Проектирование распределительной сети предполагает решение ряда взаимосвязанных задач, которые в случае сложных промышленных объектов могут решаться разными группами специалистов. Проектирование системы электроснабжения состоит из следующих этапов.
Кроме того, выполняется выбор основного оборудования по номинальным токам, по стойкости токам КЗ, по потерям напряжения. Таким образом, решается комплекс вопросов функционального аспекта сети, а также предварительного размещения распределительных устройств в пространстве зданий и сооружений.
Вышеописанная последовательность может быть представлена блок-схемой, изображенной на рис. 1.
Компания CSoft поставляет программное обеспечение, позволяющее реализовать всю технологическую цепочку проектирования электрической части для промышленных объектов, в том числе для таких специфических, как системы собственных нужд тепловых и атомных электростанций.
Предполагается, что технологическая схема формируется с использованием специального программного обеспечения (PLANT-4D P&ID, PDS 2D, SmartPlant P&ID и др.). Перечень электрифицированного оборудования подается в электронном виде в качестве задания на проектирование электрической части, КИП и АСУ.
Для выполнения разработки конфигурации распределительной сети и выполнения комплексных расчетов может использоваться EnergyCS Электрика (рис. 2) — значительно усовершенствованный вариант поставлявшейся ранее программы ElectriCA.
Программа позволяет решать следующие задачи:
Весь комплекс расчетов выполняется на единой компьютерной модели и позволяет рассматривать множество схемно-режимных состояний. Для внесения в схему модификаций достаточно простым нажатием клавиши мыши изменить состояние коммутационных аппаратов.
Программу можно использовать и как самостоятельный продукт для выполнения комплексных расчетов, и как компоненту системы автоматизированного проектирования. В первом случае все данные вводятся вручную с использованием графического и табличного редакторов. Во втором формальный ввод информации о перечне потребителей электрической энергии осуществляется из САПР технологического процесса.
Перечень потребителей электрической энергии может быть представлен в табличной форме (рис. 3).
Объем информации в перечне потребителей должен быть достаточен для проектирования электроснабжения объекта и подключения его к АСУ. Как правило, здесь отображаются следующие сведения:
Часть этих параметров необходима для выполнения расчета, а часть предназначена для передачи на следующий этап проектирования (например, для выбора блоков управления и решения конструкторского аспекта проектирования распределительных устройств).
При вводе все электроприемники делятся на группы по принципу одинаковости и возможности взаимного резервирования. Так, если для обеспечения нормального технологического процесса необходимы три насоса, а по условиям обеспечения требуемого уровня надежности и резервирования принято решение об установке пяти, то все эти пять насосов образуют одну группу. В таблице групп содержатся все основные параметры потребителей электрической энергии, а в таблице электроприемников — только индивидуальные параметры каждого насоса (например, уникальное обозначение, пространственные координаты (X, Y, Z) и др.).
В начале проектирования сети проектировщику необходимо распределить электроприемники по источникам питания, а однофазные — еще и по фазам. В первом случае должна быть учтена необходимость питания взаиморезервирующих технологических устройств от двух разных независимых источников питания. Под источником питания в программе понимается энергосистема: вышестоящая сеть, автономный генератор, аккумуляторная батарея. Связь с системой, как правило, осуществляется через понижающие трансформаторы. При распределении нагрузок должна быть обеспечена равномерная загрузка трансформаторов. От автономных генераторов и аккумуляторных батарей питаются наиболее значимые электроприемники, требующие гарантированного питания.
Результаты оценки расчетных нагрузок (рис. 4) позволяют сразу оценить загруженность потребителя, а также необходимую мощность понижающего трансформатора и автономных источников энергии.
Однофазные электроприемники при распределении по фазам необходимо обеспечить равномерной загрузкой, определенной в результате расчета режимов.
Задача проектировщика на этапе функционального проектирования схемы электроснабжения состоит в разработке конфигурации сети и выбора оборудования, способного обеспечить заданные функциональные характеристики:
Выполнение перечисленных условий часто осложнено тем, что они могут противоречить друг другу. Как показывает практика, при проектировании без подобных программ, как правило, весь комплекс требований не выполняется: или допускается неселективность в отдельных частях схемы, или оборудование где-то оказывается нестойким при отказах защит
Такие «огрехи проектирования» часто выявляются и исправляются в процессе пуско-наладочных работ, но могут остаться незамеченными со всеми вытекающими последствиями.
В EnergyCS Электрика ввод конфигурации схемы выполняется с использованием встроенного графического редактора. При этом в любой момент возможен расчет режима уже введенной части схемы и уточнение ее параметров.
Единая модель схемы электроснабжения может быть представлена на многих листах. Предусмотрена возможность отображать как схему в целом, так схемы отдельных сборок. Например, на рис. 5 приведена общая схема верхнего уровня, воспроизводящая электроснабжение насосной станции. Детальное описание сборок перенесено на последующие листы. На рис. 6 и 7 приведены подсхемы 2 и 3, размещенные на разных листах. Такое представление упрощает визуальный анализ результатов расчетов и документирование. Кроме того, программа, конечно, позволяет изображать всю схему и на одном листе (максимальный допустимый размер — 10×10 м), но это неудобно.
Выполнение расчетов осуществляется заданием соответствующей команды главного или контекстного меню либо нажатием кнопки «!» панели инструментов. В программе всегда выполняется комплексный расчет. В любой момент доступна вся совокупность режимных параметров каждого элемента сети, на основе которых осуществляется выбор или проверяется пригодность для выполнения той или иной функции. Расчетчик только управляет видимостью параметров на схеме и в таблицах.
Контроль параметров, вышедших за допустимые пределы, выполняется при каждом комплексном расчете. Результаты проверки могут быть выведены на схему в виде специальных строк кодов. Например, левый кабель, изображенный на рис. 7, не соответствует предъявляемым требованиям к допустимому току и термической стойкости. Об этом свидетельствует строка «Iдоп!Tт!», появившаяся на схеме. Расшифровку кодов, которые выводятся на все проблемные элементы, можно получить в отдельном окне, как показано на рисунке. Одновременно возможно и цветное представление схемы: элементы, режимные значения которых не вписываются в допустимые пределы, окрашены в красный цвет, а отвечающие заданным параметрам — в черный.
В числе прочих сообщений о нарушенных условиях выводится и сообщение о невыполненных условиях селективности.
Обеспечить селективность помогает график зависимости времени от тока (карта селективности), где выводится следующая информация.
Программа не автоматизирует процесс согласования защит, а лишь информирует о согласованности или несогласованности уставок. Подбор уставок производится расчетчиком за конечное число операций. В программе предусмотрен режим «авторасчет», позволяющий мгновенно оценить влияние любой настройки на режимные параметры.
Часто для получения приемлемого решения приходится изменять изначально выбранную конфигурацию сети. Использование компьютерной модели позволяет произвести такое изменение с минимальными затратами: время тратится в основном на обдумывание и принятие решений.
Результаты вычислений могут быть представлены и в графическом виде, и в виде текстовых табличных документов. Возможен непосредственный вывод графического изображения на принтер или плоттер. Если принтер имеет ограниченный формат (A4 или A3), то изображение может быть разбито на заданное число листов и склеено после распечатки. При этом возможно его масштабирование как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.
Однако окончательные документы целесообразно формировать с использованием AutoCAD или MS Word. Специальный инструмент позволяет непосредственно из программы или с помощью файла формата DXF передать изображение в AutoCAD (в настоящее время такую передачу можно осуществить только для AutoCAD 2004−2005). Формат DXF поддерживается любой версией Windows. При любом способе передачи информация о цвете транслируется в слои, что позволяет после несложной настройки получить цветное изображение чертежа AutoCAD.
В MS Word изображение схемы может быть перенесено посредством системного буфера обмена. При этом благодаря внутреннему формату WMF (windows metafile) переданное в MS Word изображение остается векторным и масштабируемым. По качеству и цвету оно сохраняет строгое соответствие исходному в программе и к тому же занимает небольшой объем памяти. Если схема вписывается в формат до A3, а принтеры поддерживают такой формат — это лучшее решение для организации.
Результаты в табличной форме могут быть непосредственно выведены на принтер. Однако для оформления итоговой документации на основе расчетов целесообразно воспользоваться внешней программой — например, MS Word с применением заранее заготовленных шаблонов. На рис. 9 приведен пример кабельного журнала, автоматически полученного таким способом.
Таким образом, программа EnergyCS Электрика позволяет сформировать конфигурацию сети и выбрать необходимый состав оборудования. Однако это лишь часть проектной задачи. Не решены вопросы конструктивного исполнения. Выбраны абстрактные автоматические выключатели, но не рассмотрен способ их монтажа, не определена формула заказа. Обычно используется комплектное оборудование, а автоматические выключатели с их расцепителями — это компоненты шкафов или блоков управления.
Выполнение конструктивной части проекта электроснабжения обеспечивает ElectriCS ADT. Если установлен тип распределительного устройства, то на основе информации о конфигурации сети, полученной из программы EnergyCS Электрика, эта система позволит:
Передача информации о конфигурации сети осуществляется посредством специальной таблицы программы EnergyCS Электрика, приведенной на рис. 10.
Эта таблица наряду со специфической структурной информацией (колонки 1−6) содержит сведения обо всех результатах полного комплексного расчета. Таблица передается в ElectriCS ADT через файл обмена формата CSV или XML (в дальнейшем планируется обеспечить возможность передачи через межпрограммный интерфейс).
На рис. 11 приведены окно выбора распределительных устройств, выделенных в ElectriCS ADT на основе анализа топологии модели, а также перечень присоединений до интеллектуальной обработки данных.
На рис. 13 показаны результаты замены автоматических выключателей блоками КРУЗА и автоматического нанесения проектных позиций. Для документирования остается выделить присоединения распределительного устройства и дать команду для их автоматического нанесения на заранее разработанную подоснову чертежа.
Результат автоматизированного формирования итогового чертежа в AutoCAD приведен на рис. 14.
Раскладка кабелей по трассам зданий и сооружений производится на заключительном этапе проектирования электроснабжения. Для ее выполнения необходимы: описание трасс, полученное из трехмерной модели, перечень конечных точек-потребителей и перечень собственно кабелей для раскладки. Как правило, на таких объектах, как тепловые или атомные станции, за одну операцию раскладываются по трассам не только силовые кабели, но и кабели АСУ ТП, связи, сигнализации
Описания кабельных трасс могут быть представлены в табличном виде или получены непосредственно из трехмерной модели компоновки объекта, подготовленной в системах PLANT-4D, PDS 3D, Smart Plant 3D и др. Результатом кабельной раскладки является кабельный журнал с описанием трасс (рис. 15). На рис. 16 показан выходной документ, автоматически сформированный на основе модели.
В результате кабельной раскладки неизбежно увеличение длин кабелей (иногда в три раза!). Это может привести к повышению потерь напряжения и нарушению чувствительности некоторых защит. Поэтому после раскладки кабелей необходимо проведение повторного расчета. Поскольку программы работают с компьютерной моделью, то выполнение проверочных расчетов не составляет труда. Результаты таких расчетов, естественно, могут привести к изменению отдельных принятых проектных решений.
В этой статье мы привели пример взаимодействия различных программ для получения проектных решений, оформленных в виде проектной документации по силовой электрической части сложных промышленных объектов. При описании последовательности выполнения проектных процедур всегда предполагается наличие проектирующих систем для других частей проекта, взаимодействующих с системой проектирования электрической части. Речь идет не столько о конкретных программах, сколько о возможности их использования в составе системы проектирования. Применение упомянутых в статье программных средств ведет к существенным сокращениям трудозатрат при выполнении электротехнического проектирования и повышению качества полученных решений.
