电缆敷设协调控制技术

杜成红

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摘要：本文以提高电缆敷设协调控制水平为目标，提出一种基于Dijkstra算法的电缆敷设协调控制技术，并从理论角度与时间角度就电缆敷设协调控制的设计与实现进行了简要概述。经应用验证，系统操作方便、运行安全，并有效实现了电缆敷设优化，利于电缆敷设质量、效率以及效益等整体提升。

关键词：电缆敷设；协同控制；数字化控制；电力工程

引言：电缆敷设是电力工程中的重要组成部分，其设计与施工质量对电力工程整体施工质量存在重要影响。基于近些年电力工程建设规模的不断扩大，电力工程建设要求的日益增多以及电力电气管理自动化、智能化水平的大幅度提升，对电缆敷设提出了更高要求。如何做好电缆敷设协调控制工作成为相关企业以及工作人员关注的重点问题。基于此，本文在既有研究经验归纳总结上，以获取电缆敷设最优路径，不断提高电缆敷设协调控制水平为目的，构建了数字化控制系统，用以为电缆敷设工程顺利、科学、有效开展提供有益指导。

1研究背景与理论基础

电缆是用以进行电能、磁能传输、转换等重要线材，在电力工程中占据重要地位。就电站建设而言，如果将电站比作人体，则电缆就是人体的血管与神经，分布在电站各个部位，用以承担电能运输、信号转换等重要使命，以维护与保障电站正常、稳定运行^[1]。基于近些年电力工程建设规模的不断扩大，电缆敷设工程量大幅度增多。传统设计、施工以及管理方法已经无法满足电缆敷设与管控需求。加之，随着社会对电力工程建设质量、安全、效益等要求的不断提高，在电缆敷设过程中，既要满足相关规程标准，也需要尽可能减少电缆用量，进行电缆敷设成本节约。对此，做好电缆敷设协同控制工作至关重要。

在电缆敷设协同控制过程中，从施工角度出发较为常见的优化措施有以下几点：（1）加强电缆敷设施工现场勘察力度。即工作人员在施工过程中需要对电缆施工现场情况具有全面了解，能够利用先进且科学勘测技术（如高精度无线电导航的定位技术、载波相位差分技术等）精准定位电缆沟位置、架线位置等，以保证电缆敷设施工顺利进行。（2）合理选择电离辐射技术。即在电力工程施工中，电缆敷设环境不同所应用到的电缆敷设方法也不同。目前，较为常见的电缆敷设方法有直埋敷设法、排管敷设法、架空敷设法、电缆沟敷设法等^[2]。这就需要工作人员对各种电缆敷设法优缺点具有准确掌握，从而能够根据具体情况合理选择电缆敷设方法，以保证电缆敷设满足实际工程要求的同时，促进电缆敷设工程质量提升。（3）注重电缆敷设调试技术创新应用。即在电缆敷设中，调试技术的合理运用能够最大程度保证电缆敷设满足电力工程建设要求，为施工人员、检验人员施工质量管控提供有益指导，降低电缆敷设故障发生率。此外，在施工中也可通过故障识别与处理技术优化进行电缆敷设协同控制能力提升，减少故障发生对电缆敷设的不利影响，维护电力系统运行安全性、可靠性。

在电缆敷设协同控制中，相对于施工优化而言，设计优化所占比重较大。目前，在Dijkstra算法、Bellman-Ford算法、前端流程图算法等是电缆敷设最短路径设计常用算法。对比分析各算法在大规模电缆敷设工程中的应用，发现Dijkstra算法的应用优势更明显。有学者在Dijkstra算法应用下针对山区崎岖不平地形电联辐射协同控制技术进行研究，确定所构建的协同控制系统具有较好应用效果。也有学者在网格高程模型构建下运用Dijkstra算法实现电缆敷设最优路径的求解。鉴于此，从设计角度出发，设计一种基于Dijkstra算法的电缆敷设协同控制系统。在系统运用下提高电缆敷设协同控制水平，驱动电缆敷设协同控制工作数字化、自动化、智能化发展，满足新时期电缆敷设要求^[3]。

2系统设计与实现方法

2.1系统设计

针对电缆敷设协同控制，在系统设计过程中，设计将系统分成五个层次：（1）平台层，由云存储架构、三维应用平台、大数据挖掘与分析平台构成，用以为数据管理分析以及可视化显示提供支持；（2）数据层，由电缆敷设规则库、土建模型、结构模型、各设备与构架布置模型等构成，以满足电缆敷设协同控制对各类数据使用的需求；（3）算法层，以Dijstra算法为核心，实现容积率限制、三维排列中间点等优化，以获取电缆敷设最佳路径；（4）服务层，侧重于满足电缆路径规划、大数据计算、大数据管理、三维数据处理等服务需求；（5）应用层，用以进行各项数据信息的采集、传输和导入、导出。

就大规模电缆敷设工程而言，为满足工程实际要求，主要从三维排列、容积率限制、中间节点等方面对电缆敷设算法进行了优化。以电缆敷设中间点算法优化为例，参照“中国邮路算法”，将中间敷设点集划分为“起点集、中间点集、终点集”三个子集合，利用Dijkstra算法求解起点集与中间点集的局部最短敷设路径（A表示），中间点集中所有中间节点局部最短路径（B表示），中间点集与终点集的局部最短路径（C表示）以及路径A、B、C，并可从起点集途径中间结点最后达到终点集的全局最短路径。

2.2系统实现

系统由硬件系统与软件系统两部分构成。硬件系统中设有电缆敷设协同控制主站、电缆敷设协同控制从站、人机界面、输送机等。主站与从站用CPU315-2DP实现，人机界面用西门子HMI人机界面实现。软件系统在CAB软件中开发，实行C++语言编辑。为满足电缆敷设协同控制需求，系统共建了电缆数据库，实现对电缆敷设相关信息的集约管控，如电缆起点设备名称、电缆型号、电缆长度等。与此同时，为避免电缆混放现象产生，在电缆路径规划规则构建中设置了电缆类型匹配规则；为保证容积率，实现电缆敷设自动化协调，在电缆路径规划规则构建中设置了敷设路径规则。此外，系统也进行了电缆敷设人工规划设定，以便用户根据实际情况进行电缆敷设路径手动调整。在电缆敷设施工中，各类图表、图形信息是指导施工人员规范操作的重要基础。对此，本次设计系统不仅能够提供可视化电缆敷设三维模型，也能够生成关键位置排布图表，且在电缆敷设模型中，能够随着某项参数改变自动化调整其他相应参数，大幅度提高了电缆敷设设计效率与准确性。

3应用验证

将该系统运用于某电站电缆工程中进行成果验证，发现系统应用后的电缆敷设根数、转弯数以及总长度均少于预先设计值，表明基于Dijkstra算法的电缆敷设协调控制技术在电缆工程中具有较好应用效果，利于工程设计与施工综合效益提升。

结论：电缆敷设作为电力工程建设施工的基础工作，在电力工程供电质量保障，供电稳定行提升等方面发挥着至关重要的作用。电缆敷设协同控制作为保证电缆敷设质量的重要手段，其技术科学应用现实意义显著，应基于高度重视。本文依托既有经验归结，提出了一种基于Dijkstra算法的电缆敷设协同控制技术。通过相应系统设计、实现和应用验证。发现该技术应用可确保系统稳定与安全运行，利于获取电缆敷设最优路径，指导电缆敷设工程顺利开展，促进工程设计施工综合效益提升。

【参考文献】

[1]姜晔.浅谈电力配电工程中电缆敷设技术的应用[J].绿色环保建材,2020(09):177-178.

[2]黄祖光,朱安平,王凯,等.基于Dijkstra算法的电缆敷设系统设计及实现[J].电网与清洁能源,2020,36(06):105-110.

[3]韦凌霄,刘军,韦春元,等.基于配电物联网的城市轨道交通供电系统合环精准协调控制技术研究[J].供用电,2019,36(08):1-6.