郭瑩清

(元工電力技術(shù)有限公司,山西 太原 030000)

0 引言

現(xiàn)如今信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化成為社會(huì)發(fā)展的大趨勢(shì),迅猛的數(shù)字化發(fā)展浪潮沖擊著各行各業(yè),輸變電設(shè)計(jì)行業(yè)也不例外。將領(lǐng)先的三維數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于輸變電設(shè)計(jì)中,不僅可以順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展,同時(shí)可以提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。本文梳理了傳統(tǒng)變電站二維電纜敷設(shè)技術(shù),分析比較了幾種典型敷設(shè)方式的優(yōu)缺點(diǎn),研究了三維數(shù)字化電纜敷設(shè)優(yōu)化措施。

1 傳統(tǒng)變電站二維電纜敷設(shè)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)變電站二維電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)中,首先設(shè)計(jì)圖紙及電纜清冊(cè)全部需要手動(dòng)輸入,自動(dòng)化程度較低,同樣數(shù)據(jù)需要多次在不同文檔內(nèi)輸入,導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員重復(fù)工作量大,出錯(cuò)率高;其次工程設(shè)計(jì)中繪制大量施工圖紙,電纜敷設(shè)較多并且結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜,各專(zhuān)業(yè)文檔資料除專(zhuān)業(yè)提資內(nèi)容外幾乎相互獨(dú)立,無(wú)法協(xié)同設(shè)計(jì)且專(zhuān)業(yè)信息無(wú)法做到實(shí)時(shí)共享,造成設(shè)計(jì)出錯(cuò)率高,施工過(guò)程造成很大困擾;最后由于電纜材料完全由人工統(tǒng)計(jì),標(biāo)準(zhǔn)路徑不統(tǒng)一,容易造成設(shè)計(jì)誤差以及“三材”浪費(fèi)。

2 數(shù)字化電纜敷設(shè)優(yōu)化的必要性

基于數(shù)字化的電纜敷設(shè)是順應(yīng)社會(huì)數(shù)據(jù)化時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì),同時(shí)對(duì)于電力行業(yè)而言,廣泛應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)來(lái)提高設(shè)計(jì)的技術(shù)含量、節(jié)省項(xiàng)目投資、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。在變電站的維護(hù)管理中,電纜敷設(shè)三維信息化模型可以模擬現(xiàn)場(chǎng),使運(yùn)行人員可以及時(shí)查看虛擬現(xiàn)場(chǎng),及時(shí)確定維護(hù)和改造方案,成為變電站精細(xì)化施工和科學(xué)化運(yùn)營(yíng)的重要技術(shù)手段;通過(guò)三維建模,對(duì)電纜敷設(shè)路徑進(jìn)行優(yōu)化,可以減少電纜敷設(shè)長(zhǎng)度,不僅可以降低電能損耗,還可以減少因電纜長(zhǎng)度長(zhǎng)導(dǎo)致的故障,節(jié)約材料,進(jìn)而減少工程總投資。

3 變電站電纜敷設(shè)三維設(shè)計(jì)

3.1 三維設(shè)計(jì)應(yīng)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

3.1.1 電纜敷設(shè)原則

電纜敷設(shè)主要根據(jù)工程條件、環(huán)境特點(diǎn)、變電站布置特點(diǎn)、出線方式和電纜類(lèi)型、數(shù)量、滿(mǎn)足運(yùn)行可靠、便于維護(hù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理的要求選擇[1-2]。以下為幾種傳統(tǒng)變電站典型二維敷設(shè)方式的論述。

3.1.2 電纜直埋與穿管敷設(shè)

對(duì)于同一通道敷設(shè)少于6根的35 kV及以下電力電纜,在廠區(qū)通往遠(yuǎn)距離輔助設(shè)施或城郊等不宜經(jīng)常性開(kāi)挖的地段,宜采用直埋敷設(shè)。對(duì)于變電站內(nèi)電纜相對(duì)比較重要,為避免電纜受到各種損害和環(huán)境腐蝕,一般很少采用直埋敷設(shè),站內(nèi)電纜較少時(shí),推薦采用穿管敷設(shè),并且電纜管過(guò)路地段需要采用熱鍍鋅鋼管,交流單芯電纜以單根穿管時(shí)不得采用未分割磁路的鋼管。

3.1.3 電纜溝敷設(shè)

電纜溝道敷設(shè)適用于地面載重負(fù)荷較輕的電纜線路路徑,如人行道、工廠內(nèi)的場(chǎng)地等,許多廠站通常將電纜溝蓋板兼作部分巡視及操作小道。電纜溝一般采用混凝土或磚砌結(jié)構(gòu),其頂部用蓋板覆蓋。蓋板面可以和地面齊平,便于開(kāi)啟,也有的稍低于地面而在蓋板上粉刷一層水泥,以防止蓋板與地面高低不平和雨水進(jìn)入電纜溝。

電纜溝敷設(shè)的優(yōu)點(diǎn)不需做電纜井,土建施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低,常在變電站和中小型電廠中采用;缺點(diǎn)是敷設(shè)和維修電纜時(shí)必須揭開(kāi)蓋板,且溝內(nèi)容易淤積臟物、積水,蓋板承壓強(qiáng)度較差,不能使用在車(chē)行道上,且電纜溝離地面太近,降低了電纜的載流量。

3.1.4 電纜隧道敷設(shè)

同一通道中的地下電纜較多,電纜溝不足以容納時(shí),應(yīng)采取電纜隧道敷設(shè)。

電纜隧道敷設(shè)的優(yōu)點(diǎn)是空間比較大,隧道內(nèi)人行通道便于電纜運(yùn)行巡視和檢修,電纜敷設(shè)便利,通風(fēng)、消防、排水設(shè)施配置齊全,電纜散熱效果好;但因配備照明、排水、通風(fēng)、消防等附屬設(shè)施較多而且開(kāi)挖深度較深整體造價(jià)較高,投資大且與地下建筑物交叉時(shí)不宜避讓。

3.1.5 電纜橋架敷設(shè)

明敷的全塑電纜數(shù)量較多或電纜跨距較大時(shí),宜選用電纜橋架敷設(shè)。電纜橋架分為槽式、托盤(pán)式和梯架式:槽式電纜橋架對(duì)屏蔽干擾和重腐蝕環(huán)境中電纜的防護(hù)都有較好的效果;托盤(pán)式電纜橋架具有重量輕、載荷大、造型美觀、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便等優(yōu)點(diǎn);梯架式電纜橋架具有重量輕、成本低、造型別具、安裝方便、散熱、透氣好等優(yōu)點(diǎn),它適用于一般直徑較大電纜的敷設(shè)。

3.1.6 電纜夾層敷設(shè)

對(duì)于配電裝置室饋線電纜較多、饋線電纜走向復(fù)雜的情況宜選用增設(shè)電纜結(jié)構(gòu)層。在電纜夾層內(nèi),按照電纜實(shí)際走向設(shè)置電纜支架。敷設(shè)過(guò)程中充分利用夾層密集空間,選擇最短路徑并減少電纜的交叉碰撞,減少電能損耗,后期運(yùn)行維護(hù)方便。

以上是變電站內(nèi)電纜敷設(shè)的常用方式,各有優(yōu)缺點(diǎn),具體實(shí)施情況根據(jù)變電站規(guī)模、進(jìn)出線情況,合理選擇電纜敷設(shè)方式[3]。

3.2 變電站電纜敷設(shè)三維設(shè)計(jì)目標(biāo)

1)實(shí)現(xiàn)電纜敷設(shè)三維可視化:利用三維建模技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù),實(shí)現(xiàn)包含設(shè)計(jì)、建設(shè)、調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)等一系列信息的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)內(nèi)容,三維可視化提高了設(shè)備數(shù)據(jù)信息的形象準(zhǔn)確性,數(shù)據(jù)信息顯示更直觀,信息分析更容易[4]。

2)提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率:以三維模型技術(shù)為依托,通過(guò)模型與數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng),跨專(zhuān)業(yè)精細(xì)化配合,材料自動(dòng)統(tǒng)計(jì),減少人工輸入,提高生產(chǎn)效率[5]。

3)控制成本:通過(guò)三維模型及碰撞檢查結(jié)果優(yōu)化電纜敷設(shè)路徑以及電纜溝道、電纜隧道內(nèi)電纜支架等的設(shè)計(jì),優(yōu)化減少“三材”耗量,有效控制成本。

3.3 三維數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件

采用博超STD-R 5.0數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)平臺(tái),結(jié)合工程特點(diǎn)、規(guī)模和發(fā)展規(guī)劃,通過(guò)三維設(shè)計(jì)手段對(duì)變電站電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和校驗(yàn),力求變電站電纜走向經(jīng)濟(jì)合理,達(dá)到節(jié)約電纜、減少“三材”耗量的目的。

3.4 電纜溝(隧道)三維模型繪制

采用博超STD-R 5.0數(shù)字化變電站設(shè)計(jì)平臺(tái),按照電纜溝實(shí)際進(jìn)行電纜溝模型參數(shù)化繪制,通過(guò)以輸入電纜溝、電纜隧道的實(shí)際尺寸完成電纜構(gòu)筑物的模型設(shè)置溝道轉(zhuǎn)彎處可添加轉(zhuǎn)彎、三通、四通并自動(dòng)生成電纜支架,自動(dòng)生成電纜溝剖面圖(見(jiàn)圖1),剖面圖中可查看電纜在各層的實(shí)際布置效果。最終通過(guò)全站電纜走向形成完整電纜走道模型。

3.5 電纜信息管理

在三維設(shè)計(jì)環(huán)境中完成電纜設(shè)計(jì)后,可以手動(dòng)逐步輸入全站電纜或者直接導(dǎo)入符合博超軟件的詳細(xì)電纜清冊(cè),電纜清冊(cè)需注明:電纜起點(diǎn)名稱(chēng)、電纜終點(diǎn)名稱(chēng)、電纜規(guī)格等,最終根據(jù)電壓等級(jí)進(jìn)行劃分導(dǎo)入系統(tǒng)中供數(shù)據(jù)庫(kù)讀取,軟件自動(dòng)對(duì)輸入設(shè)備進(jìn)行編號(hào)(見(jiàn)圖2,圖3);軟件自帶查找和檢索功能,查詢(xún)功能可以避免設(shè)備重復(fù)編號(hào),檢索功能可以快速定位到指定設(shè)備,有效提高了設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。

3.6 碰撞檢查

碰撞檢查功能是三維建模平臺(tái)的一大特色,可高效便捷地校核圖紙中通道三維模型與其他專(zhuān)業(yè)三維模型的碰撞情況,同時(shí)可導(dǎo)出檢查報(bào)告,對(duì)于發(fā)生沖突的模型提供點(diǎn)亮定位功能。本工程利用三維軟件建立了包含電纜溝道、電纜支架、電纜等的三維數(shù)字化模型,在此基礎(chǔ)上通過(guò)碰撞檢查功能檢索工程中的碰撞問(wèn)題,根據(jù)碰撞檢查結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)修改優(yōu)化,減少電纜管線、電氣設(shè)備間的碰撞問(wèn)題。三維建模平臺(tái)的碰撞檢查功能可將管線沖突等碰撞問(wèn)題消除在施工之前,最大限度地降低施工階段可能遇到的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤,減少因碰撞問(wèn)題引起的工期延誤和資金浪費(fèi)。

3.7 電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)優(yōu)化

電纜敷設(shè)三維設(shè)計(jì)的優(yōu)化主要體現(xiàn)在電纜構(gòu)筑物的優(yōu)化和電纜敷設(shè)路徑的優(yōu)化兩個(gè)方面,通過(guò)對(duì)電纜溝、電纜隧道等的實(shí)體建模,在三維場(chǎng)景中可以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景縮放、視角旋轉(zhuǎn)、快速定位等操作,通過(guò)瀏覽場(chǎng)景中模型開(kāi)展電纜敷設(shè)的精細(xì)化設(shè)計(jì)。

1)形成電纜溝道三維數(shù)字化模型后可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別電纜清冊(cè)中電纜的走向,精確推算出電纜敷設(shè)的路徑,計(jì)算出每個(gè)電纜構(gòu)筑物可以敷設(shè)哪些電纜,快速有效地進(jìn)行電纜的自動(dòng)敷設(shè),優(yōu)化設(shè)置的電纜溝道、電纜隧道內(nèi)電纜支架大小及層數(shù),還可以模擬電纜敷設(shè)方式,通過(guò)三維模型直觀查詢(xún)電纜支架的實(shí)際占用情況,優(yōu)化支架設(shè)計(jì),減少施工過(guò)程中的浪費(fèi),節(jié)省投資。

2)三維數(shù)字化電纜敷設(shè)建模得出準(zhǔn)確的電纜敷設(shè)路徑后,可以進(jìn)行電纜在三維空間上的校驗(yàn),查看每段路徑的敷設(shè)信息,有效避免電纜之間、電纜與支架以及其他構(gòu)筑物之間的碰撞,便于在三維空間中規(guī)劃電纜溝道、隧道的走向,設(shè)計(jì)更合理的布置方案。

3)在變電站的維護(hù)管理中,電纜敷設(shè)三維信息化模型可以模擬現(xiàn)場(chǎng),使運(yùn)行人員可以及時(shí)查看虛擬現(xiàn)場(chǎng),及時(shí)確定維護(hù)和改造方案,成為變電站精細(xì)化施工和科學(xué)化運(yùn)營(yíng)的重要技術(shù)手段。

3.8 電纜敷設(shè)數(shù)字化移交

初步設(shè)計(jì)階段可利用博超STD-R 5.0軟件將電纜溝道、電纜隧道模型以及電纜導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)形成完整的電纜敷設(shè)三維模型,施工圖和竣工圖階段可以根據(jù)訂貨電纜廠家信息將實(shí)際電纜輸入數(shù)據(jù)庫(kù),并儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)自動(dòng)化校核完成數(shù)字化成品最終導(dǎo)出完成數(shù)字化移交[6]。

三維數(shù)字化移交是工程全生命周期中工程數(shù)字化設(shè)計(jì)成果由設(shè)計(jì)階段轉(zhuǎn)向施工和運(yùn)維階段的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是保證設(shè)計(jì)信息向施工和運(yùn)維單位有效和準(zhǔn)確傳遞的方法,決定了三維設(shè)計(jì)成果是否有效服務(wù)于施工和運(yùn)維的基礎(chǔ);而且能夠以工程對(duì)象為核心、數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、編碼為紐帶,實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)、三維模型、圖紙等信息的有機(jī)關(guān)聯(lián),從而使工程相關(guān)方面通過(guò)該系統(tǒng)瀏覽可視化、多維度的工程信息,實(shí)現(xiàn)基建數(shù)據(jù)與生產(chǎn)運(yùn)維數(shù)據(jù)的無(wú)縫鏈接,為實(shí)現(xiàn)變電站數(shù)字化運(yùn)維管理奠定基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)二維圖設(shè)計(jì)模式,使原來(lái)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)流程、質(zhì)量管理更加先進(jìn)。

通過(guò)對(duì)變電站內(nèi)的電力電纜、控制電纜以及通訊光纜的敷設(shè)的三維數(shù)字化模型的建立,并能夠通過(guò)電腦端對(duì)電纜溝道與電纜進(jìn)行讀取,讓電纜敷設(shè)規(guī)劃設(shè)計(jì)人員在現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)電纜之前就完成了電纜的虛擬敷設(shè),并可根據(jù)敷設(shè)路徑的三維模擬直觀的展示,及時(shí)地調(diào)整電纜的排布位置,達(dá)到了可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行電纜敷設(shè)的優(yōu)化,并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指導(dǎo)施工電纜敷設(shè)實(shí)施工作。施工過(guò)程中可記錄電纜的實(shí)際敷設(shè)結(jié)果,確立電纜敷設(shè)狀態(tài),對(duì)施工過(guò)程有效管理,解決了施工過(guò)程中出現(xiàn)電纜編碼不明確、電纜敷設(shè)路徑不合理等問(wèn)題,同時(shí)有效控制施工成本,在變電站的維護(hù)管理中,電纜敷設(shè)三維信息化模型可以模擬現(xiàn)場(chǎng),使運(yùn)行人員可以及時(shí)查看虛擬現(xiàn)場(chǎng),及時(shí)確定維護(hù)和改造方案,成為變電站精細(xì)化施工和科學(xué)化運(yùn)營(yíng)的重要技術(shù)手段。

最后對(duì)于發(fā)展型企業(yè)而言,三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的應(yīng)用能夠促進(jìn)不同專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)作、提高生產(chǎn)效率、推動(dòng)企業(yè)在前沿技術(shù)中保持領(lǐng)先地位,在提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力方面起到?jīng)Q定性作用,是當(dāng)今以數(shù)字化為核心的社會(huì)發(fā)展中不可或缺的一項(xiàng)新技術(shù)。