CN114781021A - 一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法及系统，方法包括：1)计算变电所配电箱或配电柜的负荷，并确定设备或设备组的计算有功功率，计算无功功率，计算视在功率和计算电流，同时根据计算电流的倍数选择保护开关的整定值，并按计算电流在电流表的准确范围确定电流表量程和电流互感器的变比，以及按断路器的整定值选择供电导体、电线电缆及保护管的截面数据；2)计算变电所低压配电系统馈线配出柜，并对变电所各配电柜配出回路确定变压器容量以及计算无功电容补偿；3)生成变电所低压配电系统的Execl表格；4)生成变电所低压系统AutoCAD图纸。与现有技术相比，本发明具有省时省力、减少人工绘制造成的错误等优点。

Description

一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法及系统

技术领域

本发明涉及建筑电气工程图纸设计技术领域，尤其是涉及一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法及系统。

背景技术

在建筑电气工程设计过程中，首先要进行供电设计方案及计算工作，然后是绘制设计图纸。电气工程计算工作包括负荷计算、线路电压降、短路电流计算、照度计算及防雷接地计算等，通过计算来进行供配电设备选型和绘制图纸。因此电气工程计算是建筑电气设计及电气设备选型的基础工作。

伴随飞速发展的经济建设，建筑电气设计计算的工作量也不断的随设计工程的规模增大和电气设备多样化而增加。导致电气设计人员需要花费大量的精力在繁琐的各种计算和设备选择上，然后通过计算和设备选择后绘制系统图设计图纸。上述过程一般是由绘图人员在CAD或其他软件上手动绘制然后生成，费时费力，容易出错，经常在设计中出现错漏碰缺的问题，且后期项目修改麻烦。已经难以满足建筑电气工程人员对低压配电系统图纸的使用需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明一方面提供一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法，该方法包括下列步骤：

S1：基于获取的设备数据，通过算法进行变电所配电箱或配电柜的负荷计算，并确定设备或设备组的计算有功功率，计算无功功率，计算视在功率和计算电流，同时根据计算电流的倍数选择保护开关的整定值，并按计算电流在电流表的准确范围确定电流表量程和电流互感器的变比，以及按断路器的整定值选择供电导体、电线电缆及保护管的截面数据。

S2：按照变电所低压配电系统的馈线配出柜的数量分别计算变电所低压配电系统馈线配出柜，并对变电所各配电柜配出回路确定变压器容量以及计算无功电容补偿。

S3：基于S1、S2中获取的各项数据生成变电所低压配电系统的Execl表格。

S4：绘制各配电柜配出回路的模块单元图库，按断路器的整定电流确定每个单元的参数，按Execl表格选择配出回路的回路编号，搜索定位排序，将数据传到AutoCAD图纸上，生成变电所低压系统AutoCAD图纸。

进一步地，S1中，通过计算回路的设备安装功率、需要系数和功率因数，基于需要系数法自动计算出计算有功功率，计算无功功率，计算视在功率和计算电流。

进一步地，S1中，计算过程设有限定条件：

I_B≤I_n≤I_Z

I₂≤1.45I_Z

式中，I_B为回路计算电流，In为保护电器熔断器熔体额定电流，或断路器长延时整定电流，I_Z为导线的允许载流量，I₂为保证保护电器可靠动作的电流，当保护电器为低压断路器时，I₂为约定时间内的约定动作电流；当为熔断器时，I₂为约定时间内约定熔断电流。

进一步地，S2中，变电所各配电柜配出回路按需要系数法确定变压器容量以及计算无功电容补偿。无功电容补偿计算的要求位高压侧功率因数在0.9以上，变压器容量确定的要求为负载率在经济运行区间0.75～0.85之间。

进一步地，S4中，按Execl表格计算设备名称、计算电流值、回路号数据选择配出回路的回路编号。

本发明另一方面提供一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成系统，该系统包括：

数据输入模块，输入计算用低压配电系统设备数据和项目所需参数；

参数计算模块，通过输入模块输入的设备数据，计算设备的负荷，并通过项目所需参数，计算低压配电系统设备或设备组的计算有功功率、计算无功功率，计算视在功率和计算电流；

选择模块，根据计算电流选择保护开关的整定值，按计算电流在电流表的准确范围确定电流表量程和电流互感器的变比，按断路器的整定值选择供电导体、电线电缆及保护管的截面数据；

变电所低压配电系统计算模块，基于参数计算模块计算的结果和选择模块选择的数据，结合变电所各配电柜配出回路，采用需要系数法确定变压器容量和无功电容补偿；

表格生成模块，结合参数计算模块和变电所低压配电系统计算模块的计算结果，以及选择模块选择的数据，自动生成Excel表格并进行存储；

图纸生成模块，根据生成的Excel表格、变电所低压配电系统计算模块计算的结果，绘制变电所低压系统AutoCAD图纸；

数据导出模块，根据需求导出绘制后的变电所低压系统AutoCAD图纸或生成的Excel表格；

可视化模块，显示参数计算模块以及低压配电系统计算模块的计算结果，并显示生成的Excel表格和绘制的变电所低压系统AutoCAD图纸。

进一步地，所述低压配电系统设备数据包括但不限于设备的电气安装功率，所述项目所需参数包括但不限于各回路电气设备的安装功率、需要系数和功率因数。

进一步地，所述Excel表格包括序号、回路名称、保护开关的整定值。

进一步地，所述图纸生成模块在绘制变电所低压系统AutoCAD图纸过程中，还根据Execl表格的序号、回路名称、保护开关的整定值选择配电柜配出回路的图纸模块，在AutoCAD图纸中相应的位置标注导线，计算电流数据指标。

本发明提供的低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法及系统，相较于现有技术至少包括如下有益效果：

1)本发明只需输入设计所需计算回路的设备安装功率、需要系数、功率因数等数据，即可计算出计算有功功率、计算无功功率、视在功率、计算电流；并且能够实现直接选出保护开关的整定值、电流表量程、电流互感器的变比、电线电缆截面及保护管的数据多种参数，省时省力。

2)通过可视化计算生成Excel表格，再由Excel表格自动在CAD中生成变电所低压配电系统图，直接导出绘制变电所低压系统AutoCAD图纸，能够显著减少人工绘制图纸的繁琐劳动和疏忽造成的错误。

附图说明

图1为实施例中本发明低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法的主要流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

低压配电系统由配电变电所(通常是将电网的输电电压降为配电电压)、高压配电线路(即1千伏以上电压)、配电变压器、低压配电线路(1千伏以下电压)以及相应的控制保护设备组成。针对目前低压配电系统的计算和设备选择绘制系统图设计图纸的均是人工完成导致费时费力且容易出错等问题。本发明提供一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法。

本发明方法的主要实现原理主要包括：

1、配电箱(柜)计算：

在开始建筑电气设计计算时，设计人员一般会由末端配电箱(柜)计算开始进行。

本发明首先基于获取的设备的数据通过算法进行负荷计算(包括变电所内部各配电柜及变电所总体的配电柜)，设备的数据例如设备的电气安装功率，采用的算法可以为需要系数法，对电气设备或设备组进行负荷计算，然后确定本设备或设备组的计算有功功率，计算无功功率，计算视在功率和计算电流。具体地，输入项目需计算回路的设备安装功率、需要系数、功率因数等数据，可基于算法自动计算出计算功率、计算电流等。

根据大多数通常情况下负荷计算电流的1.25倍选择保护开关的整定值(特殊情况时可以根据实际需求输入具体的倍数)。再按计算电流在电流表的准确范围确定电流表量程和电流互感器的变比。按断路器的整定值选择供电导体、电线电缆及保护管的截面数据。

需要注意的是，计算电流、保护开关整定及电缆载流量的选择必须满足规范规定的要求，过负荷保护电器的动作特性应同时满足下列条件：

I_B≤I_n≤I_Z

I₂≤1.45I_Z

式中，I_B为回路计算电流(A)。In为保护电器熔断器熔体额定电流，或断路器长延时整定电流(A)。I_Z为导线的允许载流量。I₂为保证保护电器可靠动作的电流，当保护电器为低压断路器时，I₂为约定时间内的约定动作电流；当为熔断器时，I₂为约定时间内约定熔断电流。

2、变电所低压配电系统计算。主要包括变电所低压配电系统馈线配出柜计算，具体包括：1)计算有功功率、2)计算无功功率、3)视在功率、4)计算电流、5)电流表量程、6)保护开关整定值、7)互感器变比、8)需要系数、9)功率因数、10)电缆截面、11)低压配电柜抽屉高度、12)开关的整定倍数。需要注意的是，在变电所计算时由于配出回路较多，因此计算馈线配出柜是按变电所低压配出第一柜至第四柜分别计算。变电所各配电柜配出回路按需要系数法(系数采用同时系数)综合到确定变压器容量和无功电容补偿计算。无功电容补偿计算的要求是高压侧功率因数在0.9以上。变压器容量按负载率在经济运行区间0.75～0.85之间。

3、生成变电所Execl计算表格。

制作变电所和电缆选择Execl计算表格，变电所各项计算结果导出到Execl计算表格。

4、自动绘制AutoCAD图纸。

绘制各配电柜配出回路的模块单元图库，按断路器的整定电流确定每个单元的参数，设计变电所低压配电系统图AutoCAD图纸时，将完成Execl计算表格加载后，按Execl计算设备名称、计算电流值、回路号数据选择配出回路的回路编号，搜索定位排序并将数据传到AutoCAD图纸上，即配电柜的设备抽屉在AutoCAD图纸上的按回路号进行排序。

作为优选方案，上述过程涉及的流程均可通过编程软件VB6编制可视化计算程序完成，即设计人员输入低压配电系统的工程项目已有的原始数据，来实现负荷的计算，进而实现本设备或设备组的计算有功功率，计算无功功率，计算视在功率和计算电流的计算以及变电所低压配电系统馈线配出柜的计算。变电所和电缆选择Execl计算表格也可通过程序，基于数据实现表格的生成，并将结果通过程序导出。程序还可将按Execl计算设备名称、计算电流值、回路号数据选择配出回路的保护断路器，可采用C++编程，搜索定位排序并将数据传到AutoCAD图纸上。

基于上述设计原理，如图1所示，本发明涉及一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法，该方法是由可视计算到自动生成图纸的方法，其具体实施步骤包括：

步骤一、变电所低压配电系统计算：

本步骤最终的目的是需要获取低压配电系统的系统图所需参数，即根据设备的安装功率，采用的算法为需要系数法，对电气设备或设备组进行负荷计算，然后确定本设备或设备组的计算有功功率，计算无功功率，计算视在功率和计算电流。选择相应的保护开关的整定值、电流表量程、电流互感器的变比、电线电缆截面及保护管的数据。在计算过程中，对于低压配电柜，考虑一个变压器主进线柜、联络柜和四个馈线配出柜，每个馈线配出柜按9个配出回路，分别计算每个回路的计算电流及配电设备规格等。

步骤二、对于变电所的设计，不但计算配出回路的上述多种数据，还可以根据无功功率自动选择补偿容量，确定电容器柜的数量。根据计算的数据智能选择变压器的容量，给出运行的变压器负载率和高压侧的功率因数。

步骤三、在变电所的负荷计算、短路电流计算、各回路电压降计算完成后，进入变电所的变压器的容量计算Execl电子表格、开关和电缆的规格Execl电子表格计算书生成选项，进而根据已经计算结果和选择规格数据来生成Execl电子表格。

优选地，变电所中变压器的容量、母线和电缆规格数据生成后，可以输入电力系统短路容量等数据来计算高低压各短路点的短路电流。

步骤四、自动绘制AutoCAD图纸

在结束变电所低压系统的负荷计算，生成保护开关、电缆截面和变压器容量的Excel计算的表格。

作为优选方案，可采用在AutoCAD2014的界面下输入命令AP，加载JRPlugin程序，加载成功后输入DYPD命令，选择上述计算完成的Excel计算的表格，自动生成的图纸选择插入点即可绘出变电所低压系统AutoCAD图纸。

进一步地，本发明在低压配电系统计算的算法，可通过设置文本框来输入电气设备的安装功率、需要系数、功率因数(需要系数、功率因数如不输入会自动默认为1.0或0.8)，根据低压配电系统计算的算法可计算出计算有功功率、计算无功功率、视在功率、计算电流等数据。然后由计算的结果会自动生成保护开关的整定值、电流表量程、电流互感器的变比、电线电缆及保护管的截面数据。同样多个配出回路输入好数据后可计算总进线的总的安装功率、计算有功功率、计算无功功率、视在功率、计算电流等数据。同样会给出总开关的整定值、电流表量程、电流互感器的变比、电线电缆及保护管的截面数据。由通过可视化编程VB6计算的低压配电系统各项数据传向电子表格Execl表格内设定好的对应位置。计算结束后根据Execl表格的序号、回路名称、保护开关的整定值选择配电柜配出回路的图纸模块，在相应的位置标注导线，计算电流等数据指标。

本发明另一方面还提供一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成系统，该系统包括：

数据输入模块，用于输入计算用的低压配电系统设备数据和项目所需参数；低压配电系统设备数据包括设备的电气安装功率等。项目所需参数包括各回路电气设备的安装功率、需要系数、功率因数等。

参数计算模块，通过输入模块输入的设备数据，通过算法进行设备的负荷计算，并通过项目所需参数，计算低压配电系统设备或设备组的计算有功功率、计算无功功率，计算视在功率和计算电流。

选择模块，根据计算电流选择保护开关的整定值。按计算电流在电流表的准确范围确定电流表量程和电流互感器的变比。按断路器的整定值选择供电导体、电线电缆及保护管的截面数据。

变电所低压配电系统计算模块，基于参数计算模块计算的结果和选择模块选择的数据，结合变电所各配电柜配出回路，采用需要系数法(系数采用同时系数)确定变压器容量和无功电容补偿。

表格生成模块，用于结合参数计算模块和变电所低压配电系统计算模块的计算结果，以及选择模块选择的数据，自动生成Excel表格并进行存储，Excel表格包括序号、回路名称、保护开关的整定值。

图纸生成模块，用于根据生成的Excel表格，变电所低压配电系统计算模块计算的结果，绘制变电所低压系统AutoCAD图纸。并根据Execl表格的序号、回路名称、保护开关的整定值选择配电柜配出回路的图纸模块，在AutoCAD图纸中相应的位置标注导线，计算电流等数据指标。

数据导出模块，用于根据需求，导出绘制后的变电所低压系统AutoCAD图纸或生成的Excel表格。

可视化模块，用于显示参数计算模块以及低压配电系统计算模块的计算结果，并显示生成的Excel表格和绘制的变电所低压系统AutoCAD图纸。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法，其特征在于，包括：

1)基于获取的设备数据，通过算法进行变电所配电箱或配电柜的负荷计算，并确定设备或设备组的计算有功功率，计算无功功率，计算视在功率和计算电流，同时根据计算电流的倍数选择保护开关的整定值，并按计算电流在电流表的准确范围确定电流表量程和电流互感器的变比，以及按断路器的整定值选择供电导体、电线电缆及保护管的截面数据；

2)按照变电所低压配电系统的馈线配出柜的数量分别计算变电所低压配电系统馈线配出柜，并对变电所各配电柜配出回路确定变压器容量以及计算无功电容补偿；

3)基于步骤1)、步骤2)中获取的各项数据生成变电所低压配电系统的Execl表格；

4)绘制各配电柜配出回路的模块单元图库，按断路器的整定电流确定每个单元的参数，按Execl表格选择配出回路的回路编号，搜索定位排序，将数据传到AutoCAD图纸上，生成变电所低压系统AutoCAD图纸。

2.根据权利要求1所述的低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法，其特征在于，步骤1)中，通过计算回路的设备安装功率、需要系数和功率因数，基于需要系数法自动计算出计算有功功率，计算无功功率，计算视在功率和计算电流。

3.根据权利要求2所述的低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法，其特征在于，步骤1)的计算过程设有限定条件，所述限定条件为：

I_B≤I_n≤I_Z

I₂≤1.45I_Z

式中，I_B为回路计算电流，In为保护电器熔断器熔体额定电流，或断路器长延时整定电流，I_Z为导线的允许载流量，I₂为保证保护电器可靠动作的电流，当保护电器为低压断路器时，I₂为约定时间内的约定动作电流；当为熔断器时，I₂为约定时间内约定熔断电流。

4.根据权利要求1所述的低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法，其特征在于，步骤2)中，变电所各配电柜配出回路按需要系数法确定变压器容量以及计算无功电容补偿。

5.根据权利要求4所述的低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法，其特征在于，无功电容补偿计算的要求位高压侧功率因数在0.9以上，变压器容量确定的要求为负载率在经济运行区间0.75～0.85之间。

6.根据权利要求1所述的低压配电系统智能计算及设计图纸生成方法，其特征在于，步骤4)中，按Execl表格计算设备名称、计算电流值、回路号数据选择配出回路的回路编号。

7.一种低压配电系统智能计算及设计图纸生成系统，其特征在于，包括：

数据输入模块，输入计算用低压配电系统设备数据和项目所需参数；

参数计算模块，通过输入模块输入的设备数据，计算设备的负荷，并通过项目所需参数，计算低压配电系统设备或设备组的计算有功功率、计算无功功率，计算视在功率和计算电流；

选择模块，根据计算电流选择保护开关的整定值，按计算电流在电流表的准确范围确定电流表量程和电流互感器的变比，按断路器的整定值选择供电导体、电线电缆及保护管的截面数据；

变电所低压配电系统计算模块，基于参数计算模块计算的结果和选择模块选择的数据，结合变电所各配电柜配出回路，采用需要系数法确定变压器容量和无功电容补偿；

表格生成模块，结合参数计算模块和变电所低压配电系统计算模块的计算结果，以及选择模块选择的数据，自动生成Excel表格并进行存储；

图纸生成模块，根据生成的Excel表格、变电所低压配电系统计算模块计算的结果，绘制变电所低压系统AutoCAD图纸；

数据导出模块，根据需求导出绘制后的变电所低压系统AutoCAD图纸或生成的Excel表格；

可视化模块，显示参数计算模块以及低压配电系统计算模块的计算结果，并显示生成的Excel表格和绘制的变电所低压系统AutoCAD图纸。

8.根据权利要求7所述的低压配电系统智能计算及设计图纸生成系统，其特征在于，所述低压配电系统设备数据包括但不限于设备的电气安装功率，所述项目所需参数包括但不限于各回路电气设备的安装功率、需要系数和功率因数。

9.根据权利要求7所述的低压配电系统智能计算及设计图纸生成系统，其特征在于，所述Excel表格包括序号、回路名称、保护开关的整定值。

10.根据权利要求7所述的低压配电系统智能计算及设计图纸生成系统，其特征在于，所述图纸生成模块在绘制变电所低压系统AutoCAD图纸过程中，还根据Execl表格的序号、回路名称、保护开关的整定值选择配电柜配出回路的图纸模块，在AutoCAD图纸中相应的位置标注导线，计算电流数据指标。

Images