08电气一次三维全流程应用优化研究.docx
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08电气一次三维全流程应用优化研究
专题报告第8册
电气一次三维全流程应用优化研究
创新亮点
(1)依托三维设计软件平台,实现电气一次主接线设计、布置设计、优化设计、总装检查及成品出图的三维应用。
表1-1三维应用内容说明
电气一次方案设计、优化及成品输出过程
三维应用内容
1
接线设计
短路电流计算
通过计算模型模板自动生成阻抗图进行短路电流计算
2
设备型号选择
设定过滤参数,进行智能设备选型
3
主接线图绘制
依据典型模板图库,快速绘制二维主接线图
4
编码设计
设备编码设计
进行设备编码,关联接线图和布置图,保证设备的唯一性
5
布置设计
设备快速布置
通过间隔参数设置,进行三维设备批量布置
6
导线三维布置
参数化绘制导线
7
接地三维布置
实现地下接地网三维布置
8
接地计算
内置接地计算模块,满足计算深度要求
9
优化设计
吊装校验
实现吊装模拟
10
运输校验
实现运输模拟
11
总装检查
碰撞自动校验
实现全站实体模型硬碰撞自动检查并输出结果
12
成品出图
接线出图
在三维平台中实现轴侧图、接线图、断面图出图
13
轴侧出图
14
平面出图
15
剖切断面
16
自动标注
17
防雷出图
18
接地出图
(2)提出配电装置场地三维设计方案优化流程。
经综合优化,站区围墙内占地0.3361hm2,较可研减少63.7%。
图1-2三维设计配电装置方案优化流程
(3)提出利用三维设计开展吊装运输模拟的流程。
并开展全站吊装运输模拟,辅助方案优化。
图1-4吊装运输流程图
(4)利用BRCM三维电缆敷设软件形成杭州沙南220kV变电站工程三维电缆敷设方案。
在BRCM三维电缆敷设软件中实现电缆敷设路径、分层排序、材料统计等,其三维设计深度符合现场施工需求,实现精确指导施工,避免出现电缆敷设深度不够的常见病。
图1-6电缆全站敷设方案示意图
图1-2沙南220kV变电站三维敷设局部放大图
图1-8局部电缆沟截面及其占积率信息
(6)开展全站碰撞检查,保证设计成品质量。
图1-10全站开展碰撞检查图示
(7)按照工程需求,生成满足三维设计及初步设计深度要求的图纸。
图1-11杭州沙南总平轴侧图
图1-12杭州沙南总平面布置图
电气一次三维设计应用概述
电气一次的设计主要依托三维设计软件进行,三维设计应用内容如下表所示:
表1-1电气一次三维设计应用概况
电气一次方案设计、优化及成品输出过程
三维应用内容
1
接线设计
短路电流计算
通过计算模型模板自动生成阻抗图进行短路电流计算
2
设备型号选择
设定过滤参数,进行智能设备选型
3
主接线图绘制
依据典型模板图库,快速绘制二维主接线图
4
编码设计
设备编码设计
进行设备编码,关联接线图和布置图,保证设备的唯一性
5
布置设计
设备快速布置
通过间隔参数设置,进行三维设备批量布置
6
导线三维布置
参数化绘制导线
7
接地三维布置
实现地下接地网三维布置
8
接地计算
内置接地计算模块,满足计算深度要求
9
优化设计
吊装校验
实现吊装模拟
10
运输校验
实现运输模拟
11
总装检查
碰撞自动校验
实现全站实体模型硬碰撞自动检查并输出结果
12
成品出图
接线出图
在三维平台中实现轴侧图、接线图、断面图出图
13
轴侧出图
14
平面出图
15
剖切断面
16
自动标注
17
防雷出图
18
接地出图
设计流程说明如下:
1)通过绘制计算模型简图,自动生成短路阻抗图,进行短路电流计算。
2)查找设备型号库,设定过滤参数,进行智能设备选型。
3)依据典型模板图库,快速绘制二维电气接线图。
4)设定KKS编码规则,进行智能设备编码设计,并关联二维符号与三维模型。
5)通过间隔参数设置,进行批量设备三维布置。
6)设定导线参数,进行智能参数化导线三维布置。
7)通过集成导线拉力计算程序,实现导线拉力计算。
8)进行防雷计算,开展防雷三维布置;进行接地计算,开展接地三维布置。
9)在初步方案基础上,开展吊装、运输模拟及安全净距动态风偏校验,优化总平方案布置。
10)通过协同设计,在一次设计成品基础上集成土建、二次专业成品,开展全站碰撞检查校验,完成电缆沟与基础、地下管线等硬碰撞校验。
11)从三维布置图中剖切提取平面图、断面图、轴测图,各种视图相互关联,自动更新。
利用断面图辅助设计工具,自动生成材料统计表,进行智能设备标注、定位标注、标高绘制、安全范围绘制等等。
12)利用防雷模块实现防雷图绘制。
13)实现三维接地网布置图绘制。
方案设计应用
1.1接线设计应用及实现
1.1.1短路电流计算
短路电流计算的主要流程为:
新建短路电流计算项目—>创建主接线简图—>读取接线简图—>创建阻抗图—>生成短路电流计算结果。
图示为模块运行界面。
图3.1-1短路计算程序界面
通过本计算模块,对变电站常规短路电流计算流程中所涉及到的功能,程序均可以满足工程人员的使用要求,而且在使用中可随时更改设备参数得出不同的计算结果,方便设备选型。
经校验,计算结果与常规计算软件(如DL500软件)计算的短路电流结果一致。
1.1.2设备型号选择
根据具体设备的要求填写额定电压、额定电流和短路电流,作为设备型号选择的过滤条件。
从接线布置图上选取间隔,间隔信息会列在“设备参数设定”表中。
表里的“设备属性(partnumber)”为符合过滤条件的可选的设备型号的名称,表里的“设备参数(AttributeText)”为相对应的设备型号的参数,根据工程的要求选择所需的设备型号。
设备型号选择好后,可即时将选型信息更新到主接线图中。
图3.1-2设备选型程序界面
通过应用本模块能够快捷绘制主接线图,便捷选择或变更设备型号,并能对间隔回路进行修改编辑,有效提高设计出图效率。
1.1.3主接线图绘制
主接线设计主要流程是通过辅助工具快捷创建主接线图,并通过主接线参数选择设备型号。
图示为程序模块运行界面。
图3.1-3主接线设计界面
定义需检索的接线图的条件,搜索符合要求的接线符号。
选中待放置的接线图后,经过图形预览,放置二维符号,同时进行“电气线”的绘制。
图3.1-4主接线设计界面
1.1.4设备编码设计
我院根据相关编码规范,并根据规范开发了软件编码模块,主要作用是对主接线图进行批量编码。
图示为模块运行界面。
图3.1-5设备编码设计界面
打开绘制完成的电气主接线图。
编码可单个编码和批量编码,批量按间隔编制。
批量编码时首先框选一个间隔,然后在编码对话框里选择全站码、系统码,依次点选。
同时程序具有查询已编程序编码、显示未编设备等便捷功能。
图3.1-6设备编码程序界面
使用本程序可在三维软件中对主接线图进行间隔批量编码和设备单个编码,操作方便,编码快捷。
编码深度有全站码、系统码到设备码。
本模块可以满足对变电站进行设备编码的需求。
1.2三维布置设计应用及实现
1.2.1设备三维布置
设备三维布置主要通过布置模块实现智能布置三维设备模型,并与主接线图相关联。
图示为程序运行界面。
图3.2-1设备三维布置界面
1)整间隔设备布置
整间隔设备布置的提前是主接线已经完成,且每个二维符号都已经完成选型。
筛选已编码完成的设备,列出的已设备选型完成的间隔。
同时,界面上展示间隔内的设备信息表。
设备信息表里需要填写的是“间距”和“旋转角度”。
间距指的本设备与列表的下一个设备的距离,单位为毫米,间距的正负代表了布置的方向。
“Y方向布置”和“X方向布置”两种设备间隔布置方向可供选择。
在“间隔列表”选择“配电装置”和“间隔名称”,然后在设备信息表里填写“间距”(单位一般设置为毫米),并给各个设备选择“旋转角度”。
接下来根据设备的布置方向选择“Y方向布置”或者是“X方向布置”。
在全屏预览设备模型及布置型式后,显示出间隔设备布置的样式。
调整无误后,用捕捉方式把设备布置在图上。
2)单个设备布置
其他没有在主接线反映的设备,如支柱绝缘子,则用“设备布置”的【单个布置】命令。
在“产品型号树”下,点击如“220kV”、“支柱绝缘子”、“通用设备”。
在“设备型号”列表里,选择型号。
预览图形,按实际的布置角度,填写“旋转角度”,用捕捉方式把设备放置在所在的位置。
图3.2-2设备三维布置程序界面
使用本模块可按间隔方式布置也可单个选择设备布置,并可在布置前对模型进行预览。
可以满足在三维环境下对变电设备进行便捷三维布置的需求。
1.2.2电缆敷设
利用BRCM三维电缆敷设软件形成杭州沙南220kV变电站工程三维电缆敷设方案。
在BRCM三维电缆敷设软件中实现电缆敷设路径、分层排序、材料统计等,其三维设计深度符合现场施工需求,实现精确指导施工,避免出现电缆敷设深度不够的常见病。
如下图所示为全站电缆沟及预制舱布置图。
图3.2-2电缆敷设程序界面
如下图所示为自动生成的电缆详细清册(部分)。
图3.2-4电缆清册部分
1.2.3接地设计
接地设计主要通过接地设计模块实现。
可以完成接地网(水平接地体、垂直接地体、接地井、集中接地装置等)的布置设计;可以依据部标计算接地电阻、接触电压和跨步电压;可生成三维的接地网布置图,用于专业间碰撞检查;可生成多格式的计算书。
图示为模块运行界面。
图3.2-10接地设计程序界面
1)“室外接地网”
在该界面上可以完成水平接地网、水平接地极、垂直接地极、集中接地装置、接地井布置等布置操作,还可以从土建的图纸上提取辅助厂房的外形信息,可以快速沿建筑外形布置接地极(可以设定接地线与建筑物外形的间隔距离)。
①水平接地极的布置
依次设定水平接地极型号、用途、接地线线型、埋设深度信息,点击“放置水平接地体”按钮,定义起点和终点信息后,即可在图上完成水平接地体的布置。
如果选中“Arc”选项,还可以布置圆弧形状的接地体。
②水平接地网的布置
依次设定水平接地极型号、用途、接地线线型、埋设深度、接地网网格间距信息,点击“放置水平接地网”按钮,定义接地网起点和终点信息后,再选择选定区域内必须经过的一点,即可在图上完成水平接地网的布置。
③实体校验
完成水平接地网和水平接地体的布置后,点击“实体校验”按钮后,即可依据接地体的实际尺寸,自动转换成三维的接地图纸,该图纸可用于碰撞检查、三维展示等应用。
④替换
该功能可以将选定的图形自动替换成接地线。
操作顺序为先在界面上选定接地极的型号,再在图中选中需要转换为接地线的图形(普通线),软件自动将选中的线转换为接地线。
⑥集中接地装置
在下拉框中选中集中接地装置形式,鼠标定位后即可将集中接地装置布置到图纸上,集中接地装置作为一个符号(symbol),保存在图形库中,可以进行编辑、扩充。
⑦垂直接地极布置
选择垂直接地极型号后选择布置方式,现在有两种布置方式,一种是单个接地极的布置,一种是沿线按设定间隔布置,根据需要,点击“布置原则”按钮,选择相应的布置方式,即可完成垂直接地极的布置。
现在包括两种布置方式,一种是按照一定间隔沿水平接地线布置;另外一种是按照间隔以阵列的方式布置。
:
2)“室内接地网”菜单
该菜单大部分令与“室外接地网”的重合,“临时接地端子”的布置方法与“接地极”的操作方法一样。
较为不同的是,可选框选极点选布置。
该功能可以基于土建的图纸快速布置接地体。
有两种信息获取方式,一种是框选方式,针对图纸上封闭的对象,可以直接用鼠标框选获取;令一种是不封闭的建筑图形,采用点选方式来进行信息获取;对话框如下:
图3.2-11接地设计界面
操作时,先定义接地体与建筑物间的距离,然后选择信息获取方式,“框选”或“点选”,切换到图纸上,依次选择建筑物外形后,再选择建筑物代字,即可自动沿建筑物外形按设定间隔布置接地体,同时,将建筑物代字、周长等信息保存到项目数据库中。
3)“建筑物避雷带”菜单
图3.2-12接地系统设计
选定接地线型号,设定好X和Y方向的间隔及相对于屋顶的高度方向的偏移值,在图上鼠标定义建筑物屋顶的起点和终点坐标,自动绘制接地网格。
4)“电缆沟接地设计”菜单
图3.2-13电缆沟接地设计
①电缆沟接地线的绘制:
在图中选中BRCM三维电缆敷设软件创建的电缆沟模型。
在电缆沟截面上选择接地线的起点。
软件自动识别电缆沟的路径,绘制两条接地线和接地铜排。
②电缆沟至接地干线的引线绘制:
类似于绘制水平接地线的操作,现在界面上选择型号,鼠标在图上点击起点和终点位置后,绘制好引线。
5)“屏柜接地设计”菜单
图3.2-14屏柜接地设计
在界面上选择接地体型号后,框选接地范围,自动从屏柜插入点位置引出一条接地线至主接地网上。
6)“接地计算”菜单
图3.2-15接地计算界面
点击“提取接地网”按钮,鼠标在图上框选接地网,即可读取出接地网的信息;输入所有参数后,点击“接地计算”按钮,即可完成接地计算(电力部标准实用接地计算方法)。
7)“结果”菜单
图3.2-16接地计算结果
“材料表”选项,如果要统计整个项目的接地材料,则只需打开项目的一张图纸,点击“材料汇总”选项,点击“确定”按钮,启动报表生成器,选定报表模板,即可生成材料表。
如果要按照图纸范围进行接地材料统计,则可以在下拉框中选中图纸,点击“确定”按钮,启动报表生成器,选定报表模板,即可生成材料表。
“计算书”部分,计算书是基于模板的,点击“选择模板”按钮,选中需要格式的模板,点击“保存”按钮,选择输出路径、设定计算书名称后即可生成计算书。
8)应用成果
本模块能够正确绘制室外、室内接地网,绘制建筑物屋顶避雷带,绘制设备及屏柜的接地体,进行接地计算,导出接地材料汇总表。
方案优化应用
本章节以杭州沙南220kV设备和间隔为例进行吊装、安全净距及风偏校验的三维实现,更为详细的过程可见各配电装置场地专题报告。
1.3三维设计方案优化流程
一般来说,对于总平面的布置及优化来说,需要在前期可研方案(或通用设计方案)的基础上,明确场地内设备选型的情况下,结合站外出线规划条件和站内各配电装置场地的对接条件,依据规程规范中对场地中各设备间、设备和设施间、设备和导体间、导体和导体间的控制条件,结合施工时的运输吊装条件,进行相关尺寸、高度的优化和校验。
总结以上内容,结合三维设计的特点,本工程配电装置三维设计布置优化的步骤如下图所示。
图4.1-1三维设计方案优化流程
1.4吊装及运输通道组织
本章节以220kV配电装置场地相关设备的吊装及运输为例进行说明三维吊装运输应用过程。
更为详细的可见《三维设计吊装及运输通道组织研究》专题报告。
本工程采用“大开间”,220kV、110kVGIS设备、35kV开关柜及接地变消弧线圈成套装置共室布置,充分合并共享各电气设备的安装及运维通道,通过对GIS设备不同期间隔建设的合理规划,合理满足各期建设的设备室内运输条件。
全站户内电气设备运输通道组织图下图所示。
图3-2户内站电气设备运输通道组织图
对于变压器室模块,其各电气设备间均直接对外开门,满足变压器、二次屏柜运输条件。
对于主设备室模块,通过各二级模块合理布置,在主设备室中间留出较大空间的主通道,满足GIS、开关柜以及接地变消弧线圈等设备的运输要求。
本期220kVGIS由“大开间”中部开始建设,110kVGIS由“大开间”东侧开始建设。
220kV及110kVGIS留出较大空间,便于施工组织、设备运输、运行维护以及后期扩建。
本工程基于本次“大开间”设计理念,提出采用轨道小车进行设备快速便捷运输的方案。
在“大开间”主通道设置两道地埋内嵌式轨道,利用轨道小车运输电气设备。
其具体的措施如下:
(1)在“大开间”主设备室两个主要的运维通道中间,分别设置两道地埋内嵌式轨道。
同时准备一套配合轨道使用的专用运输小车。
(2)在主要电气设备(GIS、开关柜、接地变消弧线圈成套装置等)上方,设置一定数量的吊钩(根据工程具体布置情况确定)。
(3)当有设备吊装运输需求时,将轨道运输小车移动至待运设备旁,利用屋面梁底预留吊钩,将设备由安装位置吊运至小车上。
(4)启动轨道小车,将设备由室内运输至“大开间”出口处,完成设备的吊运过程。
(5)设备由室外运至安装位置的流程与此相反。
轨道及专用运输小车的布置方案及运输方案效果如如下所示。
图4-2轨式运输方案效果图
根据平面布置,主变压器高压侧正对主变运输道路,主变就位直接利用主变运输道路进行就位。
散热器布置于二次设备室或雨淋阀室的屋顶处,层高4.5m,需采用吊车吊装。
经与厂家调研,散热器重量约为15t,油枕重量约2t,散热器重量远大于油枕重量,主要考虑散热器的吊装。
散热器高度按3.5m考虑,则散热器起吊高度为8m,考虑一定裕度,起吊高度按8.5m考虑。
吊车位于主变运输道路中间,则需要的工作半径为10m。
吊车自高按1.5m考虑,则需要的吊车臂长至少应为13m。
经咨询吊车厂家,散热器需采用80吨吊车,主臂场为18m,工作半径为10m,可吊装21.7t重量的物件,满足散热器吊装需求。
图5-2主变压器散热器吊装三维模拟图
本工程方案设计,35kV电抗器本体利用共享运输通道就位,共享运输通道直接连接主变运输道路。
电抗器散热器屋顶布置可参考主变压器散热器吊装方案,由于电抗器散热器比主变压器散热器重量要小得多,其吊装难度也要小得多,吊装高度与主变压器散热器相同。
电抗器散热器的三维吊装模拟示意如下图所示:
图5-3电抗器散热器吊装三维模拟图
总装检查应用
经过第三章节的方案设计和第四章节的方案优化,可以明确全站布置方案如下图所示:
图5-1主变压器室和电抗器室平面布置图
针对上述优化后的总平布置方案,开展全站碰撞检查,保证方案中不会发生重大设计错误。
1.5出图格式
除常规设计图纸之外,三维设计可以以i-model,3DPDF,PDF,html,xml等格式向业主交付数字化设计成果。
其中model是一种自描述的文件格式,它是Bentley公司提出的分享BIM模型的最佳方式。
使用i-model的最直接好处有如下两点:
当查看i-model时不需要额外的应用程序就能看到其中包含的属性信息。
如:
用Navigator查看OpenPlant生成的i-model时,所有构件中的工厂相关的属性都能查看得到;大多数情况下,打开和浏览i-model都会比操作源文件快,这是因为i-model在性能上得到了优化。
3DPDF即可以将整站3D模型发布为PDF格式,在PDF阅读器中打开并查看三维模型。
html和xml都是属于网页web格式,可以利用网络浏览器打开直接查看。
1.6断面图自动剖切及标注
主接线图、总平图、轴侧图、防雷图等等直接可以打印出图即可,本章节主要针对断面图出图过程的具体应用进行介绍。
断面图出图主要通过断面图辅助模块完成。
本模块主要实现的功能是绘制变电站配电装置断面图,包括设备标注、定位标注、提取拉力计算、生成材料表等功能,并能够随设备导线位置的移动自动更新图纸。
1.6.1提取断面图
通过YZ或者XZ平面剖切,进行剖切位置的定义
剖切最好选择在顶视图上进行,通过对剖切线和剖切框的移动来完成。
需要注意的是图面上经过剖切显示的内容即为需统计材料的内容,如果图上显示有其他的设备,则统计材料的时候就会把其他的事物统计进来。
剖切一个“220kV出线间隔”,则剖切完成后的图上只能有且智能出现一个“220kV出线间隔”的设备。
图6.2-2剖切位置选择(顶视图)
顶视图上剖切完后,用“视图旋转”的命令把视图转为做断面图时所看到视图方向,如“右视图”或者“前视图”,然后再进行剖切框的移动。
完成选取断面工作后,进行保存视图工作,弹出如图所示的工具框。
填写名称和描述,如填写“220kV出线间隔”,然后在图上鼠标左击一下,则断面图提取完成。
1.6.2生成断面图
用参考命令,把之前在“全站总平面布置图”上保存的断面图参考进来。
打开连接参考的图纸。
弹出的参考连接设置对话框,在“方向”的列表下选择“保存视图”下之前剖切的断面示图。
把保存的视图放置在当前的顶视图上。
图6.2-5生成断面图
1.6.3绘制断面图
打开“断面图辅助设计工具”。
①设备材料统计和标注
打开“设备材料标注”选项卡
图6.2-6绘制断面图
通过【框选设备范围】,选择待统计的材料,在“材料统计结果”里,给出当前选中模型的部分信息。
通过【生成材料统计】,弹出“生成报表”窗口。
调入库里录入的材料报表模板,确定输出格式,自动生成报表。
图6.2-7自动生成报表
②设备定位标注
框选标注范围:
最好多选(按住CTRL键)需要进行标注的设备,这样更有针对性,免得设备之间距离太近造成标注尺寸太密集或者进行不需要的标注。
定位标注:
单击“开始定位标注”,会弹出“请选择一个标准点!
”对话框,这时在所选模型的区域的上方或下方选取一点,若所选的点在模型所在区域的上方则定位尺寸会标注在其上方,否则标注在其下方。
不勾多层标注。
④标高绘制
单击“标高”按钮,会提示选择基准点(基准点即是0.0点),选择基准点后,再选择需要标注的设备点,在该点放置标高符号,根据提示信息可选择继续进行标注还是终止标注。
图6.2-9标高绘制
⑤安全净距标注
图6.2-10安全净距标注
在对话框内,逐一选择参数,程序最终会自动给出安全净距的值。
在图纸上选择合适的起点和圆弧的中点,则完成安全净距的标注。
1.7出图成果
根据本工程需要,出图型式选择为PDF,如下图所示为部分PDF出图成果。
(1)全站轴侧图
图6.3-1全站轴测图
(2)屋面布置图
图6.3-2平面布置图
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- 08 电气 一次 三维 流程 应用 优化 研究
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