03 面向对象的图示化供配电智能CAD系统研究_谷立基_陈旭

研究与探讨 谷立基( 1984) ， 男， 工程师， 从事工业及 民用建筑电气设计。 陈旭( 1984) ， 男， 工程师， 从事工业及民用建筑电气设计。 面向对象的图示化供配电 智能 CAD 系统研究 谷立基， 陈旭 中粮工程科技( 郑州) 有限公司，河南 郑州450053 摘要:采用可视化编程语言 Visual Basic 6 0 和通用绘图软件 AutoCAD 以及 Access 数据库作为开发工具， 研究并开发了面向对象的供配电图示化智能 CAD 系 统， 采用面向对象技术建立的供配电计算模块， 实现负荷计算、 短路计算、 变压器容 量选择与计算等功能， 并利用 Access 数据库技术建立设备信息输入、 查询和设备 选择模块， 实现变电站、 主变压器、 负荷信息、 断路器、 隔离开关和导线等设备的快 速查询和选择。 关键词:供配电系统;面向对象技术;电气 CAD 技术;功能模块 中图分类号:TU 852文献标志码:B文章编号: 1674- 8417( 2017) 06- 0011- 06 DOI: 10 16618/j cnki 1674- 8417 2017 06 003 0引言 随着我国经济的迅速发展， 大量的现代化生 产工厂和住宅小区处于蓬勃建设中， 对供配电系 统的设计提出较高的要求。供配电系统的设计 是一项复杂的工程， 包括高压配电系统、 低压配 电系统和变电所的设计， 存在着大量的制图和分 析计算工作。计算机辅助设计( Computer Aided Design， CAD) 是近年来计算机应用技术发展最快 的领域之一， 广泛应用于机械、 建筑、 电气等行 业。供配电智能 CAD 系统取代传统的手工计 算， 将计算机快速、 准确的数据和设计者的创造 力、 判断力结合起来， 有效地提高电气设计人员 的工作效率， 缩短设计时间， 保证设计质量。 1系统开发 1 1图形平台开发途径的选择 供配电 CAD 图形平台有两种开发途径可供 选择， 一种是利用可视化编程工具自主研发图形 平台， 另一种是对现有的图形绘制软件进行二次 开发。在工程制图方面， AutoCAD 软件占据主导 地位， Visual Basic 设计完善的子图库， 在行业针 对性方面更有优势。考虑到 AutoCAD 平台的广 泛应用和主程序由面向对象语言 Visual Basic 编 制， 因此系统采用 VB 对 AutoCAD 二次开发。 1 2系统中 AutoCAD 的连接与调用 用 VB 对 AutoCAD 进行二次开发， 是基于 ActiveX 技术。AutoCAD ActiveX 技术就是编程 引用 AutoCAD 向外部暴露的对象， 操作这些对象 的属性和方法达到二次开发的目的。 AutoCAD 对象是通过分层方式来组织的， 应 用程序对象为根对象。这种分层结构的视图被 归结为对象模型。对象模型提供用户访问下一 层对象的途径， AutoCAD 对象模型结构如图 1 所示。 11 研究与探讨 图 1 AutoCAD 对象模型结构 Application 对象是 AutoCAD ActiveX 对象模 型的基础， 称为根对象， 代表 AutoCAD 本身。有 了根对象， 可用其属性来读取其特征和数据， 如 版本信息、 窗口大小、 程序界面是否可见等; 可以 用其方法来执行某些与应用程序相关的操作， 如 加载、 卸载 ADS 或 AX 应用程序。 Preferences 对象是参数选项， 是 Application 对象的子对象。该对象用来对 AutoCAD 中的各 种选项( Options) 参数( 如文件、 显示等) 进行设 置和返回， 用户可以根据特定的要求和喜好进行 个性化的配置， 让 AutoCAD 在该配置下运行。 Document 对象是 Application 对象的子对象， 用应用程序对象的 Active Document 属性来引用， 可在 Documents( 文档) 集合中找到。从绘图的角 度来理解， 当前的 Document 就是打开的 dwg 文 件; 从编程的角度出发， Document 提供访问所有 图形和大部分非图形的 AutoCAD 对象。 AutoCAD ActiveX 提供了非常重要的、 用来 操作菜单和工具条的对象， 分别是 MenuBar 和 MenuGroups 对象集合， 可以创建新的电气元件菜 单和工具栏。 VB 与 AutoCAD 的连接需要以下两步: ( 1)在编写代码前， 在 VB 编程环境中引用 AutoCAD 对象库。方法是在 VB 编程环境中选择 工程/引用命令， 打开引用对话框， 选中 AutoCAD 2004 Type Library 复选框。 ( 2)在程序中创建 AutoCAD 应用程序对象， 启动运行 AutoCAD。 1 3系统菜单和工具栏的设计 菜单和工具栏是用户与 AutoCAD 之间进行 人机对话的重要手段， 是 AutoCAD 二次开发的主 要对象。AutoCAD ActiveX 提供操作菜单和工具 条的对象， 分别是 MenuBar 和 MenuGroups 对象 集合。MenuBar 对象包含当前 AutoCAD 会话期 内已经加载的所有标准菜单组， 但不包含用户加 载的菜单和工具条。MenuGroups 对象包含当前 AutoCAD 会话期内已经加载的所有菜单组， 包括 AutoCAD 标准菜单、 用户加载的菜单以及所有菜 单组中的工具条。工具栏提供了应用程序中最 常用菜单命令的快速访问， 一般由多个按钮排列 组成， 每个按钮对应菜单中的某菜单项， 运行时 单击工具栏中的按钮就可以快速执行对应的 操作。 在 VB 6 0 中， 有若干个控件可以轻松创建 工具 栏，如 Toolbar 控 件、ImageList 控 件 和 ListView 控件。 2系统的建模与运行 2 1系统数据库的开发 供配电智能 CAD 系统的数据库比较庞大， 采用 Access 数据库， 使用 VB 进行访问和控制， 系统数据库中的数据表有变电站、 变压器、 负荷 信息、 隔离开关、 断路器和导线等， 存放于系统文 件目录中。 数据库是将数据表示为表的集合， 在 Access 中建立数据库是一种自上而下的模式， 即首先建 立数据库， 然后建表， 再在表的设计视图中建立 字段名。 访问数据库时也是由库至表、 至数据记录、 至字段的操作顺序进行。VB 6 0 对 Access 数据 库的访问引擎是 Jet 4 0Engine， 系统采用 SQL 语 言和 ADO 技术相结合实现对数据库的维护和 更新。 Visual Basic 6 0 推出的 ActiveX 数据对象 ( ActiveX Data Object， ADO) 是一种面向对象的接 口。ADO 访问数据库是通过访问 OLEDB 使用程 序和 OLEDB 供给程序来进行的， 在封装 OLEDB 的程序中使用大量的 COM 接口， 是一种高层的 访问 技 术， 在 继 承 OLEDB 的 同 时 大 大 简 化 OLEDB 的操作。此外， ADO 技术可以以 ActiveX 21 研究与探讨 控件的形式出现， 被广泛应用于 Microsoft ActiveX 页、 Visual C + + 和 Visual Basic 的编程。SQL 是管理关系数据库系统的标准语言。每一种 关系数据库， 如 Access、 SQL Server、 Oracle 等都 有特 有 的 SQL 语 言， 但 都 支 持 select、 insert、 update、 delete、 create、 drop 等标准语句来完成几 乎所有的对数据库的操作。本文采用 ADO 访问 数据库。 变压器参数输入及查询界面如图 2 所示， 用 户可以在图示化界面增加、 修改、 删除变压器信 息， 也可在数据库的 DateGrid 中完成以上操作， 当用户选择到某变压器型号时界面上会详细显 示变压器信息。 图 2变压器参数输入及查询界面 2 2计算分析功能模块设计 2 2 1负荷计算模块 负荷计算模块可以进行负荷输入和统计计 算。计算前需要输入的数据包括用电设备额定 电压、 设备容量、 同时系数、 功率因数、 需用系数 等。计算结果包括有功计算负荷、 无功计算负 荷、 视在计算负荷、 计算电流。该模块提供 2 种 计算负荷的方法( 需用系数法和单位面积/指标 法) ， 模块加载时从经验数据表中读取设计过程 中出现的用电设备额定电压、 设备容量、 同时系 数、 功率因数、 需用系数等参数数值。对已存在 的负荷， 只需添加即可存入负荷计算所建立的变 量、 数组、 负荷计算表和动态数据表中。需用系 数法负荷计算流程如图 3 所示。 图 3需用系数法负荷计算流程 2 2 2变电站信息模块 变电站信息模块进行变电站的参数输入及 查询， 主要参数有备用电源可选项、 回路可选项、 电源电压、 最大负荷利用小时数、 线路长度等。 界面加载时自动显示数据库中原有变电站信息， 可以在界面中直接添加变电站信息， 或对其进行 修改， 修改信息将自动保存到数据库中。 2 2 3变压器模块 变压器模块进行变压器的容量计算和损耗 计算， 主要输入参数包括有功计算负荷、 功率因 数、 变压器计算容量、 变压器额定容量、 空载损 耗、 负载损耗、 阻抗电压百分数等。计算变压器 容量可以为变压器选型提供参数依据， 根据选定 的变压器参数可以进行变压器损耗计算。 2 2 4导线阻抗计算模块 导线阻抗计算模块进行导线电阻和电抗的 计算， 模块参数包括导线截面、 线芯半径、 工作温 度、 导线材料、 临界效应系数、 电阻温度系数、 相 对导磁率、 纹入系数和频率等。该计算模块有铜 线和铝线材料可供选择。 2 2 5短路计算模块 短路计算模块利用标幺值计算出短路点的 短路电流标幺值、 有名值和冲击电流， 为选择断 路器、 校验设备以及保护整定提供必要参数。输 入参数有基准容量、 基准电压、 短路点阻抗和冲 击系数， 其中基准容量和基准电压模块均提供备 用参数可供选择。 31 研究与探讨 3系统运行实例分析 3 1原始资料和设计要求 某矿井厂区地面有 35/6 3 kV 变电所， 全矿 区负荷统计如表 1 所示， 组间最大负荷同时率 kmax=0 85， 35 kV 侧线路长度为 10 km。设计要 求计算矿区负荷、 变压器容量、 35 kV 线路损耗和 短路电流。 表 1全矿区负荷统计 负荷名称 设备容量/kW 安装 容量 工作 容量 需用 系数 costan 地面 高压 主井提升机380380083083067 副井提升机570570086086062 主扇风机760380090090075 地面 低压 矿内2 6252 505066077083 工人村变电亭627627080075088 水源井水泵100600701024200 风井变电亭9387070075088 井下 负荷 排水泵 最大水量 1 200600086085062 排水泵 正常水量 1 200300086085062 井底车厂45694409065070102 采区5 1704 700060070102 3 2系统运行 ( 1)启动程序， 进入用户登录界面， 输入正 确的用户名和密码， 进入系统主界面， 如图 4 所示。 图 4系统主界面 ( 2)计算负荷。点击 参数计算菜单中的 负荷计算 ， 选择 需用系数法 ， 输入负荷信息 中的相应数据， 点击 计算 ， 得到有功计算负荷、 无功计算负荷、 视在计算负荷。需用系数法负荷 计算界面如图 5 所示。计算负荷结果如表 2 所示。 图 5需用系数法负荷计算界面 表 2计算负荷结果 负荷名称 计算容量 有功功率 /kW 无功功率 /kvar 视在功率 /kVA 地面 高压 主井提升机3 415 4211 9380 0 副井提升机493 1305 2580 0 主扇风机342 0256 5427 5 地面 低压 矿内1 378 61 245 71 858 0 工人村变电亭50 544 166 9 水源井水泵42 860 04 761 0 风井变电亭60 953 681 13 井下 负荷 排水泵最大水量516 0310 0602 0 排水泵正常水量258 0160 0303 6 井底车厂285 6292 3408 7 采区2 820 02 876 44 020 2 总 计6 303 75 638 68 457 5 全矿总计算负荷5 358 24 792 87 189 0 ( 3)变压器选择。点击 参数计算菜单中 的 变压器计算 ， 输入相关参数， 得到变压器容 量。点击设备信息菜单中的主变压器选 项， 根据变压器容量选择合适的变压器型号， 如 选择 SGL1- 6300/35 电力变压器， 计算变压器的 容量界面如图 6 所示。 41 研究与探讨 图 6计算变压器的容量界面 ( 4)35 kV 线路损耗计算。点击 参数计算 菜单中的 设备选择计算 选项， 选择 35 kV 电压 等级， 计算最大可持续电流， 然后打开设备选 择 菜单中的 线路参数 选项， 根据最大可持续 电流选择导线。如选择的导线为 LGJ- 185， 根据 导线参数计算 35 kV 线路损耗， 导线损耗计算界 面如图 7 所示。 图 7导线损耗计算界面 ( 5)短路电流计算。点击 参数计算 菜单中 的 短路计算 选项， 设定基准容量为100 MVA， 计 算短路电流界面如图8 所示。 3 3部分运算结果校验 负荷计算如下: Pmax=kmaxPmax= 085 6 3036 = 5 3581 kW Qmax=kmaxQmax= 085 5 6386 = 4 7928 kvar Smax=P2 max + Q2 槡 max = 7 189 kVA 补偿前功率因数为 cos1= Pmax Smax = 5 358 1 7 189 = 0 75 图 8短路电流计算界面 主变压器计算容量为 Smax=P2 max + Q2 槡 max = ( 5 3581) 2 + ( 2 2008) 槡 2 = 5 7925 kVA 其中 Qmax=4 792 8 2 529 =2 200 8 kVA。 补偿后功率因数为 cos2= Pmax Smax = 5 358 1 5 792 5 = 0 925 4运行结果分析 经过对各个模块的反复调试修改及全部程序 系统的统调， 基本达到要求。在调试过程中对系统 人机界面、 各级菜单、 数据库信息、 模块之间的协调 性以及系统界面细节反复检验修改。运行过程中程 序各环节运行正常， 经校验结果正确无误。 5结语 研究了面向对象的图示化供配电智能 CAD 系统， 利用面向对象技术建立供配电的计算模 块， 实现负荷计算、 短路计算、 变压器容量选择与 计算等功能， 并利用 Access 数据库技术建立了设 备信息输入、 查询和设备选择模块， 实现了变电 站、 主变压器、 负荷信息、 断路器、 隔离开关和导 线等设备的快速查询和选择。 1 冯林桥， 许文玉， 王姿雅 电力系统及厂矿供电 CAD 技术 M 长沙: 湖南大学出版社， 2004 51 研究与探讨 2 张钧良， 邵浩， 苏萍 Visual Basic 6 0 程序设计教 程 M 南京: 东南大学出版社， 2004 3 陈庭记， 程浩忠， 何明， 等 城市中压配电网接线模 式研究 J 电网技术， 2000， 16( 9) : 35- 38 4 刘介才 工厂供用电实用手册M 北京: 中国电 力出版社， 2003 5 林志强， 王逸， 茅兵， 等 面向方面的程序设计及其 相关的关键技术J 华中科技大学学报: 自然科 学版， 2005， 29( 24) : 188- 191 收稿日期: 2016- 12- 28 esearch on Object- Oriented Intelligent and Visual CAD System for Power Supply and Distribution GU Liji， CHEN Xu COFCO Engineering Technology( Zhengzhou)Co ，Ltd ，Zhengzhou 450053，China Abstract:By using visual programming language Visual Basic 6 0， general cartography software AutoCAD and Access database， the object- oriented power distribution graphical and intelligent CAD system for power supply and distribution was developed Applying the object- oriented technology， this system established the object calculation modules which include load computation，