07基于三维技术的电缆敷设应用及优化研究文档格式.docx
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优势
不足
软
功
能
1.屏柜三维布置;
2.电缆沟和桥架的三维布置;
3.电缆三维分类分层自动敷设;
4.生成任意电缆通道剖面立体图、容积率信息表;
5.生成材料清册和三维敷设成品。
1.暂无防火封堵设计功能;
2.电缆沟架、桥架类型种类有限;
3.软件功能不稳定。
操
作
流
程
1.基于三维的电缆敷设,二次设备布置和通道布置精细;
2.户外电气一次设备接线箱位置可以参考一次三维成品,定位准确;
3.全站平面可以参考土建三维成品,降低布置偏差几率;
1.三维软件操作过程相对繁琐,通道连接人工工作较多,智能性有待提高;
2.全站敷设、设备、桥架分别存储为一个文件,操作时需频繁切换;
3.无法直接识别土建和电气设备,仅能参考其他专业图纸,会有重复定位工作。
设
计
成
品
1.三维电缆敷设成品,可查看所有线缆和桥架信息。
1.成品定制格式可进一步优化;
2.三维成品imodel需要BENTLEY相关软件打开。
深
度
运
用
1.优化线缆通道设计;
2.查看电缆信息及其敷设路径,指导实际施工;
3.成品交付后,提升线缆和通道三维数字化运维水平。
1.底层机制限制了协同设计;
2.路径原则为最短路径,人为改动一些电缆走向较困难;
3.生成三维成品时有错误出现。
表1-3BRCM短期实用化和远期深度提升意见
短期实用化建议
远期深度提升建议
1.提升软件可定制性;
2.提高软件敷设稳定性;
3.提高操作流程友好性;
4.改进切图工具;
5.进电缆、桥架定位导航功能。
1.实体化线缆底层模型;
2.精细化线缆接入点抽象模型;
3.可灵活设置敷设原则;
4.专业间共享协同。
2.变电站电缆敷设设计现状
2.1初步设计阶段
初步设计采用估算方式存在以下不足:
(1)光/电缆长度及材料量统计有很大随机性,误差较大,总平布置及变电站模式对相关材料量影响较大,对于工程经验不足的设计人员,容易出现差错;
(2)预估的材料量不够细化,无法直接用于物资上报。
(3)线缆通道无优化,与工程实际需求存在差距。
有些工程在工程终期规模,发现通道大小不合适,无法满足电缆敷设要求。
2.2施工图阶段
2.2.1常规施工图设计
(1)图纸深度
常规光/电缆敷设施工图一般包含以下图纸内容:
a)电缆、光缆敷设施工说明
b)电缆、光缆防火封堵设计说明
c)电缆沟内、静电地板下方角钢支架及光缆槽盒制作安装图
d)电缆沟架、槽盒配置及防火封堵示意图
e)各继电器小室电缆沟架、槽盒布置及防火封堵示意图
f)各场地埋管示意图
g)电缆、光缆敷设及防火封堵材料汇总表(含沟支架统计、槽盒统计、埋管统计、防火封堵统计)
h)电缆清册(含厂供电缆)
i)光缆清册(含厂供光缆)
(2)全站电缆沟优化情况
线缆敷设结果无法看出全站各处构架或槽盒的缆流,因此一般情况下均直接继承初步设计方案或根据经验进行微调。
(3)电缆材料量的情况
光/电缆清册中的长度,都是手动从总平面图纸上按照最近路径量取,然后再根据根据工程经验取一定的裕度,一般是10%~15%的裕度。
近年,一些院所开始使用基于二维CAD图纸的电缆敷设软件,其原则依然是通过计算最短路径,再乘以10%~15%裕度。
(4)与其它专业的配合
与土建专业需要进行埋管提资配合,在土建施工图阶段,需将穿基础的埋管提给土建,由土建进行预埋;
电气设备定位需要咨询电气专业。
且当前二维电缆敷设软件无法和其它各专业实现信息交互共享,软件通常为独立的插件,没有对外接口。
(5)施工交付阶段
由于当前电缆敷设未基于三维立体的工程实际,施工单位仅根据设计院提供电缆清册,根据施工经验敷设电缆,埋管则根据埋管量,以及埋管示意图,施工单位自行规划具体路径,对施工缺乏指导意义,交付后的图纸和清册不便于运行维护快速定位相关电缆,站内埋管较为凌乱,缺乏总体规划路径,同时补发准确进行埋管碰撞检查。
2.2.2存在的问题
(1)施工图最终材料往往与初步设计估算的材料量误差较大;
(2)由于当前电缆敷设未根据三维模型,缺乏直观说服力和指导意义,施工现场施工单位往往选择最便利的路径进行敷设,或者根据自己经验进行敷设,容易造成电缆选择路径不合理,给后期工程带来隐患,会造成后期工程中,有的电缆通道十分拥堵,无法满足要求,有的电缆通道利用率太低;
同时埋管施工随意性较大,仅能满足设计功能,并未做到路径规划和碰撞检查,现场埋管返工的情况时有发生。
图2.2-1某工程现场线缆敷设及埋管敷设情况
(3)电缆沟或电缆槽盒规划没有根据实际电缆走向及电缆量进行优化,通常通道分布较密集,后期现场改扩建或运行维护不方便;
(4)专业间配合,由于在土建施工图阶段,二次专业尚未开展施工图,容易存在漏埋或者预埋管不满足要求,电气设备定位通过平面图以及咨询专业人员确定,会导致电气设备位置定位偏差或错误;
(5)施工图对沟支架、埋管等材料量统计不够精确,与现场实际需求存在误差。
3.三维技术在电缆敷设设计中的应用
3.1变电站三维电缆敷设技术应用情况
近年来,由于传统电缆敷设方法所带来的问题日益凸显以及三维技术的日益成熟,敷设软件的需求日益提升。
目前电力系统常用的敷设三维数字化软件主要有北京博超时代软件有限公司的基于STD平台开发的CAB-R、北京科翼顺驰软件技术有限公司的图形化电缆敷设软件Autolay以及奔特力(Bentley)工程软件公司的BRCM软件等三家公司产品。
其中博超和奔特力的敷设软件是基于三维平台的敷设工具,且可与各自平台的其它专业三维设计软件实现协同互动,AUTOLAY是基于CAD的二维敷设工具,但可实现敷设路径三维化展示。
AUTOLAY基于二维图形,在电厂中已经得到了较为广泛的应用,基于此经验上,通过针对变电站敷设要求的一些开发,经工程验证,沟支架材料统计、缆材长度自动计算等功能已较完善,能够满足统计需求。
博超和奔特力的三维电缆敷设不仅可以实现敷设及材料统计,并且操作过程以三维展示,更直观,但操作复杂,部分功能实现,例如电缆分层敷设等,更多的基于人工操作,工作量极大,因此在较大规模的变电站中应用时,要走通全站电缆,耗时极大,并且软件目前有相当部分操作还不稳定,仅适用于小规模的变电站。
但三维敷设便于查看全站线缆实际分布情况,有效指导施工以及后期改扩建和运行维护工作。
基于应用经验,BENTLEY平台的三维设计效果和效率优于博超,因此选择基于BENTLEY平台的BRCM软件,与全站三维设计配合,开展三维敷设。
随着BRCM软件升级至V8i版本,软件性能有了进一步的提升,目前该软件已经投入实际工程设计工作中。
除了实现传统敷设软件的自动敷设、路径规划、线缆长度和材料统计等功能外,软件所实现的全景三维敷设效果展示可以明确所有线缆敷设路径,有效指导现场施工;
通过软件可以查看全站线缆分布情况,这为改扩建工程和运行维护提供直观的参考,避免线缆局部拥挤的情况。
但三维敷设软件可以解决的问题远不止此,软件的功能未被完全发掘,使用深度不够。
本专题深度利用软件占积率校验和三维电缆分布效果图,优化全站线缆通道,验证敷设方案合理性。
3.2BRCM三维电缆敷设软件简介
基于目前的使用深度,BRCM软件电缆敷设的设计流程如下:
图3.2-1BRCM软件操作流程
变电站线缆敷设的主要工作包括:
沟支架设计统计、缆材量统计、线缆自动敷设和路径规划、敷设结果三维展示等。
BRCM可以读取在其它专业基于Substation软件布置的三维设备信息,实现精确定位,通过对电缆沟及其支架、埋管等进行参数化建模、布置,沟通电缆通道,对导入的电缆进行长度计算,统计导出电缆长度和电缆沟支架、光缆槽盒、埋管材料清册,最后根据敷设结果生成全站三维电缆敷设成品文件。
此外,BRCM还能可对敷设通道截面合理性通过容积率检查进行验证,并能直观表示所选缆线的敷设路径,以指导线缆敷设,做到施工设计路径一致。
下面简单介绍BRCM中的主要功能:
(1)电缆自动敷设
导入电缆信息后,在电缆管理器中选择电缆,并锁定,进行自动敷设、计算长度。
图3.2-2电缆自动敷设界面
(2)导出清册和材料表
通过“输出管理器“导出电缆清册、沟支架材料表。
图3.2-3电缆、材料清册自动生成
图3.2-4导出详细清册
图3.2-5导出沟支架材料表
(3)查看通道占积率及线缆统计信息
点击桥架填充率信息,选中想查看的桥架或电缆沟,自动生成截面容积率信息,显示该通道上的电缆类型和数量,容积率等信息。
图3.2-6软件填充率查询工具
(4)形成三维敷设成品
通过创建3DCABLE命令生成全站敷设效果图。
图3.2-7创建三维敷设结果
3.3沙南变三维电缆敷设研究
1)主变规模
规划规模3×
240MVA,本期2×
240MVA。
2)出线规模:
220kV出线
远期规划:
8回电缆出线。
本期:
4回电缆出线。
110kV出线
14回电缆出线。
6回电缆出线。
35kV出线
8回电缆出线,本期2回出线。
3)无功补偿
规划每台主变低压侧设置3组电抗器;
本期主变低压侧设置2组电抗器。
结合沙南变实际规模,运用BRCM三维电缆敷设软件,对沙南变电缆敷设方案进行深度优化,形成全站三维电缆敷设方案。
3.3.1三维敷设成果
BRCM三维敷设软件不同于以往任何一种敷设软件或方法,可以在实现三维敷设的同时,生成大量三维敷设成品。
结合沙南变工程实际,本专题主要可借助BRCM三维敷设软件形成如下三维成果,用于提出并验证户内电缆沟及埋管优化敷设方案:
(1)生成三维敷设效果图,自动敷设完成后,可以通过“CREATE3DCABLE”工具生成敷设三维效果图。
图3.3-1电缆敷设三维效果图
(2)利用填充率查询工具可以查看任意桥架(通道)容积率信息,以及线缆通道上所有的电缆规格及数量。
图3.3-2电缆通道信息表
图3.3-3电缆通道剖面图
(3)导航并查看任一电缆或桥架
图3.3-4软件自带导航工具
图3.3-5导航并高亮显示单根线缆
3.3.2优化户内光电缆通道优化分层设计
在户内电缆沟设计时,通常根据经验选择电缆沟截面尺寸,并未进行实际敷设,更无法通过三维工具检验沟内容积率是否偏低,往往在空间紧张的户内站内,电缆沟截面选择偏大。
本站户内主沟采用800X800mm,沟采用双侧4层支架,最上层为电力电缆支架,中间两层为控制电缆支架,最下层为光缆槽盒,局部方案如图3.3-6所示。
图3.3-6户内主沟优化分层敷设方案
借助BRCM三维敷设软件,基于上述敷设方案进行三维电缆敷设,局部线缆密集处放大如图3.3-7所示。
图3.3-7沙南变户内电缆沟局部截面图
考虑所有远期线缆,上述方案线缆容积率满足要求,且光/电缆走线通道分布集中,通道上下、水平方向错开,光/电缆不“交叉打架”,可比常规1000X1000mm电缆沟缩小了电缆沟设计尺寸,也为空间紧凑的户内站节约了空间,同时减少了沟支架材料用量。
优化方案与常规电缆沟设计方案对比如表3.3-2所示。
表3.3-2电缆沟方案对比
比较项
常规方案
优化后方案
电缆沟尺寸
1000mmX1000mm
800mmX800mm
沟支架用量
较多
一般
通道最大容积率
21%
74%
3.3.3基于BRCM的户内埋管优化设计
当前基于二维图纸的埋管设计主要设计输入为:
电缆清册、全站设备平面布置图;
设计输出为:
二维埋管起终点路径示意图,埋管材料表。
设计单位根据二维图纸人工量取所有埋管长度,最终根据设计经验放以一定裕度得到埋管材料量;
埋管路径示意图由于为二维平面图,设计单位通常只以直线示意埋管起终点,无法表达具体埋管路径,更无法进行埋管碰撞检验。
施工单位根据设计单位开列埋管总量采购埋管,根据埋管起终点示意图自行根据实际情况进行埋管设计,依据施工经验进行埋管路径规划。
这种模式势必造成设计深度欠缺,材料量存在偏差;
同时施工随意性增加,导致埋管返工。
利用BRCM三维敷设软件,可以直接进行埋管三维布置,并且在三维软件中可直接进行碰撞检查,如图3.3-8所示。
因此BRCM三维设计可以最大程度上还原埋管实际情况,同时可以直观实现碰撞检查,后期仅需将三维模型交付施工现场,即可依据三维模型进行埋管敷设。
同时埋管材料量可以根据设计结果直接精确生成,如图3.3-9所示,使材料统计精确性进一步提高。
图3.3-8埋管三维设计及碰撞检查
图3.3-9生成埋管统计表
3.3.4沙南变全站三维电缆敷设方案
本工程220kV、110kV主变进线采用GIL气管连接,35kV主变进线采用铜母线连接,均无电缆通道,220kV、110kV出线电缆直出围墙,无需考虑电缆敷设方案;
35kV电容器、接地变消弧线圈成套装置、35kV出线电缆需要考虑电缆敷设。
本工程方案采用“大开间”设计,35kV开关柜前设一条东西向电缆沟直出向东出围墙,供35kV出线电缆使用,电抗器布置在变电站西侧,设置两条南北向电缆沟与35kV开关柜前电缆沟连接。
基于BRCM对全站电缆敷设方案进行深度优化后,形成以下全站敷设方案:
1.全站户外敷设方案及效果图
通过三维电缆敷设软件可以仿真户外全站电缆敷设,优化后电缆沟布置和预制舱布置位置如图3.3-10所示,智能控制柜等设备位置直接导入其它专业IMODEL文件,无需重复定位:
图3.3-10全站电缆敷设图
以户外某处电缆沟为例,将其放大,如图3.3-11所示。
全站电缆沟采用双侧4层支架,最上层敷设电压电力电缆并采取完备防火措施,中间两层敷设控制电缆,最下层放置光缆槽盒。
截取电缆沟截面,查看线缆分布,最大填充率为35.2%,如图3.3-12所示,因而本站4层支架方案满足敷设要求。
图3.3-11电缆沟三维敷设局部放大图
图3.3-12电缆沟局部截面及其占积率信息
3.4BRCM三维电缆敷设优势与不足
通过深度使用BRCM三维敷设软件,研究沙南变电缆敷设方案,可以总结出BRCM当前的主要优势与不足,主要如下:
表3.4-1BRCM软件优势与不足
4.三维数电缆敷设软件改进优化方向
4.1短期实用化推广建议
1.目前软件操作相对繁琐,软件使用操作友好度方面尚需提升。
例如敷设通道无规则,需人为连接走线通道连接处,实现全站电缆敷设所需时间大于现阶段敷设方法;
2.软件整体定制性开发工作尚需提升,屏柜、电缆沟、材料清册等缺少定制开发工作;
3.软件功能稳定性有待提高,当利用软件进行全站电缆敷设时,由于三维模型复杂,软件卡顿、失去响应现象时有发生;
4.切图工具有待进一步开发改进,目前仅能借助软件自带剪切工具,切图视窗操作困难;
5.电缆、桥架定位导航功能有待进一步改进,对象定位功能有待进一步实用化开发。
4.2远期深度优化提升建议
1.BRCM中线缆实体模型应与实际保持一致,而不是以直线附加直径属性代替线缆实体模型;
2.在软件中设备和桥架通道接线点通过一个三维球体抽象表达,这种方式仅能在一定程度上反应三维接线特性,但是接线点抽象的球体内,软件认为是同一点,这显然是与实际有出入的;
3.敷设原则上,系统的敷设原则是整体最短原则和从设备到桥架通路最短路径原则,实际上在现实情况中有时需要指定通道进行敷设,而不是简单地最短路径敷设;
4.BRCM底层数据模型是基于文件存储和操作的,并非基于统一的共享数据库,仅能通过文件的参考或IMODEL文件的导出导入实现工程与工程的交互。
因此当前BRCM并不是真正基于数据库的协同共享工作机制,不同专业不同设计人员仍然是独立操作本地文件,通过设计文件的不断共享更新实现协同设计,存在大量过程文件,容易产生信息不对称,影响专业协同效果。
未来应将三维所有模块集成到统一数据库中,数据库中包含所有数据信息,不同专业操作权限不同,但是所有用户可以常看全局对象及其所有信息。
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- 07 基于 三维 技术 电缆 敷设 应用 优化 研究