核电站电气通道设计流程探讨及改进

马 宇 张勇卫 岳小平 王树翰 刘文静

（中国核动力研究设计院，四川 成都 610213）

0 引言

随着全球能源危机和环境污染的日益严重，全球核能发展在经历日本福岛事件短暂放缓后，又进入稳步上升阶段。我国自主研发具有更高安全性能的三代核电“华龙一号”实现出口，中国核电从数量和质量上都在向世界领先位置迈进。

1 核电站电气通道设计的流程现状

电气通道是对电缆起支撑、保护、隔离作用的装置的统称。电气通道设计通常是核电工程设计中较后阶段的设计工作。开展此项设计工作必须具备以下先决条件：

（1）项目管理部已组建运行，已经依据抗震、防火、隔离等的标准，设计和编写通道相关规范性设计标准文件；

（2）电气系统设计已经初步完成，足以提供大部分电缆清单和电气设备布置信息；

（3）厂房土建模型已经初步完成，涵盖必需的地板、墙体、通道和钢结构。

目前，国内核电站电气通道设计普遍包含三个部分：三维模型设计、平面图设计和电缆敷设仿真设计。通常采用的三维设计软件有AVEVA公司的PDMS、E3D等。电缆敷设仿真设计软件有CDMS、肖氏电缆管理（SCM）软件。

（1）电气设备布置。根据系统设计提供的设备布置要求，将电缆清单中的电气设备在三维模型中建模。并明确设备的进线位置，尤其是大型设备。

（2）电气通道分类设计规划。如华龙一号将安全级（1E级）分为安全A、B，保护组I、II、III、IV以及事故后检测PAMS1、PAMS2、非安全级9个通道。电气通道规划设计需要有经验的设计人员完成，规划的合理程度直接关系到项目的设计难度和完工实体。

（3）PDMS三维建模。为了验证电气通道规划可行性，土建钢结构专业、主设备专业、管道专业、通风专业、电气专业在同一个实时模型中完成三维建模。该过程需重点考虑人行通道、设备通道、运动机械轨迹、高能管道等因素。

（4）电气通道平面图设计。电气通道平面图包含托盘图纸、支架图纸等。从PDMS中抽出平面图纸，然后在CAD中加工得到工程图纸。

（5）电缆路径清单设计。为了在不超容的情况下得到电缆路径清单，以CDMS为例，现在常用的流程是：①数据库建立；②将通道图纸转化三维的网格坐标，导入CDMS中；③将电缆清单编码成包含多种属性的成员导入CDMS中；④设计人员对照平面图在CDMS中模拟敷设得到电缆路径；⑤从CDMS中导出电缆路径清单形成施工文件。

（6）后期设计。把施工文件发布到核电现场，工程开始实施。设计人员驻场解决实际工程问题，为后期设计优化积累经验。

2 电气通道设计流程改进

从图1可以看出：电气通道设计流程是一个为了实现电缆不超容且布置合理的反复设计过程。设计过程在PDMS、CAD、CDMS之间频繁切换，十分烦琐。尤其是电缆路径清单设计过程，罗列了几点有待改进的地方：

（1）电气通道图纸编码导入CDMS的过程需要建立网格坐标，判断通道彼此是否连接，选取电气孔洞，一趟托盘是否和多趟托盘连接，托盘是否需要跳层等问题，需要相当丰富的设计经验。

（2）需要路径设计者对照图纸逐一选取已设置好的节点坐标，工作量庞大且节点坐标的精细程度直接影响到路径的精确程度和设计工作量的大小。在建立节点坐标时的错误会导致以后所有的电缆路径错误。

（3）软件敷设过程中，路径设计者和软件都会默认已经走通的路径敷设电缆，直至这段路径达到填充率上限再另辟蹊径。这导致临近的同系列通道一个爆满另一个仅有寥寥几根电缆。这样得到的电缆路径最终因为填充率不平均导致电缆不易散热，有违设计本意。

针对以上问题，可以用两端固定于设备的长度和走向可以任意的线条在PDMS中用仿真电缆，然后根据已经实现的大量仿真电缆模型的走向规划电气通道，进而设计托盘，最终从PDMS中得到电缆路径清单。这样做的好处有以下几点：

（1）PDMS的三维仿真相比于CDMS纯数据库的仿真更为形象。通道设计前的通道规划有了更为直观的依据，而非人脑根据经验进行庞大的数据处理。有利于降低设计难度，提高通道设计的适用性。

（2）设计初期，可以从电气通道设计的角度建议部分不易进线的设备的更换布置位置，做到集中布置集中进线。

（3）托盘的设计是根据已有三维电缆的模型进行设计，不会存在电气通道超容后重新设计托盘的情况。

（4）可以避免电缆敷设时，软件和路径设计人员默认历史路径造成的相邻同系列托盘一个满载另一个空载的问题。

（5）减少了两次编码导入和对照图纸选择节点的工程量。

对电缆路径设计优化后的电气通道设计流程图如图2所示。

图1 电气通道设计现状流程图

图2 优化后设计管理流程图

3 结论

电气通道设计是和电站设计阶段较靠后的设计阶段，设计实践中它又是一个循环反复的设计过程。本文提出采用PDMS三维模拟功能代替了CDMS进行电缆路径设计。将路径设计融入通道设计的全过程，减小了因满载导致的反复设计，缩短了设计周期，避免了电缆因分配不均导致的散热问题。