借助电气二次辅助设计软件提升图纸质量

马彦琴，许玉香，杨 刚，张 捷

（西北电力设计院，陕西 西安710075）

随着我国电力事业蓬勃发展，变电站和相关输电设施的规模化建设，工程建设工期日渐严格，电力设计行业也面临设计周期不断压缩、图纸精细化程度要求越来越高、设计任务不断加重的情况，而传统的设计手段存在以下弊端：（1）原理图深度不够；（2）根据原理图内容绘制二次端子排接线图工作量大，人为差错率高；（3）根据原理图及端子排接线图编制测点清册，大量信息重复性复制粘贴极易出错且设计阶段不易察觉错误；（4）根据端子排图手动开列电缆，自动化程度较低，需要耗费大量的人力和时间进行相关的统计；（5）设计人员习惯不同，常常按照个人习惯编制回路号，导致现场信息不便于查对；（6）设计人员水平及细心程度参差不齐，导致对二次回路电缆接线差错较多；（7）对设备名称及编号没有规范化管理，导致电缆长度测量存在偏差。因此，如何在紧张的外部环境下及内部设计压力下进一步提高设计质量和设计效率，提升设计服务，成为设计行业生存和发展的迫切要求。

针对以上问题，我院在前后调研多家设计院当时的设计现状及市场上一些电气设计软件后，认为利用计算机软件提高电气二次设计的效率和质量迫在眉睫，并于2015年引进了一款电气二次辅助设计软件，借助此软件以用于二次设计工作，该软件的使用在满足业主要求的电气二次原理图出图深度、精度和质量的同时，进行标准化、模块化建设，规范设计过程中信息的高度统一、利用软件通过原理图中的信息匹配自动生成电缆接线表和接线端子图，大大减少了设计人员手动绘制端子排图的差错并节省了设计时间。

然而，随着外部环境不断变化及软件的不断使用，设计人员发现此软件的开发过程并未完全有设计人员的全程参与，从使用角度来说，一些功能的使用还需进一步优化以满足设计质量的提升。我院设计人员深度参与，结合多个工程施工图的设计，采用边设计边优化开发边测试的研发方式，与软件公司密切配合，开发了“智能软件模块”的功能，使此款软件真正适用于设计人员使用，完全将设计人员的智慧融于软件中，完全符合以人为本，以提升质量为目标的发展方向。

1 二次辅助设计软件使用特点

1.1 规范设计流程

未使用二次辅助设计软件之前，设计人员在接到卷册设计任务后，往往在没有统一约束的情况下便开始施工图设计，存在各卷册开列的电缆清册起始点设备编码不统一而导致电缆测量出现偏差，导致电缆类型超出本工程招标范围的情况。也存在部分设计人员还没有完全消化厂家资料，直接在端子排上接线设计，导致部分原理图与端子排图接线不符的情况。

使用软件后，所有的设计工作需在统一的项目数据库下完成。设计流程如图1所示。

图1 设计流程图

工程主设人需在施工图开展前建立项目数据库，并分派好卷册到指定设计人员，设计人才能开展施工设计任务。此时，所有的设计工作将在统一的数据库中进行。设计人首先绘制原理图，其中涉及到端子接线的数据，依照设备一端子一芯线的顺序调用软件的固定模块，并完成相应的回路号、芯线说明填写，并开列电缆。直到图纸数据提交后，电缆两侧端子号均在原理图中显示出来，则证明此设备原理图绘制完成。此时，可以进行纠错检查，软件将对查到的错误名称、未显示全电缆两侧信息的电缆号发生的位置在excel中显示，以提示设计人进行修改完善。修改完成后的相关数据自动提取并存入项目数据库。最后根据原理图自动生成端子排图、接线表和电缆清册。

规范设计流程后，规避了常规设计中常常会出现的信息数据不一致的问题，由于信息不对称而引起的差错变为零概率。

1.2 标准化信息输入

在项目数据库中，所有数据信息都标准化输入，包括设备名称、设备编码、设备位置编号、电缆类型、所有卷册的编号及名称等信息。项目数据库信息如图2所示。

图2 项目数据库信息图

全站所有一次、二次设备的名称、编码、位置编号都是具有唯一性；电缆类型也统一规范，设计的每根线缆的电缆类型只能从项目数据库中选取；所有信息均由工程主设人在项目数据库中录入和修改，设计人员在卷册设计时只需从项目数据库中调用相关数据。这样，全站二次图纸中所有设备信息一致，电缆接线表、电缆清册等所有设备信息一致，避免了由于手误、遗漏、不同设计习惯而产生的信息不对称问题，减少了专业配合时间，提高了图纸效率。

1.3 原理图设计智能化

原理图设计是电气二次设计的主要工作，也是最能体现设计深度和设置质量高低的地方。在不依赖设计软件的情况下，由于设计工作量大，设计人员只在图纸上标注回路号，无法从原理图中看到本屏柜回路对侧的接口信息。

借助于二次辅助设计软件，二次原理图设计时，以定义设备、识别端子号、绘制芯线、开列电缆的顺序进行，并将分散在每张图上的设备信息、端子号、芯线等关联信息数据汇集到工程库中，通过对数据的分析和处理，形成一个完整的数据连接回路，并进一步生成整站的数字化模型。通过这个整站数据模型，可以获取到回路对侧的电缆编号、端子编号以及所在图号等信息，并在回路定义的界面显示出来。对于对侧已经定义好的回路，只需要从回路列表中将其选择出来即可，避免了两侧回路号和回路说明不一致带来的问题。回路定义界面如图3所示。

图3 回路定义

原理图数据提交后，会对设备信息的唯一性和准确性进行自动检查，图中会自动显示对侧的端子信息，如果电缆是对侧开列的，也会显示回路上的电缆编号，通过归纳后，会自动显示对侧端子所在的图号。如果回路上没有显示对侧的信息，则说明两侧的回路没有对应上，设计人员可以根据这些信息确认回路的对应情况，避免了两侧回路或者电缆不一致带来的现场接线错误的情况出现。借助二次辅助设计软件完成的原理图如图4所示。

图4 原理图回路

1.4 自动化成品输出

所有设备的设计输入信息确认无误后，二次辅助设计软件可以自动生成设备的端子排接线图、电缆接线表和电缆清册等成品，并能做到原理图与端子排接线等成品保持零差错的一一对应关系，极大地提高了设计效率。同时，校审人员只需对原理接线图进行校审，大大缩短了校审时间，提高了校审效率。

1.5 数据信息共享化

所有卷册的数据信息均实时保存在项目数据库中，设计人员可以方便地提取不同卷册的设计信息进行比对，实现设计接口数据的互相引用和校验，有效避免不同卷册之间信息的不对称或设计重复、遗漏情况。

同时，每一个工程项目设计完成后，都形成一个完整的数据库，其他工程在设计时，可以直接导入之前工程的数据库内容，对其进行参考修改后即可使用，做到了数据信息及设计经验积累的最大化利用。

2 二次辅助设计软件应用情况

目前，我院电气二次专业、保护专业、远动专业施工图设计采用电气二次辅助设计软件完成常规站和智能站（电缆接线部分）的施工图设计。该软件的使用在满足国家电网公司等业主要求的电气二次原理图出图深度、精度和质量的同时，利用软件通过原理图中的信息匹配自动生成电缆接线表和接线端子图，大大减少了设计人员手动绘制端子排图的差错并节省了设计时间。自该软件在扎鲁特±800kV换流站、±1100kV昌吉换流站、NEW LAHOER 500/220kV SUBSTATION、芒康500kV变电站、西安北750kV变电站等国内外重大项目中使用以来，不但提高了设计质量和效率，也受到业主、施工调试单位等的认可。

在二次辅助软件的使用过程中，设计人员也结合最新要求在使用该软件的过程中从设计角度出发，深度参与，对软件也提出更智能化和一些辅助功能自动实现的要求，比如在应用厂家资料时，能否不要机械式完成复制粘贴后，才开始原理的进一步设计；芯线绘制及电缆定义时能否标准化一些数据信息，采用点选方式进行设计；结合电气二次图纸特点，能否建立子卷册可以更有效地对图纸进行管理设计；端子排的生成，能否直接识别厂家图纸完成，减少设计人员粘贴复制的工作量以及出错的概率等。

我们一直在探索，能否通过设计人员的深度参与，并结合工程设计需求，开发出真正适应于设计人员使用的二次辅助软件，将设计人员的智慧融于软件中，以人为本，以提升质量为目标，对智能化辅助设计软件进行深化应用开发研究，并逐步实践，边设计边对软件进行优化边测试，初步开发了“智能软件模块”的功能应用。

3 智能软件模块功能

通过设计人员全程深度参与，与软件公司一起对二次辅助设计软件的智能化辅助设计功能开发优化建设，对数据信息提前梳理规定，进行标准化、模块化建设，主要有以下几方面内容阐述。

3.1 厂家资料智能化导入模块

电气二次专业原理图设计大多基于厂家图纸绘制，因此需要将厂家图纸逐张添加到二次辅助设计文件系统中。由于二次设备厂家图纸较多，每个厂家图纸的图框都不同，有些图框是块，有些图框是直线绘制而成，种类繁多。如果不能自动获取图纸内容、图纸名称信息导入到软件中，人为拷贝复制，面对众多的厂家设备图纸，十分费时费力。“厂家资料智能化导入模块”能智能化识别厂家图纸资料的模块，提取厂家资料的图名、图纸内容等图纸数据，然后去掉厂家图框并把内容按设定好的比例放入设计院的标准图框中，便于设计人员直接开展原理图接线设计。

3.2 子分册功能模块

电气二次线分册图纸数量大多数在一百张至三百张之间，使用二次辅助软件绘制图，虽然图纸深度满足业主要求，但设计时，每张图纸都要设置主设备或添加设备框定义设备才可开始芯线绘制，且图纸目录中将所有图纸名称都提取其中，不具有条理性，不便于图纸查看，也不便于后续图纸的套用操作。“子卷册功能模块”可以将一个大卷册下的不同的柜子或者一类图纸放在一个独立的子分册下，编制同一个图号，按子分册统一设置主设备。

这样，一个卷册下的图纸目录看起来清晰明了、查图方便，既可以避免一个卷册下图纸过多，图号太大的问题，也便于后续的图纸套用等操作。子分册下的图纸都是同一个图号，可通过第几页共几页等小图号来区分图纸。子分册模块还具有一些新增子分册、修改子分册、删除子分册功能来实现子分册的管理。

3.3 端子排智能化转换模块

在电气二次的设计工作中，有些厂家提供的端子排是一张大的表格，而施工及运维方需要的端子排是标准的三列或者四列形式的，这时候就需要将厂家提供的端子排转换成标准的端子排。如果靠人工去处理，将会带来很大的工作量，而且容易出错。“端子排智能化转换模块”可自动处理表格端子排，把厂家提供的表格端子排变成常规的端子排，如图5所示。

图5 端子排智能化转换示意

3.4 端子排智能化出图模块

端子排不仅要体现原理图上的回路接线，还要保留厂家在端子排上标注的内部接线等信息，包括：回路号、短接线、接地、拆分端子等信息，已有二次辅助设计软件只能识别出原理图中已接线的端子接线表示在端子排上，而厂家端子排的内部配线、转接线等均需要拷贝到出图的端子排接线中。这样不易操作，且非常容易出错。“端子排智能化出图模块”根据不同厂家的端子排特性，录入一些配置信息，抽象出软件算法需要的一些特征，并根据这些特征构造端子排配置模型。有了这个模型后，就可以根据模型做出端子排配置的用户界面，且同一类端子排只需要创建一次配置即可，配置录入后，所有人都可以调用。

3.5 测点清册智能化生成模块

变电工程中有大量的测点数据，需要在工程完成后统计出来。这些测点回路与普通回路在绘制原理图的时候没有区别，目前靠人工筛选，不仅工作量大，而且容易出错。“测点清册智能化生成模块”只需要设计人员提前对回路号、电缆编号等提前规定，在原理图设计时按照提前规定好的编号原则进行设计，就可通过回路编号和电缆编号按照规定好的匹配模式将符合条件的测点回路筛选出来，按预定好的excel表格形式自动生成测点清册。

3.6 数据连接扩展智能化模块

在工程设计中，会出现有很多相同的设备在多个间隔中反复出现的情况，每个设备都会对应着一张或者一套原理接线图，比如断路器、隔离开关的机构箱等。这些图纸的特点是接线基本相同，相似度很高。对于这样的设备接线，如果每个设备都单独出一套原理接线图，会有很多重复性的工作，而且一旦厂家资料有变化，所有的图纸都要做相应的调整。

智能化数据连接扩展模块通过添加设备的方式，实现绘制电缆一端相似设备一套图纸，关联另一端所有设备，所有设计信息全部在清册、图纸中体现，图纸大量减少，设备信息却全部体现。一套原理图对应多个设备（简称“一对多”）的功能通过设计人员的智慧，利用软件处理好虚与实的结合，节约设计成本。数据连接扩展智能化模块使用前后比较示意图如图6所示。

图6 数据连接扩展智能化模块使用前后比较示意图

3.7 智能定义电缆说明模块

在某些省份工程中，需要在电缆清册中标注每条电缆的功能说明，如果在定义电缆的时候手动输入每条电缆的说明信息，将会带来很大的工作量，而且不同的设计人员对同一个电缆功能的描述可能有差别，“智能电缆定义模块”通过定义电缆说明模块，设计人员可以根据不同功能电缆下回路的模式去定义匹配的电缆。模式只需要建立一次，整个工程都是共享的，设计人员可以通过软件界面方便地定义不同功能电缆下回路的匹配模式。

4 结束语

结合以人为本，以提升质量为目标，在原有二次辅助设计软件基础上新增智能化模块和对部分原有模块的功能完善相结合的方式，对二次辅助设计软件进行优化，进一步减少了人为干扰，提升了图纸质量和出图效率，从目前工程实际应用来看满足设计需求及发展方向。同时，随着软件的不断深入应用，对于“智能软件模块”我们还在不断摸索新功能，向着真正智能化的方向迈进。对于变电站的光缆连接、虚回路设计等专属于智能变电站的设计内容，也在不断开发新的功能模块。