基于VBA及AutoLisp混合编程数字化生成电力系统图的研究

孙家南, 韩克军

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092]

0 引 言

随着时代不断的变化,伴随数字化技术的蓬勃发展,越来越多的工作被计算机所代替。同时建筑电气的设计也迎来了新的挑战,由以前每栋建筑单一的功能逐渐变为现在的各种综合体,设计时间也因为工程的不确定、各专业提资较慢等原因不断地被压缩。在实际使用过程中,设计师有大量的重复工作,完成从低压配电系统图到竖向干线图、电力系统图的绘制。在重复的过程中,很容易出现各种错漏碰缺,因此,需要一些程序设计,快速完成重复的工作,这不仅可以减少绘图时间,也能帮助设计师减少图纸内的错漏碰缺。

1 具体方法

VBA是一种提供了面向对象的程序设计方法,具有一套完整的程序设计语言。VBA需要依赖一个主程序,不能独立运行,因此它能更简单高效地与AutoCAD运行程序间通信,完成程序,且可与AutoCAD完全共享内存空间,运行速度较其他应用程序要快很多。AutoCAD并不能通过命令直接运行VBA程序,需要通过AutoLisp运行宏程序,帮助设计师完成图纸绘制[1-2]。

该方法结合了Excel与CAD内VBA程序,使用AutoLisp进行混合编程,在使用过程中,通过CAD命令及Excel内按钮,实现从竖向干线系统图至变电所低压配电系统图、电力系统图的进线部分数字化生成。流程示意图如图1所示。具体步骤如下。

图1 流程示意图

(1) 在CAD内,根据项目实际情况,完成竖向干线系统图的绘制。

(2) 使用CAD命令,框选竖向干线图部分,导出竖向干线图内容,包括配电箱编号、配电箱名称、配电箱功率等信息。

(3) 在Excel内,点击“导入数据”按钮,导入并整理从竖向干线图导出的数据至计算页面。

(4) 将整理好的干线数据分配至不同变压器,Excel内预设了“非消防分配”“消防分配”,可通过程序对用电负荷进行简单分配,再由设计人员将分配不合理的地方进行调整。

(5) 点击“生成计算书”按钮,程序可通过当前设定的条件,计算馈线回路编号并生成计算书。

(6) 使用同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司自行编制的绘图软件,通过计算书生成低压配电系统图。

(7) 使用CAD命令,将Excel内生成的馈线回路编号、整定开关大小及电缆规格导入竖向干线系统图,完成竖向干线系统图的绘制。

(8) 使用CAD命令,框选竖向干线系统图,通过程序生成相对应的配电箱系统图。

(9) 对于无变电所单体,可以通过单体竖向干线系统图生成低压配电柜系统图。

2 应用实例

以某工程实验楼为例,项目位于海南省,建筑总面积26 955.00 m2,建筑功能主要为专业共享的报告厅、公共智慧教室、行政与专业办公用房,信息与计算科学专业的实验用房等专业教学空间。

在CAD模型空间内进行竖向干线系统图的绘制,绘制完成后,使用VBA程序,对CAD与Excel进行交互,将竖向干线系统图内绘制的箱名、功率、箱体编号数据传输至Excel。导出竖向干线内数据至Excel如图2所示。

图2 导出竖向干线内数据至Excel

使用VBA程序将Excel内的数据根据配电箱名、照明类负荷、动力类负荷进行自动分类整理,并可以区分放射式及树干式配电方式,将同一树干的配电箱功率相加,得到总功率,同时根据箱名命名对消防负荷、非消防负荷进行区分。例如,检测到箱名中包含应急、消防、排烟等关键词时,将标记该回路为消防负荷。

将整理完成的数据存放至另一个工作表,对于需要系数及功率因数而言,程序可根据不同类型的用电负荷输出默认值。例如:照明类配电箱功率因数可设为0.85,需要系数设为0.8;空调动力类功率因数设为0.8,需要系数设为1[3];充电桩功率因数设为0.9[4]。需要系数按照19DX101-1《建筑电气常用数据》进行选择。设计人员也可根据实际情况调整每个回路的需要系数及功率因数。

使用VBA程序对非消防负荷、消防负荷进行不同变压器的功率分配,程序可根据不同出线回路的功率将负荷自动平均分配至TA、TB。干线数据如图3所示。

图3 干线数据

Excel表格内,通过预设公式及设计人员调整功率因数、同时系数,求出每个出线回路的整定电流、导线截面及低压馈电抽屉柜高,此时Excel表格每一行包含配电箱名、功率、同时系数、功率因数、计算电流、整定电流、配电干线导线截面、配电箱编号、所属变压器、低压馈电抽屉柜高、常备用等信息,表格内还包含消防电缆、非消防电缆的型号、不同变压器的编号规则、电容补充形式、电容补偿柜数量、变压器之间是否有联络、联络柜设在TA或TB、是否设置有源滤波装置及数量、TA变压器排布数量、是否有柴发等信息,这些数据可作为后续生成变压器配电系统图的依据。Excel内模块示意如图4所示。

图4 Excel内模块示意

将整理后的数据通过程序生成出图所需要的计算书,点击“生成计算书”按钮,可实现如下功能。

(1) 通过对变压器的设置,判断电容补偿柜数量,变压器之间是否有联络,是否设置有源滤波器柜等信息,计算出线回路编号。(2)生成过程中,按照预设条件,为每个低压馈电柜适当增加备用回路。

(2) 对CAD及Excel进行数据交互,将生成的出线回路编号、整定开关及电缆规格反馈给竖向干线系统图,完善竖向干线系统图,导入至CAD内的竖向干线系统图。

(3) 在Excel内,整理第2步传入表格的数据,使每个配电箱与出线回路编号对应。

(4) 在CAD内,通过程序读取Excel内整理完成的数据,生成每个配电箱系统图的进线部分,程序可判断不同类型的用电负荷,完成电力系统图的进线部分所需要的模块,如:消防电源监控、电气火灾监控、电表、消防切非等。在CAD内,按照竖向干线系统图相应位置,根据竖向干线示意图生成对应配电箱系统图[5]。

无变电所单体可利用竖向干线系统图生成低压柜配电系统图。(1) 在CAD模型空间内进行竖向干线系统图的绘制,导出至Excel,计算每个配出回路的电缆及开关,导入数据至CAD模型空间内竖向干线系统图。(2) 框选竖向干线系统图,生成低压配电柜系统图。

3 电缆选择

在Excel内,根据整定电流计算电缆界面时,按照规范,设计时需考虑不同地区的环境空气温度系数、热阻系数、地下温度,从而选择出合理的电缆截面。依据GB/T 16895.6—2014《低压电气装置第5-52部分:电气设备的选择和安装布线系统》内附录B,将部分数据选择录入Excel,并进行公式编辑,分为以下两种情况[6-8]。

(1) 当选择封闭桥架(B2)或敞开托盘(C)敷设时,电缆载流量计算如下:

I=I0K1K2

(1)

式中:I0——导体温度90 ℃,环境温度30 ℃时的电缆载流量;

K1——环境空气温度不同于 30 ℃时的校正系数;

K2——回路或多根电缆成束敷设的降低系数。

(2) 当选择穿管埋地敷设或直埋时,电缆载流量计算如下:

I=I0K1K2K3

(2)

式中:K3——土壤热阻系数不同于2.5 (K·m)/W时用于直埋或埋地管槽中电缆的载流量校正系数。

通过对项目的区域及实际情况电缆根数进行统计后,设定好相应参数,即可利用表格内公式合理地选择出导线截面。

4 结 语

该方法可实现简单配电系统图的生成,在此基础上,程序可以将更多的参数传输至Excel内,根据不同的使用场景,在满足规范的前提下,对电缆进行全寿命周期测算,选择合理的电缆规格,从而使设备能够更加节能、经济地运行。还可以对电压降、单相接地故障等进行校验,使设计出来的配电系统更加安全可靠。