一种变电站电缆敷设路径自动化设计方法

技术领域

本发明属于电缆设计技术领域，具体涉及一种变电站电缆敷设路径自动化设计方法。

背景技术

变电站设计包括土建部分设计和电气部分设计，其中电缆敷设设计是电气部分设计的组成部分。变电站设备与设备之间通过电缆连接，而电缆是根据设计的敷设路径和电缆清册进行敷设施工。电缆敷设路径的详细规划，能够有效控制电缆通道的合理分配，避免电缆通道超容，提高通道使用率低，保证电缆通道填充率合理。

变电站的电缆敷设路径通常采用人工设计方案，设计人员根据电缆清册在CAD图纸上绘制电缆敷设的路径，并量出每根电缆的长度。目前，为提高电缆敷设的精确度和效率，关于电缆敷设的自动化方案也获得了较大的关注。

申请号为CN202310047884.5的专利“一种自动巡航的电缆断面审批方法”公开了以电子地图为背景，在电子地图上绘制线缆线路图，在线缆线路图中创建标识点并录入标识点基础信息，通过录入点获取电缆的若干敷设路径；申请号为CN201910433214.0的专利“一种多维度约束风电场集电线路自动规划方法”公开了结合风电厂特性，将大规模多数量的风电场集电线路规划问题，进行分区域，分层次各个击破，解决了集电线路规划的高强度、非线性、高时间复杂度的问题，使得风电场的规划可以可观、渐变的进行，并在多维度约束下进行自寻优，减少人为因素对规划结果的影响；申请号为CN202010304849.3的专利“船舶电缆路径节点的拓扑网络的自动生成方法”公开了采用遍历的方法，将船舶所有的桥架都构建成虚拟节点，最终构建设备拓扑网络；上述方案都利用了自动化的电缆敷设方案，但是现有技术中缺少关于变电站上千条电缆的自动化设计方案，变电站电缆工作量巨大，需要能够保持效率的自动化电缆敷设方案，来解决变电站的电缆敷设路径涉及的整体效率。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种变电站电缆敷设路径自动化设计方法，基于电缆数字化设计技术获取数字化电缆清册，并结合Dijkstra技术，采用多层区域分布式计算和整体融合的方法，实现全站电缆敷设路径全自动化设计。

本发明的技术方案如下：

一种变电站电缆敷设路径自动化设计方法，包括如下步骤，

通过三维数字化全站的电缆接入设备，对每一个需要接入电缆的设备进行特殊建模，建模时插入识别码；

将接入电缆的设备进行分区组合，将设备按照楼-楼层-房间为区域进行组合；

设置电缆的起始节点、电缆终点以及电缆路径上的所有转折点，将分区后的每一房间以及全变电站的所有节点进行标注，并选择用于计算最短路径的节点；

电缆路径设计基于已设定好的节点，采用Dijkstra方法设计电缆路径。

进一步的，所述电缆设备进行分区组合的具体方法如下：

S11、确定两个设备所述的两个楼之间的电缆通道和最短路径L1；

S12、若设备与对应楼对外接口不属于一个楼层，则计算得出设备所在楼层与楼对外接口楼层之间的电缆通道和最短路径L2；

S13、将设备所在的房间试做一个整体，计算得出设备所在房间与楼层对外接口之间的电缆通道和最短路径L3；

S14、最后细化到该设备，计算得出该设备与房间对外接口之间的电缆通道和最短路径L4；

S15、两个设备之间的最短路径为L＝L1+L2+L3+L4。

进一步的，所述节点标注过程中，电缆起始设备与电缆沟最近节点标注为p，电缆沟转折节点标注为q，同层房间对外接口节点标注为s，楼层对外接口节点标注为d，房间至楼对外接口节点标注为w，且将每个房间p、q、s、d、w节点均单独编号；

同一栋楼的同层所有房间之间的同层房间对外接口节点s由s1开始编号不重复；

同一栋楼不同楼层之间的楼层对外接口节点d由d1开始编号不重复；全站所有的房间至楼对外接口节点w由w1开始编号不重复；

户外若未分区，则所有户外的p、q节点参考房间独立编号，由p1和q1开始；

户外若面积较大进行分区时，不同分区试做一个房间，不同分区之间参考同层不同房间规则设置节点；

某一根电缆路径计算时，只有唯一的电缆起始节点a和电缆终止节点z。

进一步的，所述Dijkstra方法设计电缆路径的具体步骤如下：

S21、判断电缆的起始和终止设备是否在同一房间、同一楼层、同一栋楼，根据判断结果确定同层房间对外接口节点s、楼层对外接口节点d、房间至楼对外接口节点w是否隐藏；

S22、无论电缆的起始和终止设备是否在同一房间，计算电缆路径均以房间为基本单位，分区域计算出路径长度L，并将所有路径长度相加后得出最终长度；

S23、若电缆的起始和终止设备在同一房间，仅留存起始设备和终止设备对应的电缆起始设备与电缆沟最近节点p，其余p节点均隐藏；

S24、若电缆的起始和终止设备在同一楼、同层的不同房间，则将所有房间的同层房间对外接口节点排列分析，得出任意两个房间之间的相关连接节点以及相关连接节点最短路径后，开展不同房间的最短路径设计；

S25、若电缆的起始和终止设备在同一楼的不同楼层，首先要将不同的楼层转换为同一楼层，然后可参考按S23和S24中的步骤计算电缆最短距离和最短路径，开展不同楼层房间的最短路径设计；

S26、若电缆的起始和终止设备在不同楼，分别计算起始设备至房间至楼对外接口节点的最短路径，其中起始设备至房间的最短路径为L

若终止设备在楼内，则计算计算起始设备楼楼对外接口节点至终止设备的最短路径为L

若终止设备在户外，则计算起始设备楼楼对外接口节点至终止设备的最短路径L

选取L

进一步的，所述步骤S24中任意两个房间之间的相关连接节点的判断方法为，两个房间可通过该节点直接连接而不需要经过各自房间的其它节点；任意两个房间之间的相关连接节点最短路径包括房间相邻以房间非相邻两种状况的最短路径。

进一步的，所述步骤S24中得出任意两个房间之间的相关连接节点最短路径，开展不同楼层房间的最短路径设计的步骤如下：

分别计算起始设备至所在房间的相关连接节点的最短路径，其中起始设备最短路径为L

按照步骤S24计算起始设备房间与终止设备房间的相关连接节点最短路径L

电缆的长度为L

选取L

进一步的，所述步骤S25中将不同的楼层转换为同一楼层包括起始设备和终止设备所在楼层相邻、起始设备和终止设备所在楼层不相邻以及起始设备和终止设备所在楼层不相邻且无电缆通道三种情形；

起始设备和终止设备所在楼层相邻时，将起始设备和终止设备所在楼层之间的楼层对外接口节点与节点之间视作一根埋管，则可以将不同楼层转换为同一层的不同房间进行分析；

起始设备和终止设备所在楼层不相邻时，通过埋管将两个楼层转换为同一楼层；

起始设备和终止设备所在楼层不相邻且无电缆通道时，将所有楼层均转换为同一楼层，并将不同楼层之间楼层对外接口节点与节点之间视作一根埋管。

进一步的，所述步骤S25完成不同的楼层转换后，开展不同楼层房间的最短路径设计步骤如下：

分别计算起始设备至最近的楼层对外接口节点的最短路径，其中起始设备最短路径为L

若电缆的起始设备和终止设备在相邻楼层，则计算终止设备至起始设备最近的楼层对外接口节点的最短路径L

若电缆的起始设备和终止设备在不在相邻楼层，则计算终止设备至起始设备相近楼层的最近楼层对外接口节点的最短路径为L

该电缆的长度为L

相较于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供一种变电站电缆敷设路径的自动化设计方法，是针对变电站的电缆敷设进行自动化设计，基于电缆数字化设计技术获取数字化电缆清册，采用多层分区与Dijkstra方法结合，解决了分区后如何设置节点，最终实现使用Dijkstra方法计算电缆的最短路径，进而实现了电缆敷设路径的自动化设计，相较于现有技术的手动规划和测量，能够大幅度提高设计效率。

附图说明

图1为实施例1中以房间内屏柜为起始节点和终止节点的示意图；

图2为实施例1中同楼层不同房间对外接口节点示意图；

图3为实施例1中不同楼层房间对外接口节点转换示意图；

图4为实施例2中原始房间示意图；

图5为实施例2中原始房间转换成节点后的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和较佳实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1

要实现变电站内的电缆敷设路径的自动化设计，应能识别电缆清册中的电缆起始位置和电缆终止位置，才能确定电缆敷设的最路径，本实施中提供一种变电站电缆敷设路径自动化设计方法，包括如下步骤，

(1)通过三维数字化全站的电缆接入设备，对每一个需要接入电缆的设备进行特殊建模，建模时插入识别码，识别码以中文标示，并与电缆清册上的名称完全对应，例如“220kv线路保护柜1”、“主变本体智能控制柜”等。

(2)电缆敷设分区设计：将接入电缆的设备进行分区组合，将设备按照楼-楼层-房间为区域进行组合；变电站的电缆通道的特点是：每个房间内的设备通过房间内的电缆沟、桥架等电缆通道彼此连接，房间与房间之间则有连接的电缆通道接口(本实施例中称为房间对外接口)，楼上和楼下之间则通过电缆竖井、电缆槽盒等连接(本实施例中称为楼层对外接口)，不同楼之间以及户外设备则是通过户外电缆沟连接，大楼与户外电缆沟连接的地方(本实施例中称为楼对外接口)；

将变电站按照楼-楼层-房间为区域进行组合，不同楼之间的两个设备连接时，具体方法如下：

S11、确定两个设备所述的两个楼之间的电缆通道和最短路径L1；

S12、若设备与对应楼对外接口不属于一个楼层，则计算得出设备所在楼层与楼对外接口楼层之间的电缆通道和最短路径L2；

S13、将设备所在的房间试做一个整体，计算得出设备所在房间与楼层对外接口之间的电缆通道和最短路径L3；

S14、最后细化到该设备，计算得出该设备与房间对外接口之间的电缆通道和最短路径L4；

S15、两个设备之间的最短路径为L＝L1+L2+L3+L4；

通过该分区方法，可以大幅减少电缆路径计算的工作量，可以快速获取全站所有设备之间的电缆敷设路径。

(3)设置电缆的起始节点、电缆终点以及电缆路径上的所有转折点，将分区后的每一房间以及全变电站的所有节点进行标注，并选择用于计算最短路径的节点；

所述节点标注过程中，电缆起始设备与电缆沟最近节点标注为p，电缆沟转折节点标注为q，同层房间对外接口节点标注为s，楼层对外接口节点标注为d，房间至楼对外接口节点标注为w，且将每个房间p、q、s、d、w节点均单独编号，具体的节点分类符号如下：

在进行节点设计时遵守以下要求：

每个房间的p、q、s、d、w节点单独编号，如图1所示，房间1的电缆沟转折有三处，那么电缆沟转折节点按照转折的数量由q1～3；房间2的转折节点则重新从q1开始编号；

同一栋楼的同层所有房间之间的同层房间对外接口节点s由s1开始编号不重复；

同一栋楼不同楼层之间的楼层对外接口节点d由d1开始编号不重复；全站所有的房间至楼对外接口节点w由w1开始编号不重复；

户外若未分区，则所有户外的p、q节点参考房间独立编号，由p1和q1开始；若户外面积较大，且不同区域相互独立，则可以考虑将户外按照功能分区，不同分区试做一个房间，不用分区之间参考同层不同房间规则设置节点；

每一根电缆路径计算时，只有唯一的起始节点a和终止节点z；

初始化时，需要将房间乃至全站所有的节点标注出来，当具体计算某电缆的路径时，根据需求仅显示部分节点用于计算。

(4)电缆路径设计基于已设定好的节点，采用Dijkstra方法设计电缆路径，具体步骤如下：

S21、判断电缆的起始设备和终止设备是否在同一房间、同一楼层、同一栋楼，根据判断结果确定同层房间对外接口节点s、楼层对外接口节点d、房间至楼对外接口节点w是否隐藏；

S22、无论电缆的起始和终止设备是否在同一房间，计算电缆路径均以房间为基本单位，分区域计算出路径长度L，并将所有路径长度相加后得出最终长度；

S23、若电缆的起始和终止设备在同一房间，仅留存起始设备和终止设备对应的电缆起始设备与电缆沟最近节点p，其余p节点均隐藏，如图1所示，仅保留p1和p6；

S24、若电缆的起始设备和终止设备在同一楼、同层的不同房间，则将所有房间的同层房间对外接口节点排列分析，得出任意两个房间之间的相关连接节点以及相关连接节点最短路径后，开展不同房间的最短路径设计；

以图2为例，一层共5个房间，房间1、2、3、4、5分别相邻，房间1、2/2、3/2、3相邻房间之间仅有一个同层房间对外接口节点；房间1、5之间有两个同层房间对外接口节点；房间1与房间4之间有一根埋管，因此房间1多一个s4节点，房间4多一个s5节点；

任意两个房间之间的相关连接节点的判断方法为，这两个房间可通过该节点直接连接而不需要经过各自房间的其它节点；如图2所示，房间1和房间3的相关连接节点为s1/s4和s2，房间1的s6、s7必须通过s1和s4才能与房间3连接，因此不属于相关连接节点；

任意两个房间之间的连接节点最短路径及判断任意两个房间的同层房间对外接口节点之间的最短路径，有以下几种情况：

a、房间相邻，则相邻房间的同层房间对外接口节点的最短路径就是该节点，如图2中的s1是房间1/2的连接节点最短路径，s2是房间2/3的连接节点最短路径，s6、s7是房间1/5的连接节点最短路径；

b、非相邻房间需要计算两个房间之间所有同层房间对外接口节点的最短路径，如房间1与房间3，可知对于房间1有两个节点s1和s4，房间3有一个节点s2；经过计算可知，房间1到房间3有两条路径，分别是s1-s2和s1-s4-s5-s3-s2，两条路径分别为房间1与房间3的两个连接节点最短路径；

c、同样是非相邻房间，房间1和房间4，由于两个房间都存在多个同层房间对外接口节点，则需要计算每个房间的每个同层房间对外接口节点至其他房间的最短路径，并仅记录最短路径，如2中房间1有s1和s4，那么与房间4共有，s1-s3/s1-s4-s5/s4-s5/s4-s1-s3四条路径，可知对于s1节点最短路径为s1-s3而对于s4节点最短路径为s4-s5，因此仅记录这两条路径，同理计算出房间4的最短路径；

开展不同房间的最短路径设计的具体方法如下；

分别计算起始设备至所在房间的相关连接节点的最短路径，其中起始设备最短路径为L

按照步骤S24计算起始设备房间与终止设备房间的相关连接节点最短路径L

电缆的长度为L

选取L

S25、若电缆的起始和终止设备在同一楼的不同楼层，首先要将不同的楼层转换为同一楼层，然后可参考按S23和S24中的步骤计算电缆最短距离和最短路径，开展不同楼层房间的最短路径设计；转换分为起始设备和终止设备所在楼层相邻、起始设备和终止设备所在楼层不相邻以及起始设备和终止设备所在楼层不相邻且无电缆通道三种情形；

起始设备和终止设备所在楼层相邻时，将起始设备和终止设备所在楼层之间的楼层对外接口节点与节点之间视作一根埋管，则可以将不同楼层转换为同一层的不同房间进行分析；

起始设备和终止设备所在楼层不相邻时，通过埋管将两个楼层转换为同一楼层；

起始设备和终止设备所在楼层不相邻且无电缆通道时，将所有楼层均转换为同一楼层，并将不同楼层之间楼层对外接口节点与节点之间视作一根埋管；

开展不同楼层房间的最短路径设计的具体步骤如下：

分别计算起始设备至最近的楼层对外接口节点的最短路径，其中起始设备最短路径为L

若电缆的起始和终止设备在相邻楼层，则计算终止设备至起始设备最近的楼层对外接口节点的最短路径L

若电缆的起始和终止设备在不在相邻楼层，则计算终止设备至起始设备相近楼层的最近楼层对外接口节点(此处称呼为终止楼层节点1)的最短路径为L

该电缆的长度为L

S26、若电缆的起始和终止设备在不同楼(包括两者分别在不同楼内，或者其中一方在楼内，另一方在户外)，本实施例中均按照起始设备在楼内考虑，终止设备可在楼内或者户外，计算步骤如下：

分别计算起始设备至房间至楼对外接口节点的最短路径，其中起始设备至房间的最短路径为L

若终止设备在楼内，则计算计算起始设备楼楼对外接口节点至终止设备的最短路径为L

若终止设备在户外，则计算起始设备楼楼对外接口节点至终止设备的最短路径L

选取L

实施例2

以电缆的起始和终止设备都在同一个房间为例，为了举例房间仅简化成只含有一个起始和一个终止的屏柜，房间如图4所示，转换后的节点如图5所示；

具体计算方法和步骤如下：

计算节点p1至p2的最短路径，可知p1至p2共有两条路径，[p1，q3，q4，p2]和[p1，q1，q2，p2]，经过计算可知路径[p1，q3，q4，p2]更短，则取该路径为最优路径，路径长度为最短长度；

然后计算节点a至节点p1和节点z至节点p2长度，根据预先设定，节点a、z均为屏柜，p1和p2为电缆沟，则节点a至节点p1长度为(屏柜高度+屏柜至电缆沟距离)＝(2.26m+0.5m)＝2.76m，同样节点z至节点p2长度也为2.76m。

最终电缆长度为L＝1.05*(L

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。