三维设计技术用于110 kV 变电站电缆层电缆通道规划布置研究

祝陈晨，陈佳骏，李芮珂

（1.中国电力建设集团上海电力设计院有限公司，上海 210025； 2.国网上海市电力公司奉贤供电公司，上海 201499；3.上海大学教务部，上海 200444）

根据《国家电网有限公司输变电工程通用设备（35～750 kV 变电站》［1］的典型设计110-A2-7方案，某110 kV 变电站最终设计规模为3 台主变，110 kV/10 kV 电压等级。110 kV 侧接线采用一进三出（含支接变压器）接线，共计12 回进出线；10 kV 侧采用单母线六分段环形接线，出线48 回。按照最终出线规模，共涉及12 回110 kV 线路×3+48 回10 kV 线路×1.5（双拼）=108 根线路。此外，110 kV 电缆层内还有GIS 至其他无功补偿设备的电缆线路。因110 kV 变电站所有的10 kV出线均需要结合变电站周边负荷增长情况来考虑，所有电缆不可能同期实施，因此电缆之间的敷设顺序，交叉跨越顺序难以确定。如果缺少统一的电缆通道规划，对电缆层设计、施工、运行维护都将带来极大不便。

根据《国网上海市电力公司关于加强变电站电缆层内电缆及支架设计和施工管理的通知》（国网上电建〔2022〕27 号）要求，设计单位在设计新建输变电工程的站内电缆层时，应结合本站远景进、出线电缆总体规模综合考虑电缆层内所有电压等级（含本期和规划）电缆的路径和支架的位置。原则上，电缆层内后续建设的电缆路径应与原输变电工程的规划电缆路径相吻合。本文主要从三维设计技术角度开展对110 kV 变电站电缆层电缆通道的规划布置研究。

1 110 kV 变电站电缆层三维设计方式

运用三维设计技术，建立110 kV 变电站电缆层实体三维模型，可以直观地表现出电缆层中电缆及其附件、电缆支架和设备之间的关系，是研究电缆层电缆通道规划布置的有效方式。

采用上海电力设计院有限公司自主开发的“SEPD 电缆设计平台”进行110 kV 变电站电缆层三维设计研究。该软件采用C 语言和SQL Server数据库，基于Revit 平台二次开发，可用于电缆工程数字化设计，包含排管、电缆、隧道、出图等模块，可以实现电缆工程数字化设计、标准化管理、参数化建模等功能。该软件结构合理、功能完善、界面友好、操作方便，经过多个项目应用，能够充分表达设计方案，满足交互设计需求。

2 电缆层电缆布置原则

《国家电网有限公司输变电工程标准工艺（电缆工程分册）》［2］和《国家电网有限公司输变电工程标准工艺（变电工程电气分册）》［3］关于电缆施工的有关要求如下：电缆应排列整齐，走向合理，尽量避免交叉；如难以避免，应充分利用空间资源，在终端下方交叉；电缆敷设时，电缆所受的牵引力、侧压力和弯曲半径应符合相关规范的规定；不应在电缆层设置中间接头。

GB 50217—2018《电力工程电缆设计标准》［4］关于电缆上支架布置的相关规定如下：宜按电压等级由高至低的电力电缆、强电至弱电的控制和信号电缆、通信电缆“由上而下”的顺序排列；支架层数受通道空间限制时，35 kV 及以下的相邻电压级电力电缆可排列于同一层支架；同一重要回路的工作与备用电缆应配置在不同层或不同侧的支架上，并应实行防火分隔；除交流系统用单芯电缆情况外，电力电缆的相互间宜有1 倍电缆外径的空隙。DL/T 5521—2016《城市电力电缆线路设计技术规定》［5］对电缆支架的层间允许最小净距和电缆支架离底板和顶板的最小净距进行了规定。

通过三维设计，在变电站结构模型的基础上，根据相关规范对安全距离和电缆弯曲半径的要求，并遵循电缆长度短、转弯少、尽量避免电缆交叉和聚集等原则，按照电缆层实际情况定制化设计了电缆支架，从而可以充分利用站内空间。

3 设计流程

（1）创建建筑模型：参照二维110 kV 变电站平面图，按1∶1 实际尺寸进行整体建筑物建模，一层电气平面和电缆层的梁、板、柱、预留洞口等构建模型也按要求创建，如图1 所示。

图1 110 kV 变电站建筑模型

（2）创建电缆支架模型：按照变电电气专业设计图纸的要求，对不同类型的电缆支架进行建模，并形成标准模型组件，以便按照电气专业图纸在建筑模型中进行批量定位，如图2 所示。

图2 电缆层电缆支架模型

（3）创建电缆敷设模型：在已完成的建筑和电缆支架模型中，按照设定的电缆层电缆布置原则确定电缆敷设方案路径，利用“SEPD 电缆设计平台”软件完成电缆敷设建模，如图3 所示。

（4）检查优化模型：在已完成上述创建步骤的模型基础上，进行电缆转弯半径、电缆、电缆支架、建筑之间的相互碰撞检查，并对不合理的部位进行优化调整，最终完成模型，如图4 所示。

图4 电缆转弯半径校核

4 三维设计技术的应用价值和优缺点

4.1 优势分析

（1）提升各专业设计的协同性。采用三维技术开展电缆层设计，各专业协同完成一整套变电站三维模型，并在电缆层模型中将本期及远期电缆模拟布置，反映电缆支架布置的合理性、规范性，有效避免二维设计的平面思维盲区，能够提早暴露问题，提升各个专业的协同性。

（2）提高施工效率。在设计阶段采用三维设计工具，可有效避免碰撞问题，减少施工过程中的设计变更。设计交底阶段，通过三维模型的三维、剖面、平面渲染图结合展示，可有效直观地使施工单位在施工准备阶段发现现场实施限制条件，提前做好应对方案和应急预案，有效提高施工效率。

（3）完善质量管理体系，节省投资。建管单位、监理单位可以通过三维模型与现场实际对比，实现全过程质量检测监督，更直观反映现场与图纸的差异性，有效完善现场质量管理体系。另外，采用二维设计电缆层电缆通道规划布置时，因无法精确掌握电缆走向往往会采用在设计阶段增加电缆裕量的方式避免后期变更，多余的电缆裕量势必会增加材料投资，造成浪费。三维设计的推广应用，有利于有效控制工程建设投资。

（4）指导规划。电力公司规划、发展部门借助110 kV 变电站电缆层三维设计模型，可以清楚地了解变电站某一方向出线通道还有多少预留，能够更加有效统筹规划电力通道资源。

4.2 存在的问题

借助三维设计技术研究电缆通道的合理规划布置具有很高的应用价值，但由于Revit 软件的特性制约，还存在着部分问题。例如在各个专业协同设计过程中，需要与多种设计软件相互配合，Revit 对其他软件的支持度较差，兼容性不足。另外三维设计建模基础数据量大，需要占用大量电脑内存资源，打开一个模型需要花费较长时间，对硬件设备有一定的要求。

5 结语

采用三维设计技术可以有效提高电缆通道布置的设计精度，避免二维设计的诸多弊端。除了可以清晰直观地表现出电缆层的空间关系，提高设备布置的有效性和质量，还能借助三维软件的协同功能，同步进行各个专业的校验工作，有利于及时发现设计问题。因此，将三维设计技术用于110 kV 变电站电缆层电缆通道规划布置具有很高的应用推广价值。