智能变电站二次系统实虚回路数字化设计研究

杨 帆，张亚玉，胡 斌

(1.中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽 合肥 230601；2.安徽送变电工程有限公司，安徽 合肥 230601)

0 引言

现阶段的智能变电站工程和常规变电站设计过程中，主要由二次设备制造厂商提供装置原理图和组屏图，由设计院负责根据工程规划绘制二次系统接线图和网络接线图等工程图纸。目前国内电力设计院电气二次专业出图基本上是以AutoCAD作为设计工具，所有原理图、端子排图或电缆接线表、电缆清册均由人工出图。这种设计方式存在设计工作效率低下、错误率高、图纸标准化程度低、图纸的校审核工作量大等弊端，而在二次系统图纸设计中采用数字化设计手段能够有效避免这些问题[1]。

1 智能变电站实虚回路数字化设计

1.1 智能变电站二次系统的实回路数字化设计

二次系统的实回路二次设计包括屏位布置图、原理图、端子排图、光缆接线示意图、电缆光缆清册等。目前国内电力设计院电气二次专业出图基本上是以AutoCAD作为图板用，所有原理图、端子排图或电缆接线表、电缆清册均由人工出图，出图流程如下：电气一次提资→收集相关厂家设备图纸→电气二次原理图绘制→根据原理图绘制端子接线图、光缆接线图→形成成品电缆清册→手工测量电缆清册→图纸和清册出版。

这种传统的设计方式存在设计工作效率低下，错误率高，不利于现场施工单位消化；二次图纸更新的相关工作量过大，如原理图发生更新，则端子排、电缆清册、虚端子文档均需逐一调整；电缆清册均由人工出图，不同设计人员偏差较大等问题。

Bentley三维设计平台和上海欣电电气自动化辅助设计软件可进行电气二次原理图、自动生成端子排图和电缆清册的数字化设计，但是上海欣电软件更加符合设计习惯，使用更加方便。两种软件的功能对比表如表1所示：

表1 Bentley与上海欣电软件的功能对比表

上述软件的设计流程为：厂家资料提资→工程设备库、电缆库配置→原理图绘制→交叉链接→自动生成端子排→自动生成电缆清册。

目前电力设计市场内能够进行自动的电缆光缆敷设和电缆光缆长度统计的主流软件为三维设计软件(Bentley和博超)。其与常规统计方式的功能对比表如表2所示：

表2 三维设计软件与常规清册统计方式的功能对比表

由上表可见，三维设计软件进行电缆敷设具有明显的优势[2,3]，三维设计软件(以Bentley为例)的设计流程为：确定组柜方案，进行三维设备模型布置→布置设备→布置电缆通路→导入电缆清册→自动电缆敷设→生成敷设后的清册。

1.2 智能变电站二次系统的虚回路数字化设计

在现在的设计方法中，设备制造厂商提供设备图纸、虚端子表给设计单位，设计单位通过Excel手动根据厂家资料完成智能变电站的虚端子连接表。这种虚端子配置方式存在配置效率低下，对后期校验工作要求较高，不利于提高新建工程和改扩建的设计效率的问题。

目前有多家二次设备厂家和软件公司均已经开发出了二次设备虚端子配置软件，用于虚端子配置，其中长园深瑞、南京五彩软件实现功能较为完备，均可实现二次设计数字化移交、可视化校核，为国内大多数设计单位所引进。其与常规统计方式的功能对比表如表3所示：

表3 虚端子配置软件与常规虚端子配置方式的功能对比表

虚端子配置软件能够大大提高配置准确性，缩短配置虚端子的时间[4,5]。虚端子配置软件的设计流程为：一次系统建模→单间隔组柜方案配置→厂家资料导入和虚端子联接→虚端子间隔复制→自输出虚端子表、光缆接线图、光缆清册等。

2 基于全过程的二次系统数字化正向设计

2.1 二次系统数字化正向设计流程

电缆、光缆敷设在三维设计平台上实现，光缆接线图和虚端子配置在二次虚端子配置工具上实现，二次原理图绘制、端子排图绘制在自动绘图软件实现，能够在智能站二次设计的全过程中大大缩短设计工期，提高设计准确性。由于三种软件底层架构差异大，三种软件整合的可能性暂时不大，由此可以预见在一段时间内，智能变电站二次系统的三个模块设计依然要由三类设计工具来完成。通过三种设计软件实现全过程的数字化设计的详细设计流程如图1所示。

图1 详细数字化正向设计流程

三维设计软件主要采用Bentley软件，其中专业协同采用Bentley的PW 模块，三维设备布置采用Bentley的Substation模块，三维电缆敷设采用Bentley的BRCM模块，二次原理图绘制和自动端子排生成采用上海欣电软件，虚端子配置和光口接线图采用深瑞PRS7001软件。各相关软件负责的二次系统设计部分如图2所示。

2.2 二次系统数字化正向设计接口

不同的二次设计软件侧重点不同，输入输出条件不同，从设计流程上可以看出，实、虚回路及三维设计共同的输入条件是二次设备定义及配置，作为初始设计输入，各类配置软件均需要进行屏柜和装置的定义和配置才能进行其他功能的使用。而电缆清册和设备定义是三维电缆敷设软件的初始设计输入。为保障不同的设计软件之间进行无缝对接，设计软件之间要进行接口设置[61]。

在进行接口设置之前，需要明确各软件的输入输出，如图3所示。

图2 数字化正向设计流程概述图

图3 各软件的输入输出

由图中可以看出，对于欣电软件，工程设备库设置是工程进行设计的输入条件之一，而该输入条件对应Substation的输出-设备属性，电缆清册是欣电软件的设计输出之一，同时也是BRCM软件的输入条件之一，对于PRS-7001软件，组柜方案是其设计输入之一，而组柜方案来自于设备属性和三维设备布置。

为了实现这几者之间的能够一一对应，对于欣电软件，工程设备库中的设备名称、组柜方案、设备编码的命名需要同Substation中的设备属性中的设备名称、建模组件方案和设备编码一致。具体如图4所示。

图4 欣电软件与Substation的软件接口设置

如#1主变保护1柜，在Substation建模时，设备属性赋值为：屏柜名称为#1主变保护1柜，子部件为主变保护装置、交换机、交换机—1，设备编码分别为10A_R_T01、10A_R_T01E_M101、10A_R_T01E_X101、10A_R_T01E_X102，那么为了保证不同软件的无缝衔接，欣电软件的设备工程库中设备编号、名称、组柜要与Substation的设备属性一致，如图5所示。

对于BRCM软件，为了实现几个软件之间的无缝衔接，欣电软件输出的电缆清册需要得到BRCM的识别，其中包括电缆清册的格式、电缆清册起点终点的设备名称、电缆型号等。如图6所示。

图5 #1主变保护1柜在欣电与Substation的设置

图6 欣电软件与BRCM的软件接口设置

由于BRCM的设备位置和名称来自Substation的三维设备布置，为保证BRCM在自动电缆敷设时能够准确找到设备的位置，BRCM的设备名称必须与电缆清册中的设备名称(即电缆起终点设备名称)保持一致，电缆清册的格式也要一致，即每一列代表的含义需要相同，另外，为了计算容积率，电缆型号需要相同，如图7所示。

图7 电缆清册统一性示意图

对于PRS-7001软件，虚端子配置之前需要进行组柜方案配置和虚端子导入，为了全站实虚回路的统一性，组柜方案和设备名称命名应保持一致。其接口配置示意图如图8、图9所示。

图8 Substation与PRS-7001的软件接口设置

图9 PRS-7001的组柜方案和设备名称统一性设置

经过接口设置，不同功能的设计软件之间实现了统一的二次设备配置，在设计过程中一以贯之，保证了正向设计过程的顺利进行。

3 总结

目前智能变电站数字化设计建设正在进行，相关的二次系统设计软件侧重点比较分散，还缺乏系统性和标准化，未形成全方位的数字化设计的正向设计流程和方法。在智能变电站工程设计中，针对二次系统的实回路设计采用自动绘图软件开展二次实回路原理图和端子排图的设计；利用虚端子设计软件，进行虚端子配置和虚回路设计；利用三维设计软件进行电缆光缆敷设和二次设备布置。基于这三种设计软件，提出数字化设计正向设计流程和接口设置，即针对欣电软件和Bentley子模块Substation，欣电软件工程设备库中的设备名称、组柜方案、设备编码的命名需要同Bentley子模块Substation中的设备属性中的设备名称、建模组件方案和设备编码一致；针对欣电软件和Bentley子模块BRCM，电缆清册的格式、电缆清册起点终点的设备名称、电缆型号需要保持一致，针对PRS-7001软件和Bentley子模块Substation，PRS-7001软件中的设备名称、组柜方案需要保持一致。经过软件的接口设置，能够实现二次系统全过程的数字化设计，并实现三种软件的无缝衔接。这对于全面提升成品的质量，真正实现数字化设计和数字化移交具有重要意义。