基于檢修標準化的輸電線路工器具配置系統*

周 娟 ，王 斌 ，向文祥 ，張良力 ，鄭 雷

（1.武漢科技大學 信息科學與工程學院，湖北 武漢 430081；2.國網湖北省電力公司檢修公司，湖北 武漢 430074）

0 引言

隨著國民經濟的增長，用電量大幅提高，加上惡劣環境的影響，各種輸電線路設備極易發生故障及損壞[1]。根據《110 kV～500 kV架空輸電線路檢修規范》[2]基本要求可知，設備檢修是架空輸電線路生產管理的重要內容之一。在檢修種類中絕緣子及金具檢修是輸電線路檢修中最為常見、比重最大的。以往遇到這類檢修作業都是先查桿塔、金具、絕緣子結構圖等，然后計算出各類數據，再憑經驗配置檢修工器具，既費時，也容易出錯。如遇緊急搶修，不僅時效難以保證，也會給安全造成隱患。

本文根據檢修作業標準化要求，利用全生命周期技術，設計和開發了基于檢修作業標準化的輸電線路工器具智能配置系統，系統能減少檢修工作的前期準備時間和避免因經驗不足導致漏帶/錯帶工器具而延誤檢修工作的情況，實現檢修工器具配置的程序化、標準化、規范化，對輸電線路的安全運行[3]具有一定的積極意義。

1 配置方法

本文主要對直線塔和耐張塔在停/帶電檢修作業中更換絕緣子和線路金具時用到的檢修工器具作為研究對象，著重分析工器具在檢修作業中的作用及其配置標準，為系統的開發作前期準備工作。

其中檢修工器具主要包括以下四類：絕緣工具、金屬工具、個人防護用具和輔助安全工具。

1.1 直線塔檢修工器具配置

直線塔承重工具可承受的承重質量：

式中：G為絕緣子串總荷載；As為工具安全系數，根據規程規范要求，一般取2.5；N為承重工具個數；β為承重工具的不平衡系數，一般取1.2；θ為絕緣子串傾斜角度。

對直線塔懸垂絕緣子串進行受力分析，可知絕緣子串上承受的總荷載為垂直荷載和水平荷載的幾何和[4]，其計算公式為：

式中：Q為導線垂直荷載，P為導線絕緣子串水平荷載，G為絕緣子串總荷載。

式中：n為導線分裂數；g3為導線覆冰時的垂直總比載；S為導線截面積；Lc為垂直檔距；W為金具重量，包括金具、間隔棒及導線端作業人員重量；g5為覆冰時的風壓比載；Lp為水平檔距。

1.2 耐張塔檢修工器具配置

在輸電線路運行上耐張絕緣子串是承受導線的水平張力，在更換耐張絕緣子串時，需要收緊導線，使絕緣子串松弛，這導致導線的應力增大，增大的應力被稱為過牽引應力。過牽引應力與導線截面積的乘積，稱為過牽引張力。

耐張塔承重工具可承受質量的公式和式（1）相同，承受的總荷載G是過牽引張力T與重力加速度的乘積：

為了簡化計算，不考慮對過牽引張力影響較小的導線彈性系數、桿塔、橫擔撓度等因素。其過牽引張力為：

式中：σ1為收緊導線，線長減少后的過牽引應力。

式中：g7為綜合總比載；Δl為過牽引長度；σyear為年平均應力。

式中：K1為導線安全系數，一般取 2.5；n一般取 25%；σ為絕緣子懸掛點的應力。

式中：σ0為最低點應力，lv為懸點垂直檔距，l為檔距，hc1為呼稱高(大號側)，hc2為呼稱高(小號側)，h1為高程(大號側)，h2為高程(小號側)，F為導線計算拉斷力。

2 系統設計

2.1 系統功能分析

本系統遵循可靠性、易用性和可擴展性原則設計，主要分為四大模塊：用戶管理模塊、系統配置管理模塊、全生命周期管理模塊和系統設置與維護模塊，其功能分析如圖 1所示[5]。

圖1 系統功能結構圖

主要實現以下功能：

(1)新建、登錄、刪除、修改用戶信息；

(2)復雜環境下直線塔和耐張塔絕緣子串及金具類設備的荷載分析；

(3)依據檢修作業標準化在停、帶電作業環境下輸電線路檢修工器具智能配置；

(4)金具組合長度的自主選取，提高檢修人員更換/檢修絕緣子串操作時的靈活性；

(5)建立工器具臺帳管理，實現工器具從采購到使用、報廢的整個生命周期資料均可實時調取查看的管理；

(6)工器具信息可視化顯示，配置結果報告單和標準化配置結果報告單導出、打印與保存；

(7)采用防衛式容錯技術為用戶提供各種人機接口，方便用戶對系統進行維護與管理。

2.2 系統流程圖

輸電線路檢修工器具智能配置系統總體操作流程圖如圖2所示。首次使用系統時，需完成臺帳管理并入庫。圖2中虛線部分是指當查詢條件錄入完后系統提示“無查詢結果”時，用戶可選擇“計算模式”，如果數據庫中有相應信息，則進入“配置結果輸出與查看”。

圖2 配置系統總體操作流程圖

系統重點描述的“計算模式”的操作流程圖如圖3所示。計算荷載前需要進行數據的錄入，當數據錄入不完整或不匹配時，系統彈出“輸入信息不完整”的提示。計算完荷載后才能進行工具的配置，結合工器具在庫情況配置工具完成后，當數據庫中沒有相關輸電線路信息時，系統提示“工具信息導入數據庫成功”；否則系統提示“是否更新數據庫？”的信息，方便用戶選擇。

圖3 系統計算模式操作流程圖

3 系統實現

系統的開發依賴于良好的開發環境，綜合需求分析，本文選擇針對性強、交互性好的Microsoft Visual Studio 2010作為編程平臺，主要采用C#窗體語言[6]和Microsoft SQL Server 2008數據庫來開發基于檢修作業標準化的輸電線路工器具智能配置系統。

下面以直線塔懸垂絕緣子為例，已知條件：（1）電壓等級為 500 kV，線路名稱為宜華線，桿塔編號為 700，作業方式為帶電，公司編號為HBWH，作業負責人為張三；（2）導線型號為 ACSR-720/50；（3）線路參數：垂直檔距為 600 m，水平檔距為 500 m，傾斜角度為 0°；（4）絕緣子型號為 FC160/155；（5）現場參數：風速為10 m/s，冰厚度為 0，金具重量為 220 kg，導線分裂數為 4；（6）工具參數：工具安全系數為 2.5，承重工具個數為 2，承重工具不平衡系數為1.2。

主要實現步驟如下：

（1）檢修工器具臺帳管理

按照國家規定，運行單位應定期對工器具的購置、保養、使用、試驗等情況進行檢查，確保安全工器具數量充足、質量滿足要求，按時進行周期性試驗并建立安全工器具臺帳。臺賬管理界面如圖4所示。

（2）檢修工器具配置

在主界面（如圖5所示）的【基本數據】區中錄入或選擇參數，單擊“確定”按鈕，【檢修對象簡圖】區會給出檢修對象信息，如圖5中1所示。單擊“查詢”按鈕，查詢是否之前有配置過相應檢修工器具。

圖4 檢修工器具臺帳管理

圖5 配置結果圖

輸入或者選擇【參數輸入】區的檢修信息，按順序單擊“計算總荷載”、“配置工具”，如圖 5中2所示。完成配置工具后，單擊“導入數據庫”將配置工具信息導入數據庫中。在【標準化工具信息】區顯示配置后的結果，如圖5中3所示。

單擊【標準化工具信息】區中“工具名稱”列下的“手扳葫蘆”，再單擊【操作臺】中的“查看圖片”按鈕，【工具圖片信息】區會向用戶提供工器具的具體實物圖片信息，如圖5中4所示部分。

（3）結果顯示

完成上述操作后，為了便于用戶保存、打印和攜帶工器具配置結果，可單擊“導出工作單”按鈕，得到Excel版“輸電線路完整工具配置報告單”和“輸電線路標準化配置工具單”，如圖6所示。

4 結論

圖6 配置結果Excel工作報告單

本文的核心原創工作在于：(1)依據檢修作用標準化分析在復雜環境下的直線塔和耐張塔絕緣子及金具類設備故障的檢修工器具配置方法；(2)依據檢修作業標準版建立工器具臺帳管理，實現工器具全生命周期管理并實時調取查看；(3)運用窗體界面設計工器具模塊化管理，采用防衛式容錯技術為用戶提供各種人機接口，方便用戶對系統進行操作和管理。本系統的研發成功縮短了檢修工器具配置的時間，提高了檢修效率和工器具管理水平。

[1]國家電網公司.國家電網公司電力安全工作規程（線路部分）[M].北京：中國電力出版社，2009.

[2]國家電網公司.《110kV～500kV架空輸電線路檢修規范》(國家電網生技[2005]173號文件附件)[S].2005.

[3]國家電網公司.《110(66)kV～500kV架空輸電線路運行規范》(國家電網生技[2005]172號文件附件 1)[S].2005.

[4]國家電網公司人力資源部.輸電線路檢修上、下冊[M].中國電力出版社，2010.

[5]房曉斌.通信系統設備管理系統的分析和設計[J].電子技術應用，2008，34(6)：113-116.

[6]汪小科，趙會東.C#全能速查寶典[M].北京：人民郵電出版社，2012.