馬 宇 張勇衛(wèi) 岳小平 王樹翰 劉文靜

（中國核動力研究設計院，四川 成都 610213）

0 引言

隨著全球能源危機和環(huán)境污染的日益嚴重，全球核能發(fā)展在經歷日本福島事件短暫放緩后，又進入穩(wěn)步上升階段。我國自主研發(fā)具有更高安全性能的三代核電“華龍一號”實現出口，中國核電從數量和質量上都在向世界領先位置邁進。

1 核電站電氣通道設計的流程現狀

電氣通道是對電纜起支撐、保護、隔離作用的裝置的統(tǒng)稱。電氣通道設計通常是核電工程設計中較后階段的設計工作。開展此項設計工作必須具備以下先決條件：

（1）項目管理部已組建運行，已經依據抗震、防火、隔離等的標準，設計和編寫通道相關規(guī)范性設計標準文件；

（2）電氣系統(tǒng)設計已經初步完成，足以提供大部分電纜清單和電氣設備布置信息；

（3）廠房土建模型已經初步完成，涵蓋必需的地板、墻體、通道和鋼結構。

目前，國內核電站電氣通道設計普遍包含三個部分：三維模型設計、平面圖設計和電纜敷設仿真設計。通常采用的三維設計軟件有AVEVA公司的PDMS、E3D等。電纜敷設仿真設計軟件有CDMS、肖氏電纜管理（SCM）軟件。

（1）電氣設備布置。根據系統(tǒng)設計提供的設備布置要求，將電纜清單中的電氣設備在三維模型中建模。并明確設備的進線位置，尤其是大型設備。

（2）電氣通道分類設計規(guī)劃。如華龍一號將安全級（1E級）分為安全A、B，保護組I、II、III、IV以及事故后檢測PAMS1、PAMS2、非安全級9個通道。電氣通道規(guī)劃設計需要有經驗的設計人員完成，規(guī)劃的合理程度直接關系到項目的設計難度和完工實體。

（3）PDMS三維建模。為了驗證電氣通道規(guī)劃可行性，土建鋼結構專業(yè)、主設備專業(yè)、管道專業(yè)、通風專業(yè)、電氣專業(yè)在同一個實時模型中完成三維建模。該過程需重點考慮人行通道、設備通道、運動機械軌跡、高能管道等因素。

（4）電氣通道平面圖設計。電氣通道平面圖包含托盤圖紙、支架圖紙等。從PDMS中抽出平面圖紙，然后在CAD中加工得到工程圖紙。

（5）電纜路徑清單設計。為了在不超容的情況下得到電纜路徑清單，以CDMS為例，現在常用的流程是：①數據庫建立；②將通道圖紙轉化三維的網格坐標，導入CDMS中；③將電纜清單編碼成包含多種屬性的成員導入CDMS中；④設計人員對照平面圖在CDMS中模擬敷設得到電纜路徑；⑤從CDMS中導出電纜路徑清單形成施工文件。

（6）后期設計。把施工文件發(fā)布到核電現場，工程開始實施。設計人員駐場解決實際工程問題，為后期設計優(yōu)化積累經驗。

2 電氣通道設計流程改進

從圖1可以看出：電氣通道設計流程是一個為了實現電纜不超容且布置合理的反復設計過程。設計過程在PDMS、CAD、CDMS之間頻繁切換，十分煩瑣。尤其是電纜路徑清單設計過程，羅列了幾點有待改進的地方：

（1）電氣通道圖紙編碼導入CDMS的過程需要建立網格坐標，判斷通道彼此是否連接，選取電氣孔洞，一趟托盤是否和多趟托盤連接，托盤是否需要跳層等問題，需要相當豐富的設計經驗。

（2）需要路徑設計者對照圖紙逐一選取已設置好的節(jié)點坐標，工作量龐大且節(jié)點坐標的精細程度直接影響到路徑的精確程度和設計工作量的大小。在建立節(jié)點坐標時的錯誤會導致以后所有的電纜路徑錯誤。

（3）軟件敷設過程中，路徑設計者和軟件都會默認已經走通的路徑敷設電纜，直至這段路徑達到填充率上限再另辟蹊徑。這導致臨近的同系列通道一個爆滿另一個僅有寥寥幾根電纜。這樣得到的電纜路徑最終因為填充率不平均導致電纜不易散熱，有違設計本意。

針對以上問題，可以用兩端固定于設備的長度和走向可以任意的線條在PDMS中用仿真電纜，然后根據已經實現的大量仿真電纜模型的走向規(guī)劃電氣通道，進而設計托盤，最終從PDMS中得到電纜路徑清單。這樣做的好處有以下幾點：

（1）PDMS的三維仿真相比于CDMS純數據庫的仿真更為形象。通道設計前的通道規(guī)劃有了更為直觀的依據，而非人腦根據經驗進行龐大的數據處理。有利于降低設計難度，提高通道設計的適用性。

（2）設計初期，可以從電氣通道設計的角度建議部分不易進線的設備的更換布置位置，做到集中布置集中進線。

（3）托盤的設計是根據已有三維電纜的模型進行設計，不會存在電氣通道超容后重新設計托盤的情況。

（4）可以避免電纜敷設時，軟件和路徑設計人員默認歷史路徑造成的相鄰同系列托盤一個滿載另一個空載的問題。

（5）減少了兩次編碼導入和對照圖紙選擇節(jié)點的工程量。

對電纜路徑設計優(yōu)化后的電氣通道設計流程圖如圖2所示。

圖1 電氣通道設計現狀流程圖

圖2 優(yōu)化后設計管理流程圖

3 結論

電氣通道設計是和電站設計階段較靠后的設計階段，設計實踐中它又是一個循環(huán)反復的設計過程。本文提出采用PDMS三維模擬功能代替了CDMS進行電纜路徑設計。將路徑設計融入通道設計的全過程，減小了因滿載導致的反復設計，縮短了設計周期，避免了電纜因分配不均導致的散熱問題。