電氣三維軟件在抽水蓄能典型電站設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

◎ 中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 劉軍

在水電站的設(shè)計(jì)中，現(xiàn)有的二維設(shè)計(jì)工具在表達(dá)復(fù)雜空間布置時(shí)，表達(dá)深度和直觀性的局限性日益凸顯。二維設(shè)計(jì)平臺(tái)無(wú)法滿足多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的要求，避免各專業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品之間“錯(cuò)、碰、漏”的協(xié)調(diào)工作量很大。隨著業(yè)主要求的不斷提高，各集團(tuán)公司都大力開(kāi)展三維設(shè)計(jì)。

在這個(gè)背景下，近兩年，中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院（以下簡(jiǎn)稱中南院）大力開(kāi)展三維設(shè)計(jì)工作，在拖巴、溧陽(yáng)、瓊中、龍盤(pán)、抽蓄典型設(shè)計(jì)、桃源水電站、益地水電站等多個(gè)電站開(kāi)展三維設(shè)計(jì)，取得了比較顯著的成果，其中電氣部分作為整個(gè)三維項(xiàng)目的一個(gè)重要組成部分，在三維設(shè)計(jì)中也取得了較為顯著的成果。

圖1 發(fā)電機(jī)出口斷路器GCB模型

圖2 主變壓器模型

工程概況

應(yīng)國(guó)網(wǎng)新源控股公司邀請(qǐng)，同時(shí)為了中南院逐步推行抽水蓄能電站標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，深入貫徹全生命周期設(shè)計(jì)理念，中南院采用三維可視化協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，開(kāi)展了抽水蓄能電站地下廠房及開(kāi)關(guān)站設(shè)備布置典型設(shè)計(jì)工作。

抽水蓄能電站是中南院第一個(gè)三維標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目，從3月中旬開(kāi)始，工程設(shè)計(jì)二院、機(jī)電處及數(shù)字工程中心近20名設(shè)計(jì)人員開(kāi)始封閉展開(kāi)三維設(shè)計(jì)工作，截止6月28日，全部完成了4×300MW方案和6×300MW方案的三維設(shè)計(jì)工作。

電氣三維設(shè)計(jì)流程方面，此次三維設(shè)計(jì)用到了中南院引進(jìn)的全面三個(gè)電氣三維設(shè)計(jì)軟件，Substation、BBES和BRCM。電氣設(shè)備布置流程方面，電氣設(shè)備建模及布置主要通過(guò)Substation軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)流程如下：

圖3 發(fā)電機(jī)模型

圖4 SFC輸出變壓器模型

1、Substation設(shè)備模型繪制

本次抽蓄典型設(shè)計(jì)項(xiàng)目對(duì)所有設(shè)備模型重新進(jìn)行了繪制，根據(jù)廠家及照片資料，所繪制模型精細(xì)程度在歷次三維設(shè)計(jì)中都是最高的。

主要成果如下：（如圖1-圖4）

2、設(shè)備模型屬性賦予，指定廠家型號(hào)、尺寸信息、（如圖5）

圖5 模型屬性賦予界面

3、設(shè)備布置

在廠房結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將繪制的發(fā)電機(jī)、配電盤(pán)、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)設(shè)備、地面出線場(chǎng)設(shè)備模型布置到廠房相應(yīng)位置，離相封閉母線、GIS設(shè)備等按電氣設(shè)計(jì)需要組裝在一起。設(shè)備布置過(guò)程中，通過(guò)參考其它專業(yè)相關(guān)設(shè)備管路，合理布置，提高工作效率。

圖6 Substation 軟件數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)

圖7 地下廠房、主變洞和母線洞電氣設(shè)備布置圖

圖8 導(dǎo)線掛接操作流程圖

總結(jié)下來(lái)該模塊具有以下優(yōu)勢(shì)：首先，可以快速準(zhǔn)確完成總平面布置圖的設(shè)備布置設(shè)計(jì)。其次，數(shù)據(jù)庫(kù)信息共享，避免遺失錯(cuò)漏。第三，無(wú)縫集成工程內(nèi)容管理系統(tǒng)，與廠房、水機(jī)、暖通等專業(yè)密切配合，實(shí)時(shí)檢查調(diào)整，有效避免錯(cuò)誤設(shè)計(jì)。在無(wú)縫集成工程內(nèi)容管理系統(tǒng)平臺(tái)下，各專業(yè)工程師間及時(shí)同步項(xiàng)目文件，共享設(shè)計(jì)信息，有效解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中信息交互滯后和溝通不及時(shí)的問(wèn)題。（如圖6）

抽蓄典型水電站三維設(shè)計(jì)主要成果（如圖7）。

4、導(dǎo)線掛接

Substation軟件有個(gè)placewire模塊，用于設(shè)備間導(dǎo)線掛接，完成總平面布置的3D導(dǎo)線繪制、絕緣子選型、布置，金具選型、布置。主要操作流程（如圖8）。

圖9 開(kāi)關(guān)站及出線設(shè)備布置圖

出線平臺(tái)設(shè)備間導(dǎo)線掛接成果（如圖9）。

電纜橋架設(shè)計(jì)流程方面，電纜橋架設(shè)計(jì)在以前的三維設(shè)計(jì)中都沒(méi)有涉及，作為電氣三維設(shè)計(jì)的一部分，全廠電纜橋架設(shè)計(jì)是不可或缺的，本次抽蓄典型水電站設(shè)計(jì)在進(jìn)行電纜橋架設(shè)計(jì)時(shí)選用了BRCM軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，該軟件能直觀、方便的進(jìn)行橋架設(shè)計(jì)。

BRCM軟件提供了托盤(pán)式、梯式和槽式3種類型的橋架，導(dǎo)入了部分常用的廠家橋架尺寸，并且支持橋架自定義定制。電纜橋架布置方便，可以自動(dòng)添加彎通、三通和四通。并且可以通過(guò)線條自動(dòng)生成橋架，各種彎通、三通、四通自動(dòng)連接，方便智能。另外橋架配件也可以用自動(dòng)添加和手動(dòng)添加兩種方式添加。

圖10 地下廠房橋架總布置圖

BRCM設(shè)計(jì)全廠橋架設(shè)計(jì)流程（如圖10）。

1、根據(jù)廠房設(shè)計(jì)，規(guī)劃橋架走向，選定軟件自帶的橋架進(jìn)行設(shè)計(jì)布置。

2、在對(duì)橋架布置完成后，還可以添加托臂、工字鋼等，按照設(shè)計(jì)要求，放置在適當(dāng)?shù)母叱?。在布置時(shí)避免與水工和其它專業(yè)結(jié)構(gòu)碰撞。

橋架相關(guān)成果圖如下：

照明布置方面，照明設(shè)計(jì)需要大量的燈具、開(kāi)關(guān)插座等設(shè)備，BBES中已經(jīng)繪制了一部分燈具、插座、開(kāi)關(guān)模型，在本次抽蓄水電站三維設(shè)計(jì)中，主要用到了廠房照明燈具布置。

圖11 照度計(jì)算表

在實(shí)際應(yīng)用中，BBES軟件還提供了照度計(jì)算的功能。BBES集成了RELUX專業(yè)照度計(jì)算軟件。作為雙向照度計(jì)算軟件，它可以大大減少因?yàn)槿斯び?jì)算房間面積產(chǎn)生的錯(cuò)誤，同時(shí)，由于數(shù)據(jù)的相互導(dǎo)入導(dǎo)出都是自動(dòng)的，能夠減少人為干預(yù)錯(cuò)誤。此外，Relux數(shù)據(jù)庫(kù)完備，可以方便查閱照明燈具的負(fù)載或者外形尺寸；在計(jì)算完燈具數(shù)量后，BBES繪圖自動(dòng)完成不需要重新畫(huà)圖。計(jì)算布置完畢以后，可以生成照度計(jì)算表。（如圖11）

碰撞檢查方面，Bentley軟件提供了碰撞檢查功能，能夠快速準(zhǔn)確的幫助工程師定位項(xiàng)目中各專業(yè)的碰撞情況，并將碰撞檢查結(jié)果直觀的反映出來(lái)，排查方便。提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，有效減少后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)代的工作量。

三維軟件可以通過(guò)動(dòng)態(tài)切圖，DEM切圖的方式切出二維圖，然后通過(guò)軟件自帶的標(biāo)注功能，按照中南院統(tǒng)一的出圖模式，標(biāo)注樣式生成施工圖紙。

首先利用已經(jīng)建好的圖框建立圖紙文件，將需要出圖的視圖進(jìn)行尺寸標(biāo)注，對(duì)視圖屬性進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置。然后將視圖設(shè)置成合適的出圖比例添加到圖紙文件中，最后在圖紙文件中對(duì)視圖進(jìn)行文字注釋。在圖紙中，可以添加不同比例的視圖，和明細(xì)表、設(shè)備表等，還可以直接將CAD文件參開(kāi)導(dǎo)入到圖紙中使用。（如圖12-圖15）

總結(jié)

在抽蓄典型水電站設(shè)計(jì)過(guò)程中，中南院電氣一次專業(yè)第一次將三維軟件各模塊全面使用，并將三維成果一部分應(yīng)用到施工圖紙。初步解決了以往三維只用于效果展示、出圖難的問(wèn)題。在后續(xù)的工程中，將不斷深化，逐步擴(kuò)展到電氣設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和階段，精確產(chǎn)品設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

相比傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)，三維設(shè)計(jì)不僅是畫(huà)圖手段的改進(jìn)，它對(duì)于整個(gè)設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)都有著顯著的改進(jìn)。工程師在搭建三維模型后，可以直觀的將整個(gè)系統(tǒng)展現(xiàn)在業(yè)主面前，而不僅僅是單調(diào)的二維圖紙。業(yè)主可以生動(dòng)形象的根據(jù)模型提出修改意見(jiàn)，對(duì)整個(gè)電站前景有個(gè)較為清晰的展望。設(shè)計(jì)師也可以根據(jù)模型，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的合理性進(jìn)行分析，有利于快速完善設(shè)計(jì)方案，減少重復(fù)改動(dòng)工作量。

三維設(shè)計(jì)成果可以幫助設(shè)計(jì)人員和決策是人員在項(xiàng)目工程動(dòng)工之前全面準(zhǔn)確的掌握其技術(shù)要點(diǎn)，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和缺陷，并及時(shí)提出可行的修改意見(jiàn)，避免工程建設(shè)中出現(xiàn)問(wèn)題和可能造成的巨大損失，有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，縮短設(shè)計(jì)與施工周期，加快整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的進(jìn)程，對(duì)工程指導(dǎo)性意義很強(qiáng)。三維產(chǎn)品的直觀性也能促進(jìn)設(shè)計(jì)方與業(yè)主和施工方的良好溝通。

雖然三維設(shè)計(jì)的開(kāi)展在中南院已經(jīng)取得了一系列成果，但是在從三維向二維出圖方面還是有不足之處。中南院已經(jīng)摸索了一些出圖的方法，但由于軟件本身的局限性，在出具圖紙時(shí)對(duì)機(jī)器性能依賴性較高，由于軟件公司對(duì)端口開(kāi)放有限，軟件的二次開(kāi)發(fā)也存在一定困難，行業(yè)的本地化，不同客戶的一些個(gè)性化需求目前還無(wú)法得到滿足。

電氣專業(yè)由于其專業(yè)特殊性，在原理圖的出具方面，目前的三維軟件暫時(shí)無(wú)法滿足其智能化需求，中南院正在著力于軟件開(kāi)發(fā)商合作，研究基于Bentley平臺(tái)的廠用電模塊，這個(gè)模塊的開(kāi)發(fā)，將有效解決電氣原理圖不能自動(dòng)出具的問(wèn)題。

雖然三維軟件目前還有一些不足之處，但是它前瞻的設(shè)計(jì)理念代表了未來(lái)設(shè)計(jì)的方向。

圖12 水輪機(jī)層及副廠房橋架二維出圖

圖13 主變洞橋架二維出圖

圖14 母線洞橋架二維出圖

圖15 副廠房橋架二維出圖