架空输电线路形态显示系统设计

架空输电线路形态显示系统设计

徐策

中国电建集团吉林省电力勘测设计院有限公司 吉林 长春 130022

摘要：现阶段我国用电需求日益增长，电力工程的建设力度不断加强，输电线路作为电力工程中重要的组成部分，建设规模也日益增大。输电线路工程一般复杂度高、工期长、地域跨度大，为减轻设计人员的工作量，提高设计工作质量，加快设计进度及实现线路设计可视化，根据现行架空输电线路的应力、弧垂算法，为线路设计人员提供一个快捷的线路参数计算软件及可视化平台是非常必要的。本文提出使用易语言编程软件进行系统开发，用户只需要在编程软件上输入必要的气象条件、档距、线路荷载等参数，软件即可根据内嵌的函数关系自动算出该线路的各参数，为线路分析提供依据，并将线路应力、弧垂等在可视化的平台进行显示。

关键词：应力；弧垂；自动计算；形态显示

引言

电力工程能否顺利开展和施工关系着输电线路能否安全运行，输电线路的规划设计对于电力工程的安全运行意义重大。作为电力工程重要的一环，输电线路设计要根据当地的气候特点、地形地势等多方面的因素加以分析，综合考量后方可开展设计工作，下面将以规划设计中的某工程为例，加以论述。

1导线选型

1)按经济电流密度和载流量选择截面根据《城市电力网规划设计导则》电网供电安全采用N-1准则，正常运行状态，3×180MVA主变经济负载率按67%取值时，持续工作电流为950A，按现行规范中的经济电流密度（计算取经济电流密度1.15A/mm²）选择导线截面。经计算，经济输送的截面为826mm²。2)按载流量选型根据系统输送容量情况，根据导线持续载流量计算导线输送容量来选择导线载面，拟按JL/G1A-300和JL/G1A-400两种型号导线进行持续载流量对比选择。

2架空输电线路形态显示系统设计

2.1施工图设计阶段

二维设计首先是根据勘测专业提供的断面图进行室内排位，若有必要，地质与水文人员则对塔位进行一定的勘查工作。现场交桩完成后进行排位修正，正式提出塔位明细表与断面图，杆塔、基础施工图及机电施工图等也在此阶段完成。采用三维设计确认路径后，由勘测专业进行终勘并进行三维地形地质拟合及地物标绘，电气专业及结构专业并行开展工作，结构专业生成精细化杆塔、基础模型后，电气专业根据三维场景数据及杆塔、基础、导线绝缘子串模型进行塔位优化，并进行三维校验，生成机电施工图及线路最终模型。相对于传统的二维设计，并行工作方式减少了整个工程设计周期，提高设计效率。

2.2输电线路应力、弧垂计算

风速、覆冰厚度和温度作为气象条件的三要素，对架空配电线路的机械性能起主导作用。因此计算应力和弧垂，首先要确定线路所在地区的气象条件，再根据气象条件进行各种比载的计算。比载共有7个，分别为自重比载g1、冰重比载g2、垂直总比载g3、无冰风压比载g4、覆冰风压比载g5、综合比载g6和g7。根据比载计算公式确定各比载后，还需要确定临界档距及相应的控制气象条件。影响架空输电线路力学计算的气象条件最主要有4个，分别为最低气温、最厚覆冰、最大风和年平均气温。这4种气象条件，两两结合可以组成6个临界档距，根据临界档距的公式确定临界档距和控制气象条件，最后再进行应力、弧垂计算。计算得出导线的应力、弧垂后，常用应力、弧垂曲线来表示各种气象条件下架空线路的弧垂和应力随档距的变化。一般采用安装曲线表示无覆冰、无风气象条件下架空线路的弧垂随档距的变化。在档距确定后，可以根据架空线路的应力和弧垂绘制应力、弧垂曲线。绘制曲线时，线路档距的间隔一般取50m，同时由于曲线的变化率在有效临界档距附近变化较大，所以这个区间档距取值就要更密集一些。档距较大时，曲线变化较为平滑，此时可根据不同的精度要求，略增大取值间隔。

2.3批量智能化建模技术

架空输电线路中的材料、设备模型主要包括杆塔、绝缘子串、导地线等，这些设备模型类型多，而且整体工程中的用量非常大。由于线路所经区域地形地貌等因素的影响，同种设备在不同位置的外观、姿态等均有差异。随着国网公司在2018年8月下发的《国家电网有限公司三维设计通用模型库（220～750kV线路部分）及应用目录》对杆塔、绝缘子串、金具等通用模型的完善，减少了部分初设阶段的建模工作，但在施工图阶段及高电压等级三维设计中仍无法避免大量的模型构建。相对于传统二维设计，该工作大大增加了设计人员劳动强度及作业时间。架空输电线路中的设施建模主要包括线路通道范围内的铁路、等级公路、房屋、林木、河流、架空管道（包括燃气、石油）、地下电缆、地下通信线、地下管道（包括燃气、石油）、电缆隧道、综合管廊、架空线路。现行的地理信息获取手段尚无法实现直接获取通道范围内主要设施模型，需三维设计人员通过手动模式进行建模添加，增加了设计人员工作内容降低工程设计效率。

2.4输电线路形态显示系统设计

易语言作为一款支持全平台开发的编程软件，不仅可以支持汉语字的编程，而且具备全可视化的功能，同时还可以充分利用COM、API、OCX、DLL组件。以上优点可以极大地降低本次设计的难度，同时对于推广国产编程软件也有着极大的帮助。本系统使用易语言进行设计，本设计以导线LGJ-95/20为例。在输入组合气象条件之后按“确认”按钮可以向程序输入气象条件的参数，整个气象条件的表格框可以不用填满，只要把组合所需的气象条件参数输入完全即可。在导线输入界面，要把导线的全部参数都输入才能进入计算界面，参数设置完毕后按两个“确认”按钮，最后按“计算结果”按钮，程序会计算出导线的各个数值。

2.5功能完善的三维设计软件支撑

现行电力设计院三维软件开发尚未完善，目前主要依靠市场三维设计软件，经调研，国内商业三维设计软件存在软件运行不流畅、智能化不足、软件兼容程度低、测量数据输入复杂等问题。为充分发挥三维数字化设计优势，应从以下方面实施完善。a. 设计平台一体化。数字化设计平台可以将不同专业的设计软件及应用系统进行集成，通过集成实现信息共享，通过集成实现计算、绘图一体化，通过集成实现“所见即所得”，保证设计质量 。在商业平台的基础上，必须通过自身的二次开发，不断完善软件功能，全面解决软件运行不流畅、兼容程度低等问题，不断改进管理机制才能满足未来工程数字设计需求及全寿命周期管理的需求。b. 全专业设计协同。深化全属性的三维模型（模型形体、设计属性、后台数据库）的协同设计，并实现全过程的在线式三维校审。c. 大数据与智能化。具备海量数据处理和数据挖掘能力。将人工智能引入数字化设计平台，使其具有专家的经验和知识，具有学习、推理、联想和判断的能力，从而达到设计智能化的目的。

结语

本文分析了架空输电线路弧垂、应力等的力学计算，将计算过程用易语言软件实现，设计了一个可进行应力弧垂计算、弧垂曲线显示及导线形态显示的软件系统。与手工计算相比，本文设计的系统输出、显示结果更加准确。对于一些规模较小、气象条件较好的架空导线，可以较好地计算出导线的应力、弧垂，但是对于一些荷载大的线路，计算的结果仍会产生一些偏差。

参考文献

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