摘要：介绍一种基于变电站三维设计的改进型电缆敷设系统，可生成指定排列顺序的三维电缆模型，实现电缆可视化、精准化敷设，提高三维设计效率，高质量指导施工，助力运维，促进电网又快又好发展。
关键词：三维设计；电缆敷设；可视化；指导施工
1 引言
输变电工程三维设计与应用作为泛在电力物联网在电网建设阶段的主要实现手段，提升了设计、评审、施工、运行等各环节的技术水平。作为电力枢纽的变电站，内部光、电缆规模数以千计，路径错综复杂。在传统设计模式下，变电站电缆敷设需按照电缆清册人工敷设、人工统计，耗时耗力且易出现偏差。在当前三维设计模式下，电缆敷设仅可实现电缆长度的自动统计，无法生成指定排列顺序的三维电缆模型。设计数据难以体现全站电缆的空间关系，施工时电缆安装位置与设计意图有偏差，常会导致电缆敷设交叉过多，施工质量进度不可控。运维人员无法获取电缆空间位置信息，面对站内海量电缆，准确定位所需电缆犹如“大海捞针”。电缆基础数据的欠缺，与泛在电力物联网建设要求存在明显差距。只有创新设计技术手段，才能实现电缆智能化敷设、高质量施工、精细化运维。
2 可视化电缆敷设系统
依托三维设计平台（revit），本文对现有三维电缆敷设模块进行创新，提出一种改进型可视化电缆敷设系统，与三维设计平台深度融合。系统不仅可以精确统计电缆长度，还可以自动生成指定排列顺序的三维电缆模型。本电缆敷设系统为传统的c/s架构向分布式并行云计算架构演进。系统层次结构总体上划分为客户端、应用支撑层、数据服务层、及计算存储层。通过各层次系统组件间服务的承载关系，实现平台功能。可视化电缆敷设系统内含电缆敷设、施工辅助、电缆防火设计三部分功能。在变电站设计阶段智能化生成站内电缆及防火材料的三维仿真模型，施工单位在此基础上设置最优施工方案，按照电缆和材料排列顺序精准高效施工。
2.1 电缆敷设
进行变电站三维设计下的电缆敷设，首先要准确建立与工程实际相符的电缆沟模型，在沟内安装适当的电缆支架后，明确包括电缆分层分沟原则和电缆排列方式在1内的电缆敷设规则，在三维场景中定义电缆路径和电缆起终点，导入电缆清册后便可自动统计电缆长度，同时实现在电缆沟中按排列要求生成实际的三维电缆模型。通过电缆自动排列、自动交叉规避以及大规模电缆三维展示等关键技术手段实现电缆敷设的合理化排列、可视化呈现。三维电缆模型具有可查看、可编辑、可搜索、可追溯的特点。
2.2 施工辅助
施工辅助是在电缆设计数据数字化移交的基础上，通过录入基础数据，设置施工方案，按照已生成的三维电缆排列模型精准指导电缆安装。通过对施工人员信息与权限、电缆清册、安装材料库、施工区域和房间信息等施工基础数据的管理，实现系统的数据支撑。设置施工方案即设置施工包和施工区域，对现有敷设工作量按区域和先后顺序进行分配，以达到有序施工的目的。施工人员通过终端设备不仅可以直观的看到整体的电缆排布效果以及电缆拐弯处的实际情况，亦可在三维场景中查看包括起终点、型号、长度在内的电缆属性信息，便于电缆安装施工。
2.3 电缆防火设计
电缆防火设计是对变电站内管沟、屏柜等处电缆防火封堵和消防配置进行智能化设计。通过参数化设置自动生成、统计电缆防火材料，调用内置消防方案，配置传感器和自动灭火装置，联通站内火灾报警系统，完成变电站内火灾预警消防由被动预警、事后灭火到主动预警、事前消防的转变，实现电缆防火的智能化设计。
3 工程应用
应用本系统对山西某220kV变电站新建工程进行电缆敷设。变电站为户外GIS站，主变规模3×240MVA，220kV出线8回，110kV出线14回，35kV出线12回。每台主变配置4×10MVar无功补偿装置。各专业设计人员协同配合，在土建专业完成站内电缆沟建模，电气专业提供全站光电缆清册后，开始进行电缆敷设三维设计。
首先将所需材料导入工程数据库后根据电缆沟尺寸安装电缆支架；第二步设置各类电缆的敷设方式，如35kV高压电力电缆需品字形布置，电缆间距控制为2倍电缆直径等，同时设置电缆量的统计裕度；第三步设置电缆敷设的制图样式，包括路径编号和电缆标注等；第四步导入电缆清册，清册内容包含电缆起终点设备、电缆规格型号等；第五步进行电缆敷设布线，主要连接进出房间接口处、与埋管接口处等系统不能自动识别的部位和起终点设备高度偏移量，识别电缆通路；第六步为电缆敷设规则设置，定义电缆敷设的先后顺序，是否按电缆类型敷设，是否需限制缆流，是否需限制支架和缆沟的容积率等；最后生成电缆按顺序排列的可视化三维模型。
可对电缆沟任意点进行剖切、标注，选中任意根电缆可查看其全部属性信息，导出电缆清册得到每根电缆的精确长度。经统计，一期建设规模下全站一次高压电力电缆共计3158米，低压电力电缆共计12538米，控制电缆共计19836米。
图1 220kV变电站电缆敷设三维模拟图
4 结语
本系统实现电缆敷设模块与三维设计平台的有效衔接，达到电缆材料数据信息与工程数据信息贯通的目的。主要材料均实现一键布置，提高设计质量与效率。系统配置消防方案，消除电缆沟内火灾隐患。通过施工辅助功能指导电缆敷设施工作业，包含电缆排列信息的设计数据移交实现现场敷设与设计要求零差别。变电站投产后，运行人员根据移交数据可以在海量电缆中精确定位所需电缆，真正提高电缆运行效率。系统创造了大量的电缆数据信息，对这些数据的共享、分析、利用充分契合泛在电力物联网信息感知传输、数据协同共享、数据价值挖掘的主题。下一步将在当前可视化电缆精准定位的基础上，努力打通基建、运行管理平台，实现数据互联互通，拓展应用领域，做到更广意义上的“大海捞针”。
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论文作者:吴东洵,王淼,薛凯,刘继武
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
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