（國網(wǎng)福建省電力有限公司 福建福州 350003）

0 引言

電氣二次部分設(shè)計，是整個變電站設(shè)計的重要組成部分，也是最為復(fù)雜和精細的部分。因此，變電站建設(shè)時，對于電氣二次系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量提出了很高的要求。然而電氣二次專業(yè)設(shè)計屬于下游專業(yè)，加上建設(shè)過程各環(huán)節(jié)的把控問題，留給設(shè)計的時間相對較少，使得設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率難以兼顧。

目前國網(wǎng)公司正在大力推進三維數(shù)字化設(shè)計方式在輸變電工程建設(shè)中的應(yīng)用，其研究重點主要在二維設(shè)計向三維設(shè)計的轉(zhuǎn)化方案［1-2］。 也有部分人員研究通過 Promis_e軟件［3］和CAD軟件［4］進行電氣二次數(shù)字化設(shè)計，但是方案較為簡單，對于目前電氣二次數(shù)字化設(shè)計的難點均未展開討論。

為了同時滿足工程進度和設(shè)計質(zhì)量要求，需要深入研究變電站電氣二次數(shù)字化設(shè)計的優(yōu)化方案。

1 數(shù)字化設(shè)計軟件平臺

目前國內(nèi)變電站電氣二次專業(yè)數(shù)字化軟件發(fā)展主要分為兩類，一類是在三維軟件平臺上開發(fā)電氣二次數(shù)字化設(shè)計插件，另一類是基于CAD軟件平臺開發(fā)數(shù)字化設(shè)計插件。

雖然前者相較于后者設(shè)計平臺統(tǒng)一，但是由于電氣二次數(shù)字化設(shè)計與三維設(shè)計設(shè)計內(nèi)容之間相對獨立，因此基于CAD平臺開發(fā)的二次數(shù)字化設(shè)計軟件與三維設(shè)計軟件之間的接口難度并未顯著提升。綜合考慮使用習(xí)慣、軟件開發(fā)難度、接口設(shè)計難度等，目前國內(nèi)變電站電氣二次數(shù)字化設(shè)計軟件以基于CAD平臺開發(fā)為主。

1.1 軟件基本功能

目前，已應(yīng)用的電氣二次數(shù)字化設(shè)計軟件一般包括如下功能：

（1）芯線數(shù)字化連接：將原理圖中設(shè)備、端子、電纜、芯線均采用數(shù)字化方式設(shè)計，并將數(shù)據(jù)提交至后臺。

（2）端子排自動生成：根據(jù)后臺儲存的電纜信息（去向、型號、編號等）、芯線接線位置，自動生成端子排安裝圖。

（3）電纜清冊自動開列：根據(jù)后臺數(shù)據(jù)，自動生成電纜清冊。

（4）錯誤校核：根據(jù)數(shù)據(jù)核對，自動校驗不同卷冊之間配合差錯。

（5）SCD文件設(shè)計：根據(jù)已讀取的ICD文件，設(shè)計虛端子連接，并生成設(shè)備虛回路連接情況和SCD文件。

1.2 數(shù)字化設(shè)計難點

電氣二次數(shù)字化設(shè)計推廣過程中發(fā)現(xiàn)，設(shè)計效率提升不明顯甚至降低，新技術(shù)應(yīng)用仍存在一定難度。

（1）重復(fù)工作量大：由于采用數(shù)字化設(shè)計方案，全站所有電纜及接線均需繪制，若變電站內(nèi)有主變、線路等相同間隔較多，采用數(shù)字化設(shè)計方案將大幅增加繪制工作量和圖紙數(shù)量。

（2）多次更新端子排：與傳統(tǒng)方案不同，數(shù)字化設(shè)計采用自動生成端子排安裝圖，若原理圖修改，則需重新刷新端子排圖，工作量大且容易出錯。

（3）原理圖繪制難度大：采用數(shù)字化設(shè)計方案，原理圖信息量增大，且缺乏典型圖集，將大幅增加設(shè)計工作量。

2 數(shù)字化設(shè)計功能優(yōu)化方案

2.1 多間隔圖紙繪制功能

相似間隔一次參數(shù)、保護測控廠家等均相同的情況，若每個間隔的二次線均需要設(shè)計一次，則圖紙量和工作量都會相應(yīng)增加。若按照傳統(tǒng)方案只繪制一個間隔，其余間隔通過手動添加說明和手動復(fù)制電纜清冊的方案，則容易增加錯誤率，且不利于發(fā)揮數(shù)字化設(shè)計的優(yōu)勢。采用多間隔繪制方案能有效降低繪制工作量。

根據(jù)電氣二次專業(yè)作圖要求，全站電纜編號不允許重復(fù)，相同屏柜之間的回路號不允許重復(fù)，因此在繪制光電纜連接時，引入可變化參數(shù)n、m、p、q，用于系統(tǒng)識別多間隔調(diào)整規(guī)律。以某變電站4臺主變間隔為例，進行多間隔繪制，具體流程見圖1。

（1）建立設(shè)備的時候，我們會建立4面主變測控柜，設(shè)備編號分別是1BCK、2BCK、3BCK、4BCK，同理建立4面主變保護柜1BB、2BB、3BB、4BB。同時建立一個特殊設(shè)備，nBCK和nBB，作為多間隔設(shè)備。

（2）繪制主變間隔內(nèi)部二次接線時，插入多間隔設(shè)備，例如插入 nBCK，設(shè)置 n 的取值區(qū)間（例如 n=1，2，3，4），插入芯線，對側(cè)設(shè)備設(shè)置為nBB，電纜編號設(shè)置為nB-131，回路號設(shè)置為nB：811，設(shè)置n的取值區(qū)間，相連設(shè)備由系統(tǒng)判斷n取值是否一致，如果不一致則報錯；

（3）繪制多個主變間隔至同一個多間隔接入二次設(shè)備，如第一套母線保護（設(shè)置其設(shè)備編號為EMB1），插入多間隔設(shè)備nBB，設(shè)置 n 的取值區(qū)間（例如 n=1，2，3，4），插入芯線，對側(cè)設(shè)備設(shè)置為EMB1，電纜編號設(shè)置為nB-132，回路號設(shè)置為nB：31，設(shè)置n的取值區(qū)間，相連設(shè)備由系統(tǒng)判斷n取值是否一致，如果不一致則報錯；

（4）提交檢查時，根據(jù) n 的設(shè)置值（此處 n=1，2，3，4），形成5組數(shù)據(jù)組：分別為保留n的電纜編號、回路號、設(shè)備編號的一組數(shù)據(jù)組，以及將n替換為1，2，3，4的四組數(shù)據(jù)組。保留n的數(shù)據(jù)組用于原理圖顯示和查看使用，替換的數(shù)據(jù)組用于和對側(cè)設(shè)備交叉鏈接以及電纜清冊使用。

（5）交叉鏈接時，n 替換為 1，2，3，4 的四組數(shù)據(jù)組分別進行交叉鏈接。若鏈接成功，則提示交叉成功；若鏈接失敗，則提示失敗數(shù)據(jù)組。

2.2 自動更新端子排、光配架功能

變電站電氣二次施工單位主要依據(jù)端子排圖和光配架圖進行電纜接線和光纜熔纖，當二次原理圖更改時，也需要對應(yīng)修改相關(guān)的端子排圖和光配架圖。若每次修改原理圖都需要重新繪制一遍端子排圖，則會增加大量重復(fù)工作量。

采用傳統(tǒng)設(shè)計方法，每次修改原理圖后都需要手動同步修改多張端子排圖，重復(fù)工作量較高，且在排版不變的情況下，修改端子排圖的操作步驟機械且統(tǒng)一，完全可以采用計算機軟件根據(jù)廠家資料自動化方式實現(xiàn)。具體步驟如下：

（1）粘貼二次設(shè)備的端子排，并按照需求完成端子排布置；

（2）選擇需要生成接線圖的端子，并完成該節(jié)端子的所屬設(shè)備、端子排頭、端子號、端子排各元件長度等參數(shù)設(shè)置；

（3）選擇端子排的出線方向（左側(cè)或右側(cè)），軟件在端子排左上角或者右上角生成“端子排刷新塊”，并生成該節(jié)端子排接線圖。

（4）修改原理圖后，點擊某張端子排圖更新，首先刪除原圖所有軟件生成的接線，然后根據(jù)“端子排刷新塊”自動生成端子排接線圖。

自動更新端子排流程見圖2。

若在插入“端子排刷新塊”后修改該節(jié)端子排的內(nèi)容，包括端子排長度、節(jié)數(shù)等，則需要重新設(shè)置并插入新的“端子排刷新塊”。若僅修改端子排的排版，則可以將“端子排刷新塊”連同端子排一起移動，無需重新插入。

2.3 點表生成功能

點表是電網(wǎng)調(diào)度端和變電站內(nèi)電氣二次信號傳輸核對表，通過其完成調(diào)度端三遙功能。目前設(shè)計方案均是通過手工方式，根據(jù)電氣二次專業(yè)所有施工圖提取變電工程中遙信量、遙控量和遙測量，從而繪制成業(yè)主單位所需要的監(jiān)控信息點表。其中提取遙信量工作量最大。

點表中除各單位的特殊要求外，通常包括遙信點內(nèi)容、間隔名稱、裝置名稱、信號類型（軟報文、硬接點）、電壓等級、報警級別、是否上光字牌、告警延時、是否取反等內(nèi)容。以110 kV商務(wù)變電站為例，點表模板如表1所示。

點表的自動生成步驟如下：

（1）建立設(shè)備庫：新增設(shè)備，對該設(shè)備賦予屏柜名稱、柜內(nèi)裝置名稱及型號、柜內(nèi)裝置類型（測控、保護等）、屏柜所屬電壓等級等屬性；

（2）連接芯線：插入屏柜設(shè)備及柜內(nèi)裝置，插入端子，將兩個設(shè)備間端子通過芯線連接 （設(shè)置單獨的遙信接線以區(qū)分其它連線），并設(shè)置芯線功能。

表1 點表模板

（3）虛端子連接：智能站包含虛端子連接設(shè)計，其中GOOSE信號中包含點表所需的軟報文和硬接線信息，設(shè)計過程中對各GOOSE遙信量標注區(qū)分軟硬接線。

（4）點表數(shù)據(jù)提?。禾崛」こ讨兴羞b信接線的芯線功能、兩側(cè)設(shè)備名稱、設(shè)備型號、設(shè)備類型、屏柜所屬電壓等級等信息，提取虛端子GOOSE信息中的遙信量的遙信名稱、兩側(cè)設(shè)備名稱、設(shè)備型號、設(shè)備類型、屏柜所屬電壓等級等信息。由于圖紙中的智能組件接線和虛端子表中的GOOSE信息重復(fù)，因此提取過程中應(yīng)剔除智能組件的遙信接線信息。

（5）點表生成：點表信息中的遙信點內(nèi)容、間隔名稱、裝置名稱、信號類型（軟報文、硬接點）、電壓等級分別從遙信接線和虛端子GOOSE信息中提取填入，點表按照電壓等級由高到低、間隔名稱由小到大、遙信類型先硬接點后軟報文順序排布。

3 數(shù)字化設(shè)計標準設(shè)計流程

變電站電氣二次專業(yè)圖紙設(shè)計按間隔可以分為兩大類：公共間隔（如計算機監(jiān)控、公用測控、直流電源、對時系統(tǒng)等）和獨立間隔（線路間隔、主變間隔等）；按照接線可以分為兩大類：開出側(cè)和開入側(cè)。數(shù)字化設(shè)計的主要思路有兩個：①先獨立間隔后公共間隔；②先開出后開入。根據(jù)這兩個設(shè)計要求，制定相應(yīng)的變電站電氣二次專業(yè)設(shè)計標準繪制流程如圖3所示。

4 結(jié)論

變電站電氣二次數(shù)字化設(shè)計是國網(wǎng)三維數(shù)字化設(shè)計的重要組成部分，也是全面提升電氣二次設(shè)計效率和質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。針對目前電氣二次數(shù)字化設(shè)計的難點，提出多間隔繪制方案、自動更新端子排和光配架方案、自動生成點表方案，并根據(jù)數(shù)字化設(shè)計特點提出標準化設(shè)計流程。通過優(yōu)化數(shù)字化設(shè)計方案，進一步提高了變電站電氣二次系統(tǒng)設(shè)計效率，推進國網(wǎng)公司輸變電工程的三維數(shù)字化設(shè)計提供參考。