变电站三维电缆敷设设计.docx
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变电站三维电缆敷设设计
变电站三维电缆敷设设计
1.前言
电缆造价高,使用数量大,通过对电缆的有效管理,可减少不必要的浪费,为工程建设节约成本。
通过三维电缆敷设系统可在多方面为电缆敷设做出合理规划,系统录入电缆时,自动过滤、提示重复电缆信息;智能规划最短路径;先模拟,后施工,减少施工现场临时调整造成的电缆浪费;实时记录实际敷设电缆长度,精确控制使用量;生成电缆施工报表及数字化移交成果。
本专题实现了电缆三维自动敷设功能,提高了电缆敷设的正确率,提高了电缆敷设效率,提升了电缆敷设施工工艺水平;并且可以自动导出多种施工用报表,避免了报表数据的重复输入和电缆清册的人工核查,有效节约了管理和施工成本,提高了施工效率。
2.电气二维设计与三维电缆设计比较
2.1传统二维设计的不足
传统的二维设计模式中与各专业互提资料,各专业自行设计,配合方式在于图纸的适时沟通,通过投入大量的人力和时间,才能够达到外方业主的需求,且随着设计过程的进行,需要修改大量的图纸和数据表,其中所花费的人力和时间,与推倒前一次的工作,完全重新开始大致相当。
采取这种方式完成的成品,极易出现人为因素导致的误差,而且不易发现,达不到工程进度和质量要求。
2.2三维电缆设计的优势
三维电缆设计以更直观的方式与在三维设计环境中开展设计工作相配合,各专业设计模型及其数据可以达到二维设计难以达到的设计信息量,可以获取各专业发布的最新布置信息。
各专业将布置相关的设计信息体现在三维设计环境中,桥架和埋管都能够以此为基础,合理高效地完成设计,从而形成了一个适时、顺序完整的三维模型,而且某基本信息可以准确到与现场相同。
设计信息存储在数据库中,保证生成的电缆清册、材料汇总表、桥架截面表能够与三维设计中的设计信息一致。
在这样的设计基础数据上做电缆设计,其效率和准确性远优于二维设计。
3.电气三维电缆设计过程
在三维设计环境中,能够直观、方便地获得各专业设备的精确定位。
根据各专业设备布置图以及原始电缆清册,在三维设计环境中进行电缆桥架设计,对所有桥架进行编码。
按照GB50217-2007《电力工程电缆设计规范》以及电气设计手册电气一次部分进行电缆设计。
电缆设计的目标是使各段桥架得到充分,合理的利用,既要使电缆用量满足工程要求,又不造成浪费。
在三维设计环境中设计的桥架和埋管,能够投影在平面图上,并且能够自动提取三维模型的信息,这保证了埋管图与设计的一致性。
埋管图上所需要体现的设备、立柱、墙和轴网都能够从三维设计环境中直接投影到平面图上,避免了二维设计模式由于资料沟通引起的设计信息更新不及时问题。
在三维环境中完成电缆设计后,可以实时通过报表模板生成符合成品要求的电缆清册。
可以通过报表模板生成材料汇总表,实时通过报表模板生成桥架截面表。
三维电缆敷设的流程如下图:
三维电缆敷设流程图
3.1导入电缆清册
电缆信息,作为系统的基础性数据信息,应方便录入、查询、并保证数据的安全性。
110kV变电站一次电缆Excel电缆清册为例,通过电缆敷设系统导入的形式完成通用设计;通过简单的设置将表格中电缆属性的对应列导入到电缆敷设系统中,所有电缆信息保存于工程数据库中,根据实际测量结果设定电缆外径,完善电缆信息。
并且能通过界面对电缆进行增加、修改、删除、查找等操作。
电缆清册
3.2电缆沟设计
户外变电站以电缆沟为主要敷设通道,在整个变电站中沟体类型及支架类型为10种左右。
从三维建模的角度出发,电缆沟本身并不复杂,但其内部支架结构灵活,数量极多。
它主要由角钢主架、角钢支架、接地扁钢等部件构成。
其每个部件都相对简单,且如角钢这种基础钢材规格固定。
所以,软件采用在典型电缆沟,成套支架的基础上,以参数化方式自由组合的形式,快速又准确地建立了电缆沟及电缆沟支架的三维模型,大幅减少了电缆沟的建模时间,提高了效率。
并通过设定支架层架所敷设的电缆类别来实现电缆敷设的规则,保证敷设效果与实际效果一致。
打开电缆沟设置界面(如下图),扩充或者删除电缆沟沟体类型及支架类型。
电缆沟设置
设置电缆沟是用于室内,还是室外。
根据构建场地自动选择电缆沟的剖面样式。
软件还具备桥架设计功能,通过设定桥架的层数、宽度、高度等参数,完成桥架的参数化建模;并通过设定每层桥架所敷设的电缆类别来实现电缆排布的规则,保证排布效果与实际效果一致。
电缆支架设置
设定层架的具体参数,其中包括每层的距离、电缆类别。
第一行层距为首层支架到沟顶的距离。
其他的层距为该层支架到上一层支架间的距离。
设定不同的电缆类型,可在软件自动电缆敷设时考虑电缆沟内,不同电缆所走的路径。
3.2.1电缆沟绘制
点击电缆沟绘制,弹出如下界面:
电缆隧道绘制
根据工程实际,分别绘制GIS室电缆隧道和110kV主变进线电缆沟如图所示:
电缆支架断面
3.2.2电缆沟连接
点击电缆沟连接,光标选择第一条电缆沟,再选择第二条电缆沟,则两条电缆沟在最近的地方形成一个拐角。
电缆沟连接
3.2.3电缆沟开槽
由于变电站主变进线电缆沟与GIS室隧道存在高差,在电缆沟和隧道连接处需要专门设计,将电缆沟设计成一定坡度。
如下图所示:
点击电缆沟开槽,光标选择电缆沟,点击完成,则会在电缆沟放置的楼板平面开槽。
电缆沟开槽和连接
110kV变电站全站110kV电缆隧道和电缆沟三维模型绘制完毕如下图所示:
全站电缆设施三维图
3.3布线
打开布线界面,在通道(包含桥架、电缆沟等)与设备、设备与设备、通道与通道之间建立连接的电缆线。
电缆布线
选择要布线的平面,列出所有Revit图纸中的标高平面,默认选择当前图层平面;线路相对所在平面的高度偏移量,负数为低于所在平面;只在倾斜绘制时有效,标示线路终点的高度偏移量;自由布置电缆线,点击后在图纸绘制路径线,随后点击”完成”按钮,依照路径线生成平行于所在平面,偏移量为起点标高的电缆线,下图所示:
主变进线侧布线三维图
若起终点处于设备或通道范围内,且所在平面相同,则自动与其最近接线点相连(无接线点设备则与其插入点相连)。
倾斜布置电缆线,点击后在图纸绘制路径线,随后点击“完成”按钮,依照路径线生成平行于所在平面,起点偏移量为起点标高、终点偏移量为终点标高的电缆线,如下图所示:
电缆隧道布线图
若起终点处于设备或通道范围内,且所在平面相同,则自动与其最近接线点相连(无接线点设备则与其插入点相连)。
布置连接设备与通道的电缆线,点击后首先在图纸中选择需要连接的设备,随后选择连接到的电缆通道,依照最短路径生成平行于所在平面,偏移量为起点标高/设备标高的电缆线。
110kV主变进线电缆终端至GIS室电缆路径
可以同时选择多个设备与通道连线,会分别在每一个设备和通道之间生成电缆线。
布置连接两个设备的电缆线,点击后在图纸中选择需要连接的两个设备,依照两设备间最短路径生成平行于所在平面,偏移量为起点标高的电缆线,布置连接通道与通道的最短电缆线,点击后在图纸中选择需要连接的两段通道,依照两通道间最短路径生成平行于所在平面的电缆线。
3.4设备定位
将电缆清册中的设备起终点与布置图中的设备建立联系;使用STD-R的功能进行配电装置的布置,电缆敷设系统可以直接识别配电装置的编号,省去手工定义的重复工作;准备各专业三维图纸(如建筑、道路总图等)作为参考,进行桥架、电缆沟路径设计。
由小室屏柜布置图、配电装置布置图,获取电缆的起点及终点的位置信息。
设备定位
4.电缆敷设
点击工具栏上的电缆敷设按钮,弹出以下界面:
电缆敷设设置
锁定的电缆用浅蓝色表示;已敷设但未锁定的电缆用浅黄色表示;未敷设的电缆用白色表示。
4.1规则设置
经过总结,形成以下优化敷设规则:
1.分层敷设。
即动力电缆、控制电缆、信号电缆,根据工艺规范,分别敷设在桥架、电缆沟支架的指定层,在桥架、电缆沟参数化设计时可定义各层敷设电缆类型。
2.占积率原则。
每层支架敷设电缆宽度,不应超过支架宽,并且敷设控制电缆的支架层数不易超过3层。
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,因此可指定任意电缆的强制路径。
根据该设定,考虑满足该条件的最短路径。
点击规则设置,弹出敷设规则设置界面,这个界面对敷设的规则进行设置。
电缆敷设规则设置
可以通过该功能自由定义电缆敷设的先后顺序。
点击“设置”其后的按钮,弹出以下界面:
电缆敷设顺序调整
如上图所示,可以通过设置调整电缆敷设顺序。
4.2敷前检查
可以在敷设之前检查出错的电缆信息。
如不存在设备起终点的电缆、型号规格不存在的电缆、重复的设备、连接类型不匹配的桥架等敷设时按照电缆支架设置的类型等级(动力电缆、控制电缆、信号电缆)规定来敷设;还可限制支架的占积率以及设定电缆支架的敷设层数。
敷设前检查
4.3绘制拓扑图
完成拓扑图之后,对选择的电缆进行敷设。
另外,对于布置图中缺少的设备,也可使用电缆敷设系统的功能,在图纸补充定义电缆起点与终点。
电缆拓扑图
可对已经敷设的电缆进行锁定,不可编辑与锁定电缆相关的拓扑图;或对已锁定的电缆进行解锁,还原为敷设的状态。
4.4自动敷设
可直观的看到全部电缆的整体排布效果以及电缆拐弯处的实际情况。
以便于根据虚拟排布的电缆及时作出调整,以此为依据进行施工。
电缆自动敷设三维效果图
三维引擎具备平移、旋转、拉近等基本功能,并能查看电缆的属性信息。
鼠标选中电缆时,可显示电缆编号,并可查看到所有电缆相关信息,如电缆起点、终点、型号、规格。
现场施工人员可直接携带电脑或平板电脑,在现场直接根据三维效果施工。
对敷设不合理的电缆可进行手动调整,可指定敷设路径。
4.5材料统计
三维电缆敷设的核心是基于三维空间内设备与设备之间拓扑关系的叠加,只是这个关系产生的路径被限定为电缆沟、电缆桥架或者穿管。
一旦拓扑关系建立之后,就可以方便地利用现代计算机优势,准确快捷地将电缆路径、长度、耗材等敷设成果科学统计。
我们可以先选择需要标注的埋管族实例,然后选择标注位置,然后会以选择埋管的点为标注起点,以标注位置为标注的终点,生成标注。
如下图:
埋管统计
通过软件计算,可输出电缆敷设拓扑图、电缆敷设路径、各段电缆长度明细表及电缆支架数量等信息。
电缆支架统计
5.通道剖面与占积率校验
5.1通道剖面
为适应施工现场复杂的施工条件,还可选择电缆通道模型的任意位置,直接生成剖面,并配以对应表格。
通过断面图和表格的形式可将任意位置的电缆断面真实展示,表格中电缆位置与断面中电缆依次对应。
以便于施工人员能够依据该断面图施工。
在绘图视图(详图)中生成桥架、电缆沟的横剖面图;若已敷设电缆,则可将电缆的位置排列到剖面图中;
操作方式如下:
点击通道剖面按钮→选择桥架或电缆沟→输入断面编号及比例→在绘图视图(详图)中生成剖面图;
主变进线电缆沟断面图
出线电缆隧道断面图
5.2占积率校验
对桥架、电缆沟通道进行占积率的校验,可以生成占积率校验计算书。
选择桥架或电缆沟,然后选择位置保存占积率校验计算书。
本次设计分别对主变进线电缆沟和GIS室下电缆隧道进行校验。
计算书如下:
主变进线电缆沟占积率计算书
校验方法:
品字型校验
电缆总宽度:
DC=间距+D1+D2+间距+D4+D5+间距+⋯Dn=213.30(mm)
支架使用长度:
L=支架长度-主架厚度=350-50=300(mm)
占积率:
pv=(电缆总宽度/支架使用长度)x100%=(DC/L)x100%=(213.30/300)x100%=71.10%
GIS电缆隧道占积率计算书
校验方法:
品字型校验
电缆总宽度:
DC=间距+D1+D2+间距+D4+D5+间距+⋯Dn=213.30(mm)
支架使用长度:
L=支架长度-主架厚度=500-50=450(mm)
占积率:
pv=(电缆总宽度/支架使用长度)x100%=(DC/L)x100%=(213.30/450)x100%=47.40%
通过校验可以看出,主变进线电缆沟界面小,终期共敷设9根110kV电缆,占积率为=71.10%,GIS室电缆隧道截面大,本期敷设电缆少,占积率为=47.40%。
通道得到充分,合理的利用,即满足工程要求,又不造成浪费。
、
五、电缆展示
在桥架中展示敷设完成后的三维电缆模型,并可以查看每根电缆的起/终点、电缆型号、电缆规格及电缆外径等属性信息。
如图:
GIS室下方电缆隧道三维效果图
主变进线侧电缆三维效果图
主变进线电缆沟电缆效果图
电缆沟转弯处电缆敷设三维效果图
GIS室电缆隧道电缆敷设透视图
6.总结
本专题对电气电缆敷设提出了新的设计方式,提高了设计的精细化程度,极大提高了电缆敷设设计的精细化和合理化程度。
通过在实际110kV工程中的应用验证了电气三维电缆设计的可行性以及优势。
本次通过设计110kV区域的动力电缆的敷设工作,能够对三维桥架、电缆沟与电缆敷设成果进行读取,实现电缆敷设三维演示功能,实现现场指导施工安装工作,实现监理单位的现场审核工作。
具有以下特点:
1.用户可以查看当前三维场景中的模型分类及具体模型列表。
同时用户可以在导航树上控制模型是否显示、快速定位功能。
查询某一部位的桥架、电缆沟内电缆敷设详细成果,生成断面电缆排列图或排列信息,指导安装。
2.在三维场景中可以实现场景缩放、视角旋转、漫游、选中高亮、快速定位等操作。
可浏览场景中各类模型。
3.选中设备模型,可显示其具体属性,列入设备编号信息等。
从显示列表中选择具体电缆,可显示其三维路径,并可快速定位其起终点设备;选择设备,可显示以该设备为起点或终点的所有电缆信息,包括其三维路径。
选择具体通道,可显示其通道中经过的所有电缆信息。
综上所述,电缆三维敷设通过读取电缆路径以及电气设备位置数据,结合电缆清册的信息,自动进行电缆自动优化敷设,精确统计电缆长度,杜绝人为误差,保证设计结果的精确性,同时提高设计速度。
三维设计成果清晰可见,使施工过程更加简单高效,显著节约施工成本。
让电缆敷设规划人员,在现场敷设电缆之前就完成了电缆的虚拟敷设,根本杜绝人工统计的误差,极大提高了设计精度。
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