АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ И ПОДСТАНЦИЙ *
М. БОНТЕМПО, М. КАТТАРУЦЦА, Д. ДЕЛЛ'ОЛИО,
Дж. МАРТЕЛЛ И, Л. ПАРИС (Италия)
* Для упрощения изображения вентили, вакуумные насосы, трубопроводы и др. не показаны.
ВВЕДЕНИЕ
Общие вопросы. В докладе рассматриваются принципы автоматического проектирования с помощью ЭВМ линий электропередачи и подстанций в крупных энергетических предприятиях. Полили система автоматического проектирования, основанная на этих принципах, создается в Национальном исследовательском и проектном центре ENEL и войдет в будущую информационную систему ЕNEL.
Целью доклада является не описание (программ, входящих в систему, а анализ процесса проектирования энергетических систем, для того чтобы указать, какие этапы могут быть автоматизированы, и объяснить, где и когда должно иметь место вмешательство инженера для осуществления руководства проектом. Другой целью является определение основных исходных параметров успешного применения системы.
Значение автоматического проектирования. Использование ЭВМ при проектировании представляется, как правило, средством для решения особо трудных технических задач, которые не могут быть решены вручную или требуют коренных упрощений либо чрезмерно продолжительного времени для производства вычислений. В этом случае ЭВМ выполняет работу специалиста, к которому инженер обращается, когда его возможности становятся недостаточными; такую связь с ЭВМ можно рассматривать как второстепенную по отношению к процессу проектирования.
В противоположность этому инженер может использовать ЭВМ для систематического выполнения всех проектных операций от наиболее сложных до простейших в автоматической связи, оставляя за собой только руководство проектом, т. е. ключевые решения и необходимую корректировку во время и в конце работы. Это сравнительно новое применение ЭВМ, которое может быть названо «проектная автоматика».
Чертеж как проектный документ. Естественно, первым требованием к машине для автоматического проектирования в вышеуказанном смысле является ее способность создавать проектную документацию, которая в основном состоит из технических спецификаций и чертежей.
Технические спецификации должны печататься в алфавитном порядке, что обычно выполняется -печатающим устройством ЭВМ.
Чертежи могут быть выполнены автоматическим графопостроителем на основе информации, даваемой ЦВМ. Имеются автоматические графопостроители, которые могут выполнять чертежи, во всех отношениях эквивалентные изготовленным вручную. Эти чертежи выполняются обычными рейсфедерами и тушью на кальке и могут размножаться обычным способом. Эквивалентность обычных, вычерченных вручную чертежей и выполненных графопостроителем может показаться не заслуживающей внимания, в то время как это весьма существенно. Без такой машины (которая только недавно стала широко использоваться) эффективная автоматизация была бы невозможной, так как чертеж является основным документом для осуществления проекта.
Такое положение можно считать общепризнанным при обычном проектировании, но оно может быть опровергнуто при автоматическом. Конечно, при ручном проектировании чертеж является не только выражением результата, но и самой сущностью проекта; часто это первое физическое воплощение содержания проекта. Затем через ряд процессов (многие из которых являются аналитическими и выполняются путем перевода части информации, содержащейся в чертеже, в числа и обратно) предварительный чертеж преобразуется в окончательный рабочий чертеж, который является важнейшим документом проекта.
Но когда весь метод автоматический, осуществляемый полностью аналитическими методами, чертеж теряет свою природу инструмента проектирования: работа описывается численно во всех деталях и на каждой стадии проекта вплоть до окончательной конструкции, и чертеж является только графическим выражением некоторой численной информации, описывающей работу; однако на практике он широко используется по следующим причинам:
чертеж обладает способностью синтезирования информации, не имеющей аналитического описания; благодаря этому он делает возможной полную проверку результата автоматического проектирования— результата, в который может быть непредвиденно введено отклонение от правильного пути, не замеченное автоматическими контрольными устройствами;
при усложнении проекта сложность аналитического описания увеличивается в гораздо большей степени, чем сложность чертежа, поэтому большая сложность проекта может сделать аналитическое описание непонятным;
чертеж дает информацию в наиболее непосредственной и исчерпывающей форме независимо от степени знакомства с начерченным объектом и образования человека, воспринимающего эту информацию.
Несомненно, значение чертежа будет в будущем уменьшаться, но не столько из-за введения автоматического проектирования, сколько из-за широкого распространения автоматических производственных процессов. Проектные организации будут вынуждены выдавать все больше и больше инструкций в численной форме для непосредственного использования их машинами.
Однако чертеж будет сохранять свое основное назначение — быстрое обнаружение любых ошибок и еще длительное время будет необходим для выдачи информации о проекте для целей эксплуатации, организации складского хозяйства и т. д.
1. Автоматическое проектирование линий электропередачи и подстанций
Рис. 1. Опора линии 132 кВ, «расчлененная» на типовые элементы.
Каждая инженерная работа начинается со стадии замысла и затем проходит ряд функциональных проверок и стадий оптимизации, чтобы закончиться в конце концов стадией организации и вышин результатов. Поскольку замысел не может выполняться ЭВМ, ясно, что легче автоматизировать те проекты, в которых стадия замысла не превалирует по своему значению над другими. Это имеет место у повторяющихся в большом числе проектов, которые отличаются только по функциональным и местным условиям, а именно проектов, которые являются только модификациями ранее полученных решений.
Например, имеются проекты, в которых конструктивное решение получается компоновкой типовых элементов в соответствии с функциональными и местными условиями.
Очевидно, такой случай хорошо поддается питом этическому проектированию; стадия замысла здесь невелика, поскольку проектное решение является результатом оптимального выбора между возможно большим, но всегда дискретным и определенным числом решений, определяемым различными комплексами, которые можно получить из типовых элементов для удовлетворения конкретных условий задания.
Типичным примером могут служить проекты электрических сетей (т. е. линий и подстанций).
Для крупного энергетического предприятия экономично и действенно запроектировать типовые элементы, общие для всех систем, раз и навсегда. При выборе характеристик этих элементов и их проектировании в этом случае будет приниматься во внимание совокупность всех возможных местных и функциональных ограничений, которые предположительно характеризуют
все установки, для которых эти элементы предназначены. При этом проектирование индивидуальной системы будет состоять главным образом в выборе необходимых элементов и в определении их наилучшего расположения. Обычно на этой стадии не будет необходимости вмешательства в конструкции деталей.
На рис. 1 показана опора линии 132 кВ ENEL, «расчлененная» на главные компоненты: траверзы 1, гирлянды изоляторов 2, вершину опоры 3, базу 4,
стойки 5, фундаменты 6 и заземляющие проводники 7. Все эти элементы проектируются заранее, и каждый имеет ряд исполнений, которые в различных сочетаниях дадут все варианты опоры ВЛ. При таком положении спроектировать линию — значит выбрать подходящее место для установки каждой опоры на трассе и правильно подобрать типовые элементы.
Рис. 2. Распределительное устройство 380 кВ.
1 — сборные шины; 2 — ячейка линии; 3 — ячейка трансформатора.
На рис. 2 показано распределительное устройство (РУ), в котором есть три основных повторяющихся типовых элемента, а именно: сборные шины, ячейка линии и ячейка трансформатора. Имеется в виду, что каждый типовой элемент включает относящиеся к нему защитные и контрольные устройства вне зависимости от того, расположены ли они на территории распределительного устройства, показанной на чертеже, или в здании (которое также является другим типовым элементом).
Нет необходимости обсуждать и доказывать преимущества предварительной разработки типовых элементов в системе крупного энергетического объединения, поскольку они очевидны. Представляет интерес, что при этом проектирование может быть с успехом автоматизировано.
Рис. 3. Структурная схема проектирования и сооружения энергетической установки.
На рис. 3 показана структурная схема процесса проектирования и сооружения энергетической установки. Исходные данные для блоки «проектирование установки», определяющие установку, задает инженер-проектировщик, после чего с карт из памяти ЭВМ выписываются данные о характеристиках типовых элементов, включающие их чертежи, инструкции по применению, стоимость и т. д. В свою очередь блок «проектирование типовых элементов» задает дополнительные сведения на базе исходных данных, получаемых от инженера-проектировщика, а также запросов блока «проектирование установки» на недостающие типовые элементы, обусловленные местными условиями. Затем блок «проектирование установки» выдает блоку «сооружение установки» общую документацию, характеризующую проект установки и информацию, необходимую для отыскания детальной документации на типовые элементы, нанесенной на соответствующих картах.
Однако блок «проектирование установки» дает информацию не только для блока «сооружение установки», но и для других систем (таких, как снабженческая, расчетная, оперативная, планирующая). Например, на рис. 3 показан поток информации к системе снабжения, требуемой для размещения заказов.
Необходимо иметь в виду, что, поскольку все проектные операции должны быть автоматизированы, работа будет описываться полностью в аналитической форме, приемлемой для ЭВМ. Если другие сопутствующие системы, которые проект должен снабдить данными, тоже автоматизированы, данные должны выдаваться в той же форме, в которой они получены, или даже должны быть переданы автоматически (а значит, более быстро и надежно) из одной системы в другую.
В настоящее время ENEL организует на этой основе свою систему проектирования, которая уже почти полностью сформирована и выполняется независимо оперирующими блоками; большая часть процессов проектирования уже автоматизирована.
Автоматизация связей с другими системами находится в стадии изучения; во всяком случае решение о переходе к полной проектной автоматизации было значительно продвинуто потенциальными преимуществами автоматизированных информационных систем.
