35 подписчиков

Разработка САПР электрической части станций и подстанций для учебного процесса

2 сентября 20182 сен 2018

593

6 мин

В последнее время различныеCAD-программы буквально заполонили отечественный и зарубежный рынок. Не удивительно, что система автоматизированного проектирования (САПР) не обошла такую обширную отрасль, как энергетика. Основными направлениями, в которые активно внедряют систему автоматизации проектных работ [1], является промышленная электроника (построение схем, программы для формирования печатных плат), электроснабжение (проектирование внутреннего электрического освещения и силового электроснабжения жилых, общественных и производственных сооружений), электротехника (проектирование ОРУ, ЭС, АСУТП, построение принципиальных электрических схем) и т.д.

Сегодня многие программы САПР внедрены в производствоотрасли электроэнергетики, например, известные всем программы:AutoCAD® Electrical, CADElectro®, МОДУС®, КОМПАС-Электрик®, ProjectStudio CS Электрика®, nanoCADЭлектро® и др. Но они являются сложными программными продуктами, требующими для их эксплуатации специалистов высокой квалификации и не малых денежных средств на их приобретение. Говоря об учебном процессе, стоит отметить, что технические ВУЗы не могут уже на сегодняшний день игнорировать острую необходимость в подготовке кадров готовых и умеющих работать в среде системы автоматизированного проектирования. Для формирования специалиста нужно гибкое, не громоздкое ПО при помощи, которого можно пошагово обучать студента.

Исследование путей создания и реализации САПР электрической части станций и подстанций и использование его в учебных целях.

За базовую платформу разработчиками была взята стандартная проектирующая системаAutoCAD®компании Autodesk® так же, как и другими разработчиками (например, «ProjectStudio CS Электрика» – CSoft®; «WinELSO®» – Русская промышленная компания; «MagiCAD Электроснабжение» – Лира сервис; «НТЕ» – Компания ПОИНТ). Также выбор такой платформы обусловлен тем, что графический пакет имеет собственный внутренний алгоритмический язык программирования AutoLisp, а также язык создания диалоговых окон DСL.

Учебная САПР (УСАПР) получила условное название «CAD_Electric_Education». Она включает в себя две подсистемы. Они имеют единое информационное обеспечение в виде библиотеки графических блоков (БГБ) и символьных баз данных (СБД), а также общие фрагменты программного обеспечения. Подсистема проектирования электрических схем первичных соединений включает в себя проектные процедуры для расчета: распределения мощностей в схемах выдачи мощности тепловых (ТЭС) и ветровых электрических станций (ВЭС); токов короткого замыкания (ТКЗ) и выбора основного силового оборудования; пусков и самозапусков двигателей. Вторая подсистема реализует проектную процедуру трассировки кабелей.

Взаимодействие пользователя построено на двух основных компонентах AutoCAD: системе прикладных экранных контекстных меню и экранных диалоговых окнах.Первые из них предназначены для вызова функций, реализующих отдельные проектные процедуры. На рис. 1 приведен пример главного меню проектной процедуры расчета токов КЗ.

© Павлюков, В.А. Разработка САПР электрической части станций и подстанций для учебного процесса / В.А. Павлюков, С.Н. Ткаченко, А.В. Коваленко // Завалишинские чтения'18, ГУАП, г. Санкт-Петербург, 2018/4–145-153 с.

Рис.1. Пример экранного контекстного меню

Общая структура подсистемы проектирования первичных схем и ее файловой системы приведена на рис. 2. Рассматриваемая подсистема «CAD_Electric_Education» включает в себя четыре подсистемы:

KZ &Select – расчета КЗ и выбора основного силового оборудования;

flowdistribution – расчета потокораспределения в схемах выдачи мощности ТЭС и ВЭС;

SZ – оценки самозапуска двигателей при проектировании систем с.н. электростанций;

Kbl_trase – трассировки силовых и контрольных кабелей на высоковольтных подстанциях.

Обязательным элементом САПР является ее информационное обеспечение: SBD на рис. 2 – символьная его составляющая, а Library_GB (дословно «Библиотека графических блоков») представляет собой графическую составляющую. Для каждого элемента электрических схем в графическом редакторе AutoCAD создан его графический образ в виде блока с атрибутами (рис. 3).

Рис.2. Общая структурная схема подсистемы УСАПР

Рис.3. Графические блоки УСАПР

Рассматриваемая учебная САПР предусматривает использование символьной исходной информации, которая может быть помещена в плоские таблицы. Наиболее удобным инструментом для их обработки являются электронные таблицы (ЭТ). Отдельные разделы СБД размещаются на отдельных именованных листах книги ЭТ MC Exсel. СБД имеет открытую структуру, администрируется студентами под руководством преподавателя. Она включает в себя современное силовое оборудование отечественных производителей, а также мировых лидеров в области электротехники, таких компаний как: АВВ®, Siemens®, SchneiderElectric®, GeneralElectric®,AlstomGrid®, Legrand®, Таврида электрик др.

....

Выводы:

В основу учебной САПР, как и в лучших промышленных аналогах, был положен стандартный пакет автоматизацииAutoCAD® компании Autodesk– лидера в области проектирования, дизайна и графики. При разработке САПР были использованы: объектная модель редактора и его внутренние алгоритмические языкипрограммирования AutoLisp и VisualLisp, а также язык создания диалоговых окон DСL.
Информационное обеспечение создано в среде электронной таблицы Microsoft®Excel. В символьной БД накоплена обширная информация об оборудовании ведущих фирм мира. Разработана также библиотека графических блоков основных элементов электрических схем.
Математическое обеспечение УСАПР включает методы решения систем линейных и нелинейных алгебраических уравнений методом квадратных корней, использующего свойство симметричности матриц коэффициентов. Применен вариант метода для работы с разреженными матрицамикоэффициентов, что обуславливает высокое быстродействие расчетных функций.
К достоинствам УСАПР следует отнести использование в качестве выходных документов исходных расчетных схем, формируемых студентами на экране монитора, а также документирование исходных данных элементов схем и результатов расчета стационарных и переходных режимов работы схем.
УСАПР наряду с традиционными ЭС позволяет автоматизировать проектирование схем выдачи мощности современных ВЭС.
Подсистема расчета режима пуска и самозапуска электродвигателей системы собственных нужд ТЭС позволяет выполнять расчеты этих режимов для многоузловых схем, что дает возможность учитывать предвключенную нагрузку резервных трансформаторов, а также анализировать указанные режимы в схемах, содержащихфрагменты различных классов напряжения.
Подсистема САПР трассировки кабелей на открытых распределительных устройствах высоковольтных подстанций в отличие от известных аналогов выполняет её по сформированным пользователем на плане подстанции кабельным трассам в среде редактора AutoCAD. Для определения трассы кабеля минимальной длины применен метод Дейкстры.