù)荷,完成電力系統(tǒng)圖的進線部分所需要的模塊,如:消防電源監(jiān)控、電氣火災(zāi)監(jiān)控、電表、消防切非等。在CAD內(nèi),按照豎向干線系統(tǒng)圖相應(yīng)位置,根據(jù)豎向干線示意圖生成對應(yīng)配電箱系統(tǒng)圖[5]。

無變電所單體可利用豎向干線系統(tǒng)圖生成低壓柜配電系統(tǒng)圖。(1) 在CAD模型空間內(nèi)進行豎向干線系統(tǒng)圖的繪制,導(dǎo)出至Excel,計算每個配出回路的電纜及開關(guān),導(dǎo)入數(shù)據(jù)至CAD模型空間內(nèi)豎向干線系統(tǒng)圖。(2) 框選豎向干線系統(tǒng)圖,生成低壓配電柜系統(tǒng)圖。

3 電纜選擇

在Excel內(nèi),根據(jù)整定電流計算電纜界面時,按照規(guī)范,設(shè)計時需考慮不同地區(qū)的環(huán)境空氣溫度系數(shù)、熱阻系數(shù)、地下溫度,從而選擇出合理的電纜截面。依據(jù)GB/T 16895.6—2014《低壓電氣裝置第5-52部分:電氣設(shè)備的選擇和安裝布線系統(tǒng)》內(nèi)附錄B,將部分?jǐn)?shù)據(jù)選擇錄入Excel,并進行公式編輯,分為以下兩種情況[6-8]。

(1) 當(dāng)選擇封閉橋架(B2)或敞開托盤(C)敷設(shè)時,電纜載流量計算如下:

I=I0K1K2

(1)

式中:I0——導(dǎo)體溫度90 ℃,環(huán)境溫度30 ℃時的電纜載流量;

K1——環(huán)境空氣溫度不同于 30 ℃時的校正系數(shù);

K2——回路或多根電纜成束敷設(shè)的降低系數(shù)。

(2) 當(dāng)選擇穿管埋地敷設(shè)或直埋時,電纜載流量計算如下:

I=I0K1K2K3

(2)

式中:K3——土壤熱阻系數(shù)不同于2.5 (K·m)/W時用于直埋或埋地管槽中電纜的載流量校正系數(shù)。

通過對項目的區(qū)域及實際情況電纜根數(shù)進行統(tǒng)計后,設(shè)定好相應(yīng)參數(shù),即可利用表格內(nèi)公式合理地選擇出導(dǎo)線截面。

4 結(jié) 語

該方法可實現(xiàn)簡單配電系統(tǒng)圖的生成,在此基礎(chǔ)上,程序可以將更多的參數(shù)傳輸至Excel內(nèi),根據(jù)不同的使用場景,在滿足規(guī)范的前提下,對電纜進行全壽命周期測算,選擇合理的電纜規(guī)格,從而使設(shè)備能夠更加節(jié)能、經(jīng)濟地運行。還可以對電壓降、單相接地故障等進行校驗,使設(shè)計出來的配電系統(tǒng)更加安全可靠。