水力發(fā)電廠電氣二次接線智能設(shè)計研究

喬文濤，趙 茂，李全勝

（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，河南 鄭州 450003）

傳統(tǒng)的水力發(fā)電廠電氣二次設(shè)計依托于AutoCAD[1]，主要存在以下弊端：①收到的資料格式不統(tǒng)一，需要花費大量時間確認(rèn)、識別；②電氣二次各個系統(tǒng)分屬多個工程師設(shè)計，配合工作多，協(xié)同性差，而且所有配合的信息都需要手動填寫，自動化程度低；③制圖工作需要純手動完成，電纜敷設(shè)表需要對幾千根電纜逐一測量長度、填寫路徑等信息，導(dǎo)致制圖工作效率低下。

基于以上弊端，考慮借助三維數(shù)字化手段進行電氣二次接線智能化設(shè)計。然而，電氣二次接線智能設(shè)計由于關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)多，涉及的邏輯規(guī)則復(fù)雜[2，3]，已是整個電氣設(shè)計領(lǐng)域的深水區(qū)。經(jīng)過調(diào)研和查閱已有文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)目前常用的電氣設(shè)計軟件沒有電氣二次接線功能，大型設(shè)計院定制開發(fā)的電氣二次模塊還沒有全面成熟應(yīng)用?；诂F(xiàn)實需求和市場現(xiàn)狀，本文針對水力發(fā)電廠電氣二次接線智能化設(shè)計進行了深入研究。

1 技術(shù)框架

吸納汽車、飛機行業(yè)數(shù)字化的經(jīng)驗，結(jié)合水電行業(yè)的特點和實際需求，通過對3DE 平臺進行二次開發(fā)，創(chuàng)建了水電廠電氣二次接線智能設(shè)計系統(tǒng)[4，5]。整個系統(tǒng)分為標(biāo)準(zhǔn)化輸入、智能化處理和格式化輸出三大環(huán)節(jié)。通過導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)化信息為系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)，依托智能接線模塊實現(xiàn)工程師高效工作，借助智能電纜敷設(shè)系統(tǒng)（以下簡稱CIL）提供的電纜通道實現(xiàn)電纜統(tǒng)計，自動生成電纜表。整個系統(tǒng)的技術(shù)框架如圖1 所示。

2 系統(tǒng)介紹

針對廠家提供的資料格式不統(tǒng)一問題，研究制定了標(biāo)準(zhǔn)化信息導(dǎo)入模板，該模板以通用的Excel表格型式承載，如圖2 所示。表格中的信息可實現(xiàn)在3DE 平臺上一鍵導(dǎo)入，智能設(shè)計系統(tǒng)能自動識別并存儲數(shù)據(jù)，從而為電氣二次正向化設(shè)計提供基礎(chǔ)支撐。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化信息導(dǎo)入模板

智能化處理離不開輔助系統(tǒng)的支撐。依托于規(guī)程規(guī)范，并融入設(shè)計院多年的設(shè)計經(jīng)驗，建立了專家系統(tǒng)，用于保障整個智能設(shè)計系統(tǒng)安全高效運行。比如，根據(jù)GB 50217-2018《電力工程電纜設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范，建立了電纜選型規(guī)則，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)則可實現(xiàn)對電纜自動選型，替代了傳統(tǒng)手動輸入。數(shù)字化設(shè)計需要對各種信息進行規(guī)范化編碼，由此建立了一系列編碼規(guī)則。比如，電氣設(shè)計中必不可少的電纜編號，通過參考有關(guān)規(guī)定并借鑒之前的項目經(jīng)驗，建立了電纜編號規(guī)則。系統(tǒng)根據(jù)該規(guī)則可實現(xiàn)電纜自動編碼，既可用于系統(tǒng)對電纜的識別，又可用于施工圖的信息輸出。每個工程的電纜型號不同，如阻燃/低煙無鹵/耐火、聚氯乙烯絕緣/聚乙烯絕緣等，智能化系統(tǒng)可根據(jù)每個工程實際需求，快速修改源程序，實現(xiàn)每個項目此類參數(shù)的自定義修改。系統(tǒng)的另一個重要支撐是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備庫，結(jié)合主流產(chǎn)品參數(shù)，建立了相關(guān)電氣設(shè)備的三維模型，并豐富了設(shè)備信息，比如增加電纜外徑、重量等參數(shù)，以便于正向化多專業(yè)協(xié)同設(shè)計過程中的信息調(diào)用。

基于以上輔助系統(tǒng)的支撐，建立電氣二次接線智能設(shè)計模塊，它同時展示了電纜兩端的信息，可在一個界面實現(xiàn)1 端到N 端的數(shù)據(jù)訪問。該模塊具有以下4 個亮點功能：①系統(tǒng)可以給每根電纜自動賦色，提高辨識度；②工程師只需根據(jù)專業(yè)知識選取要連接的信息點，系統(tǒng)自動拾取遠(yuǎn)端信息，對側(cè)自動更新；③電纜型號和電纜編號根據(jù)智能化輔助決策系統(tǒng)自動選型，對側(cè)自動更新；④左下角的區(qū)域支持自定義修改，可以對自動生成的信息進行手動修改，系統(tǒng)會優(yōu)先采用人工設(shè)定值。

通過利用已開發(fā)的CIL 系統(tǒng)在三維環(huán)境中快速建立電纜通道，然后將智能化處理后的二維邏輯圖與三維環(huán)境進行映射，借助BIM 模型中規(guī)劃的電纜通道進行電纜自動敷設(shè)，最后可一鍵生成Excel 型式的電纜敷設(shè)表。該表經(jīng)過格式化處理，包含電纜始端、終端、電纜型號、編號、長度、路徑等全部電氣二次電纜敷設(shè)需要的信息，完全可滿足現(xiàn)場施工需求。同時，為了滿足國內(nèi)傳統(tǒng)的施工圖型式需要，智能化系統(tǒng)也可生成傳統(tǒng)的端子接線圖。

3 應(yīng)用前景

研究成果能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)快速讀取、電氣二次設(shè)計“一張圖”、信息自動生成、輸出格式化等，可極大提高水力發(fā)電廠電氣二次設(shè)計效率和出圖質(zhì)量，能為減少設(shè)計周期、縮短調(diào)試時間、實現(xiàn)早日發(fā)電提供重要保障。本成果不受行業(yè)限制，可廣泛應(yīng)用于水電、變電站、火電、核電等的電氣二次設(shè)計工作。

同時需要指出的是，電氣二次接線智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，一方面需要依賴于廠家按照標(biāo)準(zhǔn)化信息導(dǎo)入模板提供端子信息，這需要在招標(biāo)階段進行明確。另一方面，電纜的自動敷設(shè)需要借助于BIM 模型，這就需要整個項目能提供三維數(shù)字化支撐。

4 結(jié)語

本文針對傳統(tǒng)水力發(fā)電廠電氣二次接線設(shè)計存在的弊端，提出了數(shù)字化設(shè)計新模式。研究成果主要有以下創(chuàng)新點：①吸納了汽車、飛機等行業(yè)電氣二次數(shù)字化的經(jīng)驗，結(jié)合水電行業(yè)的特點及自身實際設(shè)計模式，提出了水電行業(yè)電氣二次數(shù)字化設(shè)計框架。②融合大量專業(yè)規(guī)范和工程經(jīng)驗，結(jié)合工程師實際需求，打造了電氣二次智能化設(shè)計模板?？蓪崿F(xiàn)在“一張圖”上實現(xiàn)端子圖設(shè)計工作，包括兩端信息同界面查找、提取和連線，電纜自動選型，電纜編號自動生成等。③大膽創(chuàng)新，建立了3DE 應(yīng)用新模式。首次在3DE 平臺上實現(xiàn)Excel 表格導(dǎo)入的信息符號化顯示，該模式不僅可應(yīng)用于水電廠電氣二次設(shè)計，還可以用于其他行業(yè)和專業(yè)的3DE 平臺數(shù)字化設(shè)計。