三维图形光缆敷设优化设计应用

张富平++贾云辉++李志宏+++汪春凤

摘 要：750kV智能化变电站网络结构复杂，站控层、间隔层和过程层设备之间光缆联系密切，采用常规设计手段时光缆敷设设计工作量巨大，三维软件取代传统CAD 绘图方式是现代工程大环境作用下的必然趋势，并且随着工程的复杂和设备的繁琐，逐渐体现出其优势。本文结合变电站三维设计手段，研究了750kV变电站运用三维设计平台实现光缆敷设优化设计的方法。

关键词：750kV变电站；二次回路；光缆；优化设计

中图分类号：TM757 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）05-0012-01

1 研究背景

国家电网公司提出创新变电站工程建设模式，大力推行“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”模式，全面提升电网建设能力。随着国内光纤技术和智能变电站建设的发展，光通信媒介取代传统电缆搭建起变电站二次回路，构建起全站通信的主干网络，承担了大部分的重要数据传输任务。

2 三维工程设计软件应用概况

目前国内许多设计院采用三维设计手段进行变电站三维设计，国内外常用的工程三维设计软件种类繁多，并且采用不同设计平台。设计院采用较多的主要有美国Bentley公司的Substation和英国AVEVA公司的AVEVA PLANT以及北京博超公司的STD数字化三维变电站设计平台等。

美国Bentley 公司的Substation在国内应用始于2008年宁东-山东直流输变电工程。整合了ProjectWise、STAAD、 Promis-e等多种软件，实现了三维布置、三维校验、数据库管理的数字化三维模式，有数字化移交功能。采用Microstation圖形平台。其优点在于软件结构严谨、质量可靠；缺点是变电站设计能力不强，流程、操作不符合国内电力设计院现有流程，设计工程师上手困难。

英国AVEVA公司在PDMS图形平台基础上开发了PLANT平台，其管道布置、硬碰撞校验能力较强，但如变电站上跨线等软体布置及带电距离校验等软碰撞方面尚有待提高。

3 750kV变电站的三维图形光缆优化设计

3.1 三维图形设计特点

（1）基于真正三维技术编制，采用二、三维一体化的技术，既具有三维设计的所有优点，又充分兼容二维设计习惯，出图成果完全满足施工图要求。（2）采用最优设计流程，所有设计信息均能从已有设计结果中自动提取，无需手工输入。（3）采用独创的优化算法，能够根据不同的敷设规则组合进行优化敷设。（4）电缆、光缆长度统计精确，在综合考虑各种余量的基础上进行汇总，节约了成本，避免浪费。（5）软件能够自动进行电缆、光缆的分层敷设，敷设结果精确到桥架的每一层。（6）软件具有与国际流行三维工厂设计软件进行无缝对接的能力。（7）经过优化的电缆、光缆敷设设计结果，避免了施工过程中的调整与返工；三维设计成果清晰可见使施工过程更加简单高效，经实际工程应用结果表明能够提高施工效率50%，显著节约施工成本。

3.2 依托工程应用实例

3.2.1 初始条件

（1）光缆清册；（2）全站平面图以及各小室柜位图；（3）电缆沟断面图。包含电缆沟沟体参数，支架的样式、层数、宽度等信息；（4）电缆、光缆外径。以便于系统在对电缆沟占积率和排列考虑时会更加准确。

3.2.2 光缆信息管理

对变电站的光缆进行管理，建立光缆数据库，为整个系统流程的运行提供数据支持。光缆缆信息采用电子表格形式，通过系统识别方式批量导入系统。

3.2.3 通道建模

CAB通道设计包含电缆沟、槽盒、桥架、竖井、穿管、明敷等多种电缆通道设计。

变电站光缆敷设三维模型涵盖电缆沟、桥架、埋管、光缆，以及光缆的起终点设备，变电站光缆敷设于光缆槽盒，槽盒在户外变电站以电缆沟为主要敷设通道，整个变电站中沟体类型及支架类型为10种左右，光缆槽盒敷设于电缆沟支架上。

3.2.4 虚拟敷设

系统进行光缆敷设需要两方面信息，一是光缆信息，二是电缆沟、起终点设备的位置信息。为获取这两种信息，需要做到完整的光缆清册导入系统，在平面图上对通道进行参数化建模，对设备位置准确定义。系统按照可选规则进行光缆路径的选择，然后再对光缆在通道中的位置进行详细定义，这部分内容系统提供人工干预机制。完成这些内容，即可生成光缆敷设信息模型，依赖于该模型可为施工指导提供多种图、表，来达到指导施工的目的。

3.2.5 敷设路径选择的规则

（1）类型匹配。即电力电缆、控制电缆、光缆，根据工艺规范，分别敷设在电缆沟支架的指定层，在电缆沟参数化建模时可定义各层敷设电缆类型。（2）占积率原则。每层支架敷设缆线、槽盒宽度，不应超过支架宽。（3）最短原则。在满足条件1和条件2的同时，寻找最短路径。（4）路径规划。由于最短路径不一定是最佳路径，可由用户指定任意电缆的强制路径。系统将根据该设定，考虑满足该条件的最短路径。

3 结语

基于三维模型可做到先模拟、后施工的方式，既可优化电缆、光缆施工结果，减少缆线交叉，提升工艺水平，也可减轻工作量、提高施工效率，管理水平和经济效益上有显著提高，是设计技术的创新，从而促进敷设施工技术的进步。