Optimeret kabelledning og ledningskonstruktionsteknologi for solceller: En BIM-baseret tilgang

1 Forskning i kabellægning og ledningskonstruktions teknologi for fotovoltaiske kraftværker
1.1 Dataindsamling

Inden BIM-modellen for kabellægning opbygges, er det nødvendigt at fordybe sig i de detaljerede parametre for de involverede udstyrsspecifikationer, bygningsmaterialer og stedlige forhold for at forbedre modellens præcision. For at sikre, at BIM-modellen kan præcist afspejle den faktiske situation på byggestedet, ligger kernen i at præcist indsamle og indføre de specifikke tekniske parametre for vigtigt udstyr. Dette inkluderer de præcise dimensioner af kabelfossen, de detaljerede specifikationer for fordelingsbokse, kablers ydre diameterdimensioner og de specifikke parametre for ledningskanaler. Forholdet mellem disse parametre og kabellen skal følge følgende regler:

I formelen er P mængden af vigtige parametre; I er præcisionen af kabellægningsmodellen; f mapper P til I; og g er justeringsfunktionen. Præcis parameterindhentning påvirker direkte den efterfølgende modelopbygning og praktisk anvendelse. Under dataindsamlingen er udstyrsparametre tæt forbundet. Ændringer i data for ét enkelt udstyr kan udløse kædereaktioner, hvilket kræver, at relaterede parametre justeres i tide. Derfor skal strategier fleksibelt justeres baseret på stedlige forhold under dataindsamlingsfasen for at sikre datakonsistens og -præcision.

1.2 Opbygning af kabellen

Under konstruktion danner ledninger kabler efter omhylning. For at forbinde kabler med udstyrskontakter, installer forbindelser ved kablers ender. En kabels geometriske model er et omslag fra scanning af dens tværsnit langs midteaksen. Forenkle tværsnittet til en cirkel (radius r), og brug R(s) = (d1(s), d2(s), d3(s)) til at definere det lokale koordinatramme på midteaksen S. Kablens geometri udtrykker præcist via en parameteriseret ligning, der beskriver omslagsfladens konstruktion.

I formelen repræsenterer W det lokale grænsedeterminant; C(s) repræsenterer det globale koordinatpositionspunkt; M(s) repræsenterer rotationsomformningsmatrix. Den geometriske model for kablet, bygget på grundlag af denne formel, vises i figur 1.

I figur 1 markerer den stiplet linje S tydeligt kablens midteakse. Et karakteristisk punkt på S tages som node q, hvor et lokalt koordinatsystem R bygges for at beskrive tværsnits retninger. Specifikt definerer d₁ (enhedsvektor i hovednormalretningen) tværsnits hovednormalorientering; d₂ (enhedsvektor i binormalretningen, vinkelret på d₁)细化了方向描述；\(d_3\)（沿 \(S\) 的切线方向的单位向量）显示了电缆在 \(q\) 处的延伸趋势。假设 \(q\) 处的横截面为半径 \(r_0\) 的圆形，与方向向量一起形成完整的几何模型，用于后续电缆实例分析。

如图2所示，电缆实例由四个顶点 \(v_1\)-\(v_4\) 定义，将其分为三段 \(l_1\): \(v_1\)-\(v_2\); \(l_2\): \(v_2\)-\(v_3\); \(l_3\): \(v_3\)-\(v_4\)，其中 \(v_1\) 和 \(v_4\) 为端点。对于每个段，其横截面的方向属性和形状由其在 \(S\) 上的位置/长度和几何模型确定。因此，段 \(l_1\)-\(l_3\) 对应于横截面 \(C_1\)-\(C_3\)，共同构成电缆的几何表示。

1.3 Kabellægning

结合图1和图2中的细节，可以准确把握电缆几何建模和分段特征。该模型精确描绘了核心几何元素（中心轴、横截面形状、方向属性），并通过精细分段进行深入的电缆分析，为高效敷设提供了理论基础。

在预铺设准备中，根据模型推导出各种规格电缆的总长度。按电缆类型将数据组织成标准化表格，为施工提供准确信息和指导。对于铺设方法，本项目采用直埋方式以确保专业性和效率。

在电缆沟内铺设时，放置均匀的沙/细土垫层以保持电缆的弯曲半径在限制范围内。使用电动绞盘牵引。多芯电缆铺设时，严格遵循曲率半径限制：

在公式中，\(r_{\text{min}}\) 表示电缆的安全弯曲极限；cr 表示电缆的最小安全转弯半径。完成电缆铺设工作后，需正式向负责项目质量检验的部门提交隐蔽工程验收申请。通过验收程序后，在电缆上下两侧均匀铺设细土作为保护层，然后用电缆盖板覆盖电缆。此外，在规划电缆路径时，应优先考虑使路径紧密贴合允许布线障碍物的表面：

在公式中，\(q_i\) 是电缆路径中心线上的特定节点；OS 是障碍物表面节点；\(R_r\) 是电缆半径；Inter dis 是两点之间的最短距离。回填前，审查确认所有隐蔽工程符合标准。然后压实回填土，确保其密度和稳定性，符合规范要求。

压实后，在关键位置（电缆交叉点、连接点、转弯处）埋设方向标志桩。用麻绳包裹电缆以保护。当直埋电缆穿过建筑物时，检查室外-室内管道高度差；如果室外管道较高，则进行防水处理以确保铺设安全。

1.4 电缆接线

作为光伏电站建设的关键环节，电缆接线必须严格按照规范和程序进行，以确保电气连接的稳定、可靠和安全。

首先，准备完整且合格的工具（剥线钳、压线钳、绝缘套管、端子、绝缘胶带）和材料。确保电缆符合设计规范，通过质量检查（无损坏，绝缘完好）。

接线前，精确剥线：根据终端要求使用剥线钳去除外护套和内绝缘层，暴露导体（去除毛刺和氧化物）。根据导体截面和接线需求选择合适的端子。公式如下：

在公式中，T 是端子类型；A 是电缆导体截面积；R 表示接线参数；S 是映射函数。使用压线钳牢固地压接导体和端子，确保不松动或接触不良。接线时，严格遵循设计图纸和规范，准确连接压接好的端子与设备端子，确保紧固。

对于多芯电缆，匹配颜色和编号以避免错接。接线完成后，用绝缘套管和胶带包裹连接处，增强绝缘并防止水分或灰尘侵入。总之，电缆接线是光伏电站建设中的关键环节，必须严格遵守规范以确保质量和安全，为稳定运行奠定坚实基础。

2 实验分析

为了验证所提出的光伏电站电缆敷设和接线技术的有效性和可行性，将其与传统方法进行了比较。

2.1 实验对象

实验在实验室条件下进行，使用MATLAB进行路径规划仿真。选择了20个标准化的电缆敷设和接线任务，并分为4组（每组5个任务），通过统计分散减少随机误差，提高结果的稳定性。

2.2 实验准备

硬件包括具有500GB存储空间、32GB内存和Windows 10的计算机。这些设备经过调试和优化，确保稳定运行，准确模拟实际情况，以获得可靠的结果。

2.3 实验结果与分析

将三种方法与所提出的方法进行比较，结果见表1。

3 结论

分析表1的数据表明，所提出的电缆敷设和接线解决方案具有显著优势。其路径设计（约50米）比方法1、2、3分别短40米、45米和50米。这不仅证明了高效的路径规划，还突显了在光伏电站项目中的巨大应用潜力，为电力行业提供了宝贵的参考。

本文探讨了光伏电站的电缆敷设和接线，利用BIM建模提高了效率和安全性。实验表明，该方法在路径规划方面优于传统方法——缩短了长度并提高了质量。它支持光伏建设并推动可持续行业发展。

未来，智能建设和大数据的整合将使这些技术更加智能化和高效，推动绿色低碳电力行业的发展。我们期待更多的创新来优化流程、降低成本并升级全球能源结构。