CC BY
8
Варганова А. В. Varganova Л. V.
кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий, ФГБОУВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Российская Федерация
i
Панова Е. А. Panova Е. Л.
кандидат технических наук доцент, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий, ФГБОУВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Российская Федерация
Анисимова Н. А. Лnisimova N. Л.
аспирант кафедры электроснабжения промышленных предприятий ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Российская Федерация
УДК 621.31
У
Кушмиль О. Е. Kushmil О. Е.
студент кафедры электроснабжения промышленных предприятий, ФГБОУВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Российская Федерация
Хатюшина Т. В. На(утМпа Т. V
магистрант кафедры электроснабжения промышленных предприятий ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», г. Магнитогорск, Российская Федерация
DOI: 10.17122/1999-5458-2019-15-3-111-117
АЛГОРИТМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА И РАССТАНОВКИ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ В ЦЕПЯХ ОБОРУДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ В САПР «ОРУ CAD»
Современные темпы строительства и реконструкции промышленных, жилых и других объектов увеличивают объемы и скорость проектирования. В связи с этим все чаще проектировщики допускают опечатки, неточности и ошибки при разработке проектной документации на заданный объект. При проектировании электроустановок необходимо знать и раз-
Metrology and information-measuring devices
бираться в значительном объеме нормативно-технической документации, которая имеет свойство меняться. Поэтому разработка автоматизированных систем проектирования объектов электроэнергетики является актуальной задачей, которая позволит сократить число ошибок при проектировании, ускорить темпы разработки проекта и избавить инженера-проектировщика от рутинной работы, освободив время для развития его квалификационных навыков в новых областях. Кроме того, ввод в эксплуатацию новых промышленных и гражданских зданий требует строительства новых подстанций, поэтому в данной работе рассматриваются вопросы разработки системы автоматизированного проектирования распределительных устройств подстанций с высшим напряжением 35-220 кВ. В статье представлена разработка алгоритма автоматизированной расстановки приборов на основных присоединениях распределительных устройств низкого и высокого напряжения. При разработке основное внимание было уделено нормативно-технической документации, требующей обязательную установку приборов в электроустановках. Алгоритмы адаптированы к условиям системы автоматизированного проектирования «ОРУ CAD», позволяющей разрабатывать проектную документацию по электрической части подстанций, включая спецификации и формирование пояснительных записок, отличающуюся возможностью технико-экономической оценки вариантов возможных схем распределительных устройств с учетом фактора надежности. Основные исходные данные для проектирования хранятся в специально разработанной базе данных электрооборудования, содержащей технико-экономические показатели, разработанной в MS SQL Server, позволяющей дополнять новые и изменять данные существующего оборудования и токоведущих частей. Результаты работы выгружаются в графический редактор КОМПАС. На любом этапе проектирования разработчик может вносить коррективы, если это требуется заказчиком и не противоречит нормативным документам.
Работа выполняется при поддержке гранта Президента РФ для молодых ученых-кандидатов наук МК-939.2019.8.
Ключевые слова: контрольно-измерительные приборы, распределительное устройство, присоединение, подстанция, напряжение, элемент, нормативно-техническая документация, САПР, алгоритм, программное обеспечение.
ALGORITHM FOR AUTOMATED SELECTION AND INSTALLATION OF CONTROL AND MEASURING INSTRUMENTS IN CHAINS OF HIGH VOLTAGE DISTRIBUTION DEVICES IN ORU CAD
Modern rates of construction and reconstruction of industrial, residential and other objects increase the design volume and speed. In this regard, more and more often designers make typos, inaccuracies and errors in the development of project documentation for a given object. When designing electrical installations, it is necessary to know and understand a significant amount of regulatory and technical documentation that tends to change. Therefore, the development of automated systems for designing electric power facilities is an urgent task that will reduce the number of design errors, accelerate the pace of project development and relieve the engineer from routine work, freeing up time to develop his qualifications in new areas. In addition, the commissioning of new industrial and civil buildings requires the construction of new substations, so this paper addresses the development of a computer-aided design of switchgear for substations with a higher voltage of 35-220 kV. The paper considers the task of developing an algorithm for automated devices placement at the main connections of low and high voltage switchgears. During the development, the main attention was paid to the regulatory and technical documentation that requires the mandatory devices in electrical installations. The algorithms are adapted to the conditions of computer-aided design of the «open switchgear CAD», which allows developing design documentation for the electrical part of substations, including specifications and the formation of explanatory notes, characterized by the technical and economic evaluation possibility for possible switchgear based on the reliability factor. The main source data for the design is stored in a specially developed electrical equipment database containing technical and economic indicators and developed in MS SQL Server, and allowing to add new and modify data of existing equipment and current-carrying parts. The work results are uploaded to the graphic editor
KOMPAS. At any design stage, the developer can make adjustments if this is required by the customer and does not contradict the regulations. The work is supported by a grant from the President of the Russian Federation for young scientists-candidates of sciences MK-939.201.8.
Key words: instrumentation, switchgear, connection, substation, voltage, element, regulatory and technical documentation, CAD, algorithm, software.
Введение
Внедрение систем автоматизированного проектирования для решения задач в области электроэнергетики получило широкое распространение. В [1] рассматривается САПР для проектирования и расчета освещения. Большая часть работ посвящена проектированию систем электроснабжения [2], выбору и проверке токоведущих частей [3] и аппаратов [4].
Существует большое число программных продуктов, позволяющих осуществлять вышеперечисленные возможности, однако в области проектирования распределительных устройств подстанций отсутствует комплексный подход, позволяющий на основе технического задания осуществить разработку пакета проектной документации с возможностью автоматизированного построения однолинейных схем, планов, компоновки, выбора и проверки электрооборудования, расчета токов короткого замыкания и осуществления технико-экономического сравнения вариантов распределительных устройств с учетом возможного перерыва электроснабжения.
Данная задача является актуальной, и ее решение позволит проектным институтам повысить производительность и качество проектирования подстанций.
Описание алгоритма автоматизированной расстановки контрольно-измерительных приборов В системе автоматизированного проектирования «ОРУ CAD» [5] реализованы алгоритмы построения однолинейных схем [6]. Для доработки данного алгоритма необходимо осуществить разработку автоматизированных выбора и расстановки контрольно-измерительных приборов с возможностью вывода результатов работы в графический редактор КОМПАС.
Перечень контрольно-измерительных приборов определен в соответствии с Правилами устройства электроустановок [7] и для некоторых присоединений приведен в таблице 1.
При разработке алгоритма применен метод декомпозиции общей задачи: алгоритмы расстановки контрольно-измерительных приборов на распределительных устройствах высокого и низкого напряжения разделены с целью ускорения процесса проектирования.
Обобщенный алгоритм расстановки контрольно-измерительных приборов приведен на рисунке 1.
Цепь РУ Перечень приборов Примечания
Линии 35 кВ ВН амперметр, расчетные счетчики активной и реактивной энергии на тупиковых потребительских линиях Если не ведется коммерческий учет по реактивной энергии, расчетные счетчики не устанавливаются.
Линии 110-220 кВ ВН амперметр, ваттметр, варметр, расчетные счетчики активной и реактивной энергии на тупиковых потребительских линиях Для ВЛ с пофазным управлением ставят три амперметра. На ВЛ с двусторонним питанием — ваттметр и варметр с двусторонней шкалой, два счетчика активной энергии со стопорами.
Электродвигатели НН амперметр, счетчики активной и реактивной энергии
Таблица 1. Необходимые контрольно-измерительные приборы
Metrology and information-measuring devices
Рисунок 1. Блок-схема алгоритма расстановки
контрольно-измерительных приборов на присоединения распределительных устройств низкого и высокого напряжения
На рисунке 2 в качестве примера приведен алгоритм расстановки приборов в цепи электродвигателей 6-10 кВ, на рисунке 3 — для линий электропередачи 35 кВ и выше.
Для создания алгоритма была разработана библиотека приборов в KOMPAS в соответствии со следующими нормативными документами:
— ГОСТ Р 56303-2014 «Оперативно-диспетчерское управление. Нормальные схемы электрических соединений объектов электроэнергетики. Общие требования к графическому исполнению»;
— ГОСТ 2.721-74 «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения»;
ТА1
s:
TAN1
í@ г
Ш
Varti
б)
М1
а) блок-схема алгоритма формирования контрольно-измерительной приборный базы в цепях электродвигателей; б) фрагменты однолинейных схем электродвигателей Рисунок 2. Расстановка приборов в цепи электродвигателей
МЕТРОЛОГИЯ и ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
а)
Расстановка приборов в следующих присоединениях
Вывод результатов в
графический редактор КОМРАБ 1 ~ ( Конец ^
->Н1'
/»7
I*-
п: п: а: а
ж
б)
01
№ \п
->Н1'
/ см.
№ /?и1 ->Ч1'
ТА1 * *
ю: а: г ш:
ж
01
й$2 V
г)
/ С.Ш.
->Н|'
. да.
£@0©
/сж в) [
а) блок-схема алгоритма формирования контрольно-измерительной приборный базы в цепях линии 35-220 кВ; б) фрагменты однолинейных схем для присоединения линии 220 кВ; в) фрагменты однолинейных схем для присоединения линии 110 кВ; г) фрагменты однолинейных схем для присоединения линии 35 кВ Рисунок 3. Расстановка приборов в цепи линии электропередачи 35-220 кВ
— ГОСТ 2.722-68 «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Машины электрические»;
— ГОСТ 2.723-68 «ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, автотрансформаторы и магнитные усилители».
Разработанная библиотека присоединена к базе данных электрооборудования [8, 9], содержащей технико-экономические показатели, графическое отображение, вспомогательные библиотеки для проектирования распределительных устройств подстанций.
Metrology and information-measuring devices
Выводы
Разработанный подход адаптирован к условиям САПР «ОРУ CAD» и позволяет на основании данных о присоединении (номинальное напряжение и тип присоединения) осуществить расстановку контрольно-изме-
Список литературы
1. Ковалев А.А., Головин А.А. Применение САПР для расчета освещенности // Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации». 2014. № 6-1 (38). URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/06/36002 (дата обращения: 23.08.2019).
2. Бершадский И.А., Ковалев А.П., Згарбул А.В. Разработка САПР для проектирования электроснабжения цеха на напряжении 0,4 кВ // Электро. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность. 2015. № 4. С. 47-52
3. Елисеев Д.С. Алгоритмы САПР для выбора проводов и кабелей. Волгоград: Волгоградский государственный аграрный университет, 2012. 184 с.
4. Шоглев Д.Г. Оценка эффективности и сокращения временных затрат при использовании САПР Eplan на всех этапах создания шкафов РЗА // Диагностика энергооборудования: матер. XXXVIII сессии Всеросс. науч. семинара. Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2016. С. 210-213.
5. А.с. 2018660517 Российская Федерация. ОРУ CAD / Варганова А.В., Панова Е.А., Хатюшина Т.В., Кононенко В.С., Багаева Х.М.; заявитель ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». № 2018618175; заявл. 30.07.2018; опубл. 23.08.2018.
6. Панова Е.А., Варганова А.В. Алгоритм автоматизированного выбора схем электрических соединений открытых распределительных устройств напряжением 35-750 кВ в САПР «ОРУ CAD» // Вестник ЮжноУральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2018. Т. 18. № 3. С. 52-60. DOI: 10.14529/power180307.
7. Правила устройства электроустановок: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. 9-й выпуск. Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2010. 464 с.
рительных приборов в соответствии с действующими нормативными документами, исключая ошибки в результате действий проектировщика. Разработанный программный продукт предназначен для электротехнических отделов проектных институтов.
8. А.с. 2018621358 РФ. Электрооборудование распределительных устройств 35-220 кВ к САПР «ОРУ CAD» / Варганова А.В., Панова Е.А., Хатюшина Т.В., Кононенко В.С., Багаева Х.М., Ирихов А.С. № 2018621358; заявл. 30.07.2018; опубл. 23.08.2018.
9. Варганова А.В., Панова Е.А., Хатюшина Т.В., Кононенко В.С., Багаева Х.М. Разработка базы данных электрооборудования 35-220 кВ для САПР «ОРУ CAD» // Электротехнические системы и комплексы. 2018. № 2 (39). С. 28-33. DOI: 10.18503/2311-8318-2018-2(39)-28-33.
References
1. Kovalev A.A., Golovin A.A. Primenenie SAPR dlya rascheta osveshchennosti [Application for CAD Lighting Calculations]. Elektronnyi nauchno-prakticheskii zhurnal «Sovremennye nauchnye issledovaniya i innovatsii» — Electronic Scientific & Practical Journal «Modern Scientific Researches and Innovations», 2014, No. 6-1 (38). Available at: http://web.snauka.ru/issues/2014/06/36002 (accessed 23.08.2019). [in Russian].
2. Bershadskii I.A., Kovalev A.P., Zgarbul A.V. Razrabotka SAPR dlya proektirovaniya elektrosnabzheniya tsekha na napryazhenii 0,4 kV [Development of CAD for Design of Power Supply of Shop on Voltage of 0,4 kV]. Elektro. Elektrotekhnika, elektroenergetika, elektro-tekhnicheskaya promyshlennost' — Electro. Electrical Engineering, Electric Power Industry, Electrical Industry, 2015, No. 4, pp. 47-52 [in Russian].
3. Eliseev D.S. Algoritmy SAPR dlya vyboraprovodov i kabelei [CAD Algorithms for Wire and Cable Selection]. Volgograd, Volgogradskii gosudarstvennyi agrarnyi universitet Publ., 2012. 184 p. [in Russian].
4. Shoglev D.G. Otsenka effektivnosti i sokrashcheniya vremennykh zatrat pri ispol'zovanii SAPR Eplan na vsekh etapakh
sozdaniya shkafov RZA [Evaluation of Efficiency and Reduction of Time Costs when Using EPLAN CAD at all Stages of RZA Cabinets Creation]. Materialy ^^III sessii Vserossiiskogo nauchnogo seminara «Diag-nostika energooborudovaniya» [Materials of XXXVIII Session of all-Russian Scientific Seminar «Diagnostics of Power Equipment»]. Novocherkassk, YuRGPU (NPI) Publ., 2016, pp. 210-213. [in Russian].
5. Varganova A.V., Panova E.A., Kha-tyushina T.V., Kononenko V.S., Bagaeva Kh.M. ORU CAD. A.s. No. 2018660517 Russian Federation, 2018.
6. Panova E.A., Varganova A.V. Algoritm avtomatizirovannogo vybora skhem elektri-cheskikh soedinenii otkrytykh raspredelitel'nykh ustroistv napryazheniem 35-750 kV v SAPR «ORU CAD» [Oru-Cad Algorithm for Computer-Aided SLD Selection For 35-To 220-Kv Outdoor Switchgears]. Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Energetika — Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering,
2018, Vol. 18, No. 3, pp. 52-60. DOI: 10.14529/ power180307. [in Russian].
7. Pravila ustroistva elektroustanovok: Vse deistvuyushchie razdely PUE-6 i PUE-7. 9-i vypusk [Regulations for Electrical Installation: All Applicable Sections of EIC-6 and EIC-7. 9th Edition]. Novosibirsk, Sibirskoe universitetskoe izdatel'stvo Publ., 2010. 464 p. [in Russian].
8. Varganova A.V., Panova Ye.A., Khatyushina T.V., Kononenko V.S., Bagayeva KH.M., Irikhov A.S. Elektrooborudovaniye raspredelitel'nykh ustroystv 35-220 kV k SAPR «ORU CAD» [Electrical Equipment of Switchgears 35-220 kV to CAD «ORU CAD»]. A.s. No. 2018621358, 2018.
9. Varganova A.V., Panova E.A., Khatyushina T.V., Kononenko V.S., Bagaeva Kh.M. Razrabotka bazy dannykh elektrooborudovaniya 35-220 kV dlya SAPR «ORU CAD» [Development of Electrical Equipment Database of 35-220 kV for «ORU CAD»]. Elektro-tekhnicheskie sistemy i kompleksy — Electro-technical Systems and Complexes, 2018, No. 2 (39), pp. 28-33. DOI: 10.18503/2311-8318-2018-2(39)-28-33 [in Russian].
