淺談供配電系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)軟件

1、淺談供配電系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)軟件    摘要：在工程電氣設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，電力系統(tǒng)的設(shè)備選型計(jì)算、校驗(yàn)計(jì)算無(wú)疑是最復(fù)雜和最煩瑣的一件工作。問(wèn)題復(fù)雜性在于電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性要求，必須將所有設(shè)備：如高壓、低壓配電設(shè)備、變電、輸電線纜等設(shè)備全部計(jì)算選型校驗(yàn)，要考慮各種運(yùn)行狀態(tài)下的設(shè)備安全可靠運(yùn)行，短路時(shí)可靠動(dòng)作。由于設(shè)備多、回路多、系統(tǒng)復(fù)雜、校驗(yàn)項(xiàng)目多，造成了工作煩瑣。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)模擬電氣工程師思路進(jìn)行自動(dòng)選型、校驗(yàn)計(jì)算的軟件，以代替部分工作，把電氣工程師真正從煩瑣的計(jì)算和繪圖中解放出來(lái)。我公司最新科研成果-供配電系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)軟件正好填補(bǔ)了這一空白。  關(guān)鍵詞

2、：集成設(shè)計(jì) 選型 校驗(yàn) 系統(tǒng)模型  pivotal words: integrated design,select and verify equipment type 、constitute power system model 一、引言： 在工程電氣設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，電力系統(tǒng)的設(shè)備選型計(jì)算、校驗(yàn)計(jì)算無(wú)疑是最復(fù)雜和最煩瑣的一件工作。問(wèn)題復(fù)雜性在于電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性要求，必須將所有設(shè)備：如高壓、低壓配電設(shè)備、變電、輸電線纜等設(shè)備全部計(jì)算選型校驗(yàn)，要考慮

3、各種運(yùn)行狀態(tài)下的設(shè)備安全可靠運(yùn)行，短路時(shí)可靠動(dòng)作。由于設(shè)備多、回路多、系統(tǒng)復(fù)雜、校驗(yàn)項(xiàng)目多，造成了工作煩瑣。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)模擬電氣工程師思路進(jìn)行自動(dòng)選型、校驗(yàn)計(jì)算的軟件，以代替部分工作，把電氣工程師真正從煩瑣的計(jì)算和繪圖中解放出來(lái)。我公司最新科研成果-供配電系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)軟件正好填補(bǔ)了這一空白。 二、詳述： 電氣設(shè)計(jì)的目標(biāo)  我們只有了解了電氣設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)才能進(jìn)行更明確的工作，為了詳細(xì)說(shuō)明一個(gè)變配電所的所有電氣內(nèi)容，通常需要出的圖紙有： 11 電氣主接線圖或高壓系統(tǒng)圖 12 低壓系統(tǒng)圖 13 平面布置圖、剖面圖 14 配電柜立面圖 15

4、0;電纜清冊(cè) 16 設(shè)備材料表 17 電氣計(jì)算書 18 二次控制原理圖 19 二次外部線路圖 以上圖紙中最復(fù)雜的圖紙，工作量最大的莫過(guò)于高低壓系統(tǒng)圖，因?yàn)樗麄冋加玫挠?jì)算工作量大。過(guò)去我們也提供一些計(jì)算工具軟件，但大都是零散的，不系統(tǒng)的，比如負(fù)荷計(jì)算、電壓損失計(jì)算、短路計(jì)算等，用戶對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，一直停留在修改舊圖，反復(fù)的計(jì)算-填寫表格-替換設(shè)備-刪除-復(fù)制等低級(jí)的勞動(dòng)中，造成了勞動(dòng)效率無(wú)法大幅度提高。而且由于缺乏整個(gè)供-配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，往往上一級(jí)開(kāi)關(guān)調(diào)整以后，沒(méi)有改下一級(jí)開(kāi)關(guān)，或上一級(jí)開(kāi)關(guān)整定變了，沒(méi)有跟著調(diào)整配線，造成許多前后不對(duì)照的錯(cuò)誤圖紙和問(wèn)

5、題工程。舊圖中大量的圖元各自獨(dú)立并沒(méi)有共性，所以難以大規(guī)模的一次性修改成功。舊圖修改重復(fù)勞動(dòng)特別多，反復(fù)的重復(fù)刪除、復(fù)制、替換、文字、移動(dòng)等命令，容易造成筆誤。特別是當(dāng)前工程設(shè)計(jì)周期被業(yè)主大幅度縮短，怎樣提高設(shè)計(jì)、繪圖效率就成為了一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題。 繪圖計(jì)算軟件的現(xiàn)狀  目前國(guó)內(nèi)電氣設(shè)計(jì)軟件提供這部分的主要偏向于繪圖功能。繪制高低壓柜的一次方案，許多家廠商生產(chǎn)的軟件都包含了這部分圖庫(kù)。我們繪圖主要集中在插入相應(yīng)的圖塊進(jìn)行繪制，然后填寫定貨圖表格。計(jì)算則是分開(kāi)的。 也有個(gè)別軟件對(duì)高低壓系統(tǒng)提供了部分計(jì)算，但大都是零碎的，不是對(duì)系統(tǒng)整體的計(jì)算，或是對(duì)其中一個(gè)回路、某一種負(fù)荷類型（如電動(dòng)機(jī)

6、）進(jìn)行計(jì)算，其他回路或負(fù)荷類型無(wú)法計(jì)算，也無(wú)法作到上下級(jí)配合選型，也沒(méi)有全面的綜合校驗(yàn)電氣設(shè)備所有技術(shù)參數(shù)，沒(méi)有用電需求表，和實(shí)際工程需要的設(shè)計(jì)過(guò)程相差太多等等。所以在設(shè)計(jì)變配電所過(guò)程中，大部分工作仍集中在修改舊圖，重新計(jì)算，選型上。計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)功能沒(méi)有什么提高。 電氣設(shè)計(jì)的過(guò)程分析 選型統(tǒng)一規(guī)定  很多設(shè)計(jì)院在一個(gè)工程的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中都采用了一種選型方案，比如高壓配電柜選用kyn28，低壓柜采用抽屜式mns，主斷路器采用cm1，電纜采用 vv 系列，等等，這個(gè)選型方案在同一工程中都是相同的。也可以應(yīng)用到下一個(gè)工程中。 用電需求定義  水、暖、工藝等

7、上行專業(yè)提供的用電需求,主要內(nèi)容是用電設(shè)備的編號(hào)，設(shè)備名稱，安裝位置，額定電壓，負(fù)荷等級(jí)，場(chǎng)所屬性，負(fù)荷性質(zhì)等對(duì)電氣設(shè)計(jì)的要求。 現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)普及，很多設(shè)計(jì)院已經(jīng)使用excel互提資料。 負(fù)荷分配  確定配電設(shè)備（配電箱、盤、柜）的位置，把每一個(gè)負(fù)荷分配到配電設(shè)備上。 負(fù)荷計(jì)算  對(duì)每個(gè)配電設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。主要采用需要系數(shù)法。 分配電中心計(jì)算選    分配電中心（如某層的配電間、豎井、或機(jī)房的配電間）的配電柜供給下聯(lián)的配電盤或箱。對(duì)這些配電盤、箱、柜進(jìn)行選型。 變配電中心計(jì)算選    變配電中心對(duì)分配電中心供電。對(duì)變配電中心的所有

8、設(shè)備包括母線、高壓電纜、高壓柜、低壓柜、低壓抽屜組件、低壓出線等進(jìn)行選型。 短路計(jì)算  選型完成以后，查表得出各組件和線纜的阻抗，并設(shè)定短路點(diǎn)，計(jì)算每個(gè)短路點(diǎn)的三相和單相短路電流。 校驗(yàn)計(jì)算  對(duì)于高低壓設(shè)備進(jìn)行短路校驗(yàn)、電壓損失校驗(yàn)、電機(jī)啟動(dòng)校驗(yàn)以及靈敏度校驗(yàn)等。校驗(yàn)不合適的值，要重新進(jìn)行選型。直到校驗(yàn)通過(guò)。 繪制系統(tǒng)圖  根據(jù)系統(tǒng)模型，繪制系統(tǒng)圖。 排列柜子。  根據(jù)平面情況，布置柜子。并繪制立面圖、剖面圖。 根據(jù)柜子布置情況分別調(diào)整系統(tǒng)圖抽屜柜位置和編號(hào)以及進(jìn)線柜、母聯(lián)柜位置 回路庫(kù)和設(shè)備庫(kù)符號(hào)庫(kù)  高低壓柜的一次方案是廠家樣本提供的。在

9、cad繪圖中要調(diào)用這些方案，必須將這些方案組織成一個(gè)回路庫(kù)。每個(gè)回路都是由很多組件組成的。這些組件的電氣屬性（技術(shù)參數(shù)）則在設(shè)備庫(kù)中定義。符號(hào)庫(kù)是規(guī)定了這些組件對(duì)應(yīng)的圖例。以上三者在選型繪圖過(guò)程中必不可少。 為了應(yīng)對(duì)眾多的廠家和不同的型號(hào)規(guī)格產(chǎn)品，我們符號(hào)庫(kù)、設(shè)備庫(kù)、回路庫(kù)都是開(kāi)放的。用戶可以新增設(shè)備系列，新增回路方案等等。 符號(hào)庫(kù)采用新國(guó)標(biāo)圖例?；芈穾?kù)和設(shè)備庫(kù)也采用了最流行最先進(jìn)的高低柜型號(hào)，特別是中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)所出的統(tǒng)一技術(shù)措施電氣設(shè)備選型卷和電力出版社出的最新版工廠常用電氣設(shè)備手冊(cè)上下冊(cè)以及上下冊(cè)補(bǔ)充本。 回路庫(kù)結(jié)構(gòu)中每個(gè)回路都可以設(shè)定盤內(nèi)組件的型號(hào)規(guī)格和數(shù)量或額定電流、控制電機(jī)功率，這樣

10、完全按照樣本提供的內(nèi)容錄入，對(duì)選型提供了“電子樣本”。 統(tǒng)一規(guī)定設(shè)定  在做某一工程前，由電氣專業(yè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人確定的設(shè)備選型的基本方案。該基本方案中將所有電氣設(shè)備劃分為供電、輸電、配電、用電幾類，用戶只須對(duì)以上設(shè)備進(jìn)行初步選型，確定設(shè)備的系列號(hào)以及相關(guān)參數(shù)。其它參數(shù)都可以自動(dòng)選型。 用電需求定義表  用電需求表是用戶自行錄入的工程中所用到的所有用電設(shè)備列表。用戶需要錄入用電設(shè)備的安裝位置、名稱編號(hào)，設(shè)備容量，負(fù)荷性質(zhì)等內(nèi)容?？梢詮膃xcel中將水暖工藝提來(lái)的資料導(dǎo)入該表中，也可以將輸入好的用電需求表導(dǎo)出到excel中編輯。安裝位置提供了一個(gè)很好的管理所有設(shè)備的結(jié)構(gòu)，非常直觀方

11、便。 系統(tǒng)模型的建立  本軟件設(shè)計(jì)宗旨和最終目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)計(jì)的目標(biāo)。即繪制出符合要求的圖紙。而繪制圖紙前就必須建立供配電系統(tǒng)。此前的設(shè)計(jì)軟件都沒(méi)有提出過(guò)集成設(shè)計(jì)的概念。4.1所謂集成設(shè)計(jì)，就是面向供配電系統(tǒng)整體的電氣設(shè)計(jì)，他包括了統(tǒng)一規(guī)定初步選型，用電需求表定義，用電負(fù)荷的分配，負(fù)荷計(jì)算、選型計(jì)算、短路計(jì)算、校驗(yàn)計(jì)算等一系列綜合復(fù)雜的設(shè)計(jì)過(guò)程。它可以建立供配電系統(tǒng)模型，并能詳細(xì)的列出模型上每個(gè)供配電-輸電-用電設(shè)備的工作（運(yùn)行）屬性、短路屬性、電氣屬性。 任何一個(gè)供配電-輸電-用電設(shè)備都有三種屬性，工作屬性、短路屬性、電氣屬性。 工作屬性是指當(dāng)前選定的設(shè)備的工作電流、設(shè)備容量、

12、工作電壓、功率因數(shù)等情況。短路屬性是指當(dāng)前選定設(shè)備的短路阻抗、短路電流等情況。電氣屬性是該設(shè)備的出廠銘牌的電氣型號(hào)規(guī)格和電氣技術(shù)參數(shù)等。 集成設(shè)計(jì)的流程是：用電負(fù)荷被人工添加到配電柜上。然后進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，并自動(dòng)選擇配電柜內(nèi)元件型號(hào)規(guī)格，選定短路參數(shù)可以進(jìn)行短路校驗(yàn)。如果短路校驗(yàn)不通過(guò)，重新進(jìn)行選型計(jì)算。 4.2系統(tǒng)模型的建立：要想實(shí)現(xiàn)對(duì)變配電所設(shè)備的整體選型校驗(yàn)和設(shè)計(jì)，必須建立整個(gè)工程的配電系統(tǒng)模型，才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的選校。 一個(gè)好的系統(tǒng)模型首先比較直觀，操作簡(jiǎn)單。上手快。組織嚴(yán)密。由于電氣系統(tǒng)的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)和windows資源管理器的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的相似性，我們完全可以利用windows資源管理器

13、類似結(jié)構(gòu)的樹(shù)狀系統(tǒng)來(lái)搭建一個(gè)模型，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的配電系統(tǒng)。 電力系統(tǒng)中最常用的電氣連接關(guān)系就是串聯(lián)和并聯(lián)。所有的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)最后都可以看成是電氣設(shè)備串聯(lián)和并聯(lián)不斷組合搭建成的。從下圖中可以看出，樹(shù)節(jié)點(diǎn)上從左到右的組件名稱關(guān)系就組成一個(gè)串聯(lián)的電路：低壓配電室(電源)à電纜à負(fù)荷開(kāi)關(guān)à變壓器à母線à進(jìn)線柜 . 從“3母線”節(jié)點(diǎn)下面所接的“3母線à抽屜柜2à抽屜柜3à抽屜柜4à抽屜柜5”是母線并聯(lián)所連的若干個(gè)抽屜柜。 這樣搭建成的系統(tǒng)模型，具有形象直觀、搭建簡(jiǎn)單、組織嚴(yán)密等特點(diǎn)。完全可以實(shí)現(xiàn)變配電所系統(tǒng)設(shè)計(jì)的所有功能

14、。附圖1對(duì)應(yīng)的供配電系統(tǒng)如附圖2所示。    附圖1附圖2 4.3系統(tǒng)模型的功能    立系統(tǒng)模型是從工程中的配電中心（配電間、配電室）建立。 統(tǒng)模型可以直觀看到開(kāi)關(guān)柜一次方案圖形。以方便選型 統(tǒng)模型可以對(duì)用電需求進(jìn)行統(tǒng)一分配。確定所有用電設(shè)備的電源位置 4、系統(tǒng)模型可以對(duì)每個(gè)設(shè)備都能進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算。統(tǒng)計(jì)總負(fù)荷 5、系統(tǒng)模型可以對(duì)電源進(jìn)行全廠負(fù)荷統(tǒng)計(jì)，和無(wú)功補(bǔ)償計(jì)算 6、系統(tǒng)模型可以進(jìn)行短路計(jì)算。短路計(jì)算包括無(wú)限大容量系統(tǒng)和有源系統(tǒng)的短路計(jì)算。搭建的任何模型都可以自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。短路阻抗數(shù)據(jù)庫(kù)可以擴(kuò)充。 7、模型在負(fù)荷

15、計(jì)算、短路計(jì)算、和初步選型方案基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)選型計(jì)算 8、系統(tǒng)模型選型計(jì)算后對(duì)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)計(jì)算，包括高低壓設(shè)備、配電干線等所有設(shè)備都可以按照規(guī)范要求進(jìn)行校驗(yàn)。    統(tǒng)模型可以直觀的看到配電中心內(nèi)配電系統(tǒng)上任何一個(gè)設(shè)備目前的工作電流，短路點(diǎn)短路電流以及設(shè)備技術(shù)參數(shù)情況。 10. 可以自動(dòng)輸出高低壓系統(tǒng)圖，主接線圖，設(shè)備材料表，電纜清冊(cè)，計(jì)算書，和抽屜柜排列圖等一系列圖紙。完成輔助設(shè)計(jì)全過(guò)程。    軟件實(shí)現(xiàn)流程圖    軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程實(shí)際上就是對(duì)電氣工程師設(shè)計(jì)過(guò)程的模擬和抽象。

16、該流程深入體現(xiàn)了第三節(jié)所述的電氣設(shè)計(jì)的全過(guò)程，模擬設(shè)計(jì)思路進(jìn)行電氣輔助設(shè)計(jì)。    常用設(shè)備選型校驗(yàn)方案（部分） 壓器選型:負(fù)荷分配->負(fù)荷計(jì)算->選型 低壓母線選型 負(fù)荷分配->負(fù)荷計(jì)算->按正常工作電流選型 效驗(yàn)內(nèi)容如下：    電機(jī)啟動(dòng)壓降計(jì)算 電壓損失計(jì)算 3、過(guò)載保護(hù)效驗(yàn) 4、熱穩(wěn)定效驗(yàn)    電纜導(dǎo)線選型 負(fù)荷計(jì)算->按正常工作電流選型 1、效驗(yàn)電壓損失： 2、效驗(yàn)經(jīng)濟(jì)電流密度： 3、效驗(yàn)熱穩(wěn)定 4、效驗(yàn)過(guò)載保護(hù)    低壓開(kāi)關(guān)選型 負(fù)荷計(jì)算->按照正常