輸電線路張力架線施工計算仿真軟件開發

王杰

摘 要：張力架線施工由一整套施工工藝構成，主要包括放線引繩的展放、張力放線、導地線壓接、錨線、緊線、耐張塔平衡掛線、耐張塔跳線安裝、附件安裝等。該文主要根據目前我國超、特高壓架空輸電線路放線施工現狀及輔助軟件的實際情況，對貼合工程實際的輸電線路張力架線施工計算及動態仿真系統的軟件架構進行了分析，提出了軟件實現的框架，給出了軟件計算模塊的計算原理，并基于C++和AutoCAD的二次開發實現了軟件開發。

關鍵詞：輸電線路 架線施工 計算軟件開發

中圖分類號：TM752 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（b）-0035-03

1 軟件結構概述

根據工程需要將軟件實現過程分為工程管理、文件處理模塊、張力參數計算模塊和動態仿真模塊。工程管理模塊實現對整個工程項目的管理，要求能新建工程和打開工程；文件處理功能主要針對DWG型文件，實現工程DWG文件中繪圖比例設定，完成標注的DWG文件可進行校正及能夠實現計算結果的標注；數據提取功能主要是實現計算模塊中一些初始數據的提取，其中實現的必需功能包含從DWG文件中提取桿塔坐標和在DWG文件中選取危險點并能夠設定相對凈空距離；張力計算功能包含整個放線計算過程的相關計算（包含數據讀取、曲線繪制和表格生成等）；連續上下山的放線過程的動態顯示。

2 開發工具

輸電線路張力放線計算機仿真軟件是基于AutoCAD二次開發平臺產生的，利用VC++與ObjectARX編譯軟件相互配合、相互調用，從而完成仿真和受力分析。ObjectARX作為AutoCAD面向對象提供的二次開發工具。它在C++環境下設計應用程序接口，擴展AutoCAD的功能。同時兼備AutoCAD應用程序開發、創立以及內置AutoCAD命令模式相同的新命令、擴展AutoCAD類和方法及協議的使用等特點。

3 張力放線動態仿真實現

張力放線動態仿真主要類有如下幾方面。

（1）tlModel類，用于維護牽放文檔模型的管理類，它又具備如下功能：①是系統運行的樞紐，實現模塊內部類的實例之間的數據傳遞，如，維護放線檔列表、提供信息列表、調用求解引擎、設置圖形的顏色、調用數據庫等；②與視圖進行對接，組織起各種具體的各項功能操作任務，如，初始化、計算、校核、繪制和動畫各幀計算等；③實現對模型的存取，導出Excel結果工程表單。

（2）tlEngine類，求解引擎接口類，用抽象類實現，定義了初始化、非線性方程組的steffensen數值求解方法、根據危險點求解張力機制張力、連續上下山的計算、水平張力與掛點張力之間的換算、弧垂計算、張力機到各檔張力的計算、滑車的3種校核（上場校核、垂直載荷校核、包角校核等）。tlEngine類由兩個派生類實現不同的求解，tlCatenaryEngine類是基于懸鏈方程的求解類，因此求解精度更高。但當系統模型復雜、規模龐大時，會影響求解運行的速度。tlParabolaEngine類是基于拋物線方程的求解類，求解精度相對較低，但已經能夠滿足絕大多數工程應用。

（3）tlSegment類，放線檔類，維護由用戶交互輸入的放線檔數據，包括檔號、兩側掛點、檔距、檔高差、掛點張力和水平張力等，并包含了一個危險點類的實例。危險點可以是無定義、危險點定義和水平線定義3種類型。危險點和水平線共用point數據描述，加上clearance描述凈空距離。

（4）tlBalloon類，為提示信息類，用于顯示滑車的校核結果、放線檔計算結果信息（如弧垂、水平張力）、掛具差等信息。

（5）tlLibrary類，為數據庫接口類，它訪問數據庫，并實現對導引線、牽引繩、導線、地線、光纜、滑車等數據表內各條數據記錄的增加/刪除/修改/查詢等操作。

（6）tlPalette類，主要實現兩個功能：①各個實現的圖形對象和文字對象的顏色數據的維護；②輔助信息圖層的數據。

4 軟件界面實現

軟件實現的主界面，工具欄中含有【文件】、【放線計算】、【連續上下山】、【弧垂觀測】、【計算成果】、【數據庫】、【視圖】、【幫助】等選項。在菜單欄下面提供了幾種典型操作的快捷方式，如，項目新建、文件打開、文件保存、放線計算等。

文件菜單下包含常見的文件操作，實現對已有的張力放線計算進行保存、查看、修改和牽放過程的動畫演示。基本的張力放線過程分為3個步驟，如圖1所示：（1）張力放線向導；（2）放線檔數據采集；（3）計算參數設定并計算。

在軟件啟動后，選擇“放線計算”，系統出現張力放線的設置向導。通過設置向導完成對數據源、牽放參數和牽放對象的設置。

（1）數據源設置。

數據源設置如圖2所示。數據源有兩種：一種是放線檔表格，使用者可以指定用Excel記錄的放線檔檔距、高差等數據來實現數據的自動錄入；另一種是完成向導后，系統自動啟動AutoCAD，使用者在AutoCAD環境中采集已有DWG文件中的掛點和危險點，來實現數據的錄入。對于DWG文件，除了指定放線檔數據的來源之外，用戶還可以指定DWG文件中斷面圖的X和Y軸的縮放比例。

（2）牽放參數設置。

牽放參數設置如圖3所示。牽放參數包括牽放方向和牽引的對象選擇。雖然大多數情況下，都是張力機在左側，牽引機在右側進行牽放的。但也有少數場合是牽引機在左側，張力機在右側。軟件提供了兩種方式。

軟件提供了4種牽引方式，包括導引繩牽牽引繩、牽引繩牽導線、牽引繩牽地線、牽引繩牽光纜。每一次張力放線的模型只針對一種牽引方式。

（3）牽放對象設置。

在設定了牽放方式后，系統將針對牽放方式的類型，設置對應的牽放對象參數。以圖4所示為例，在上一步選擇了“牽引繩牽導線”的方式后，在這一步，將出現牽引繩和導線的參數對話框。

牽引繩的參數包括名稱、截面積、單位長度自重、許用張力等。導線包括名稱、截面積、單位長度自重、彈性模量及導線根數等。光纜、地線的參數和牽繩的參數基本相同。使用者可選擇采取新參數，也可點擊“型號庫”按鍵，進入數據庫中選擇已有的線繩型號，這樣就大大簡化了錄入過程。圖5所示為連續上下山計算的過程，通過選擇開始段和結束段及導線類型和水平安裝應力要求值，實現對上下山放線過程的計算。

弧垂觀測提供了3種計算方式，即檔端法、檔內法和檔外法。通過點擊對應方法名稱，則進入相應的觀測計算，輸入對應的參數，計算弧垂觀測值。

計算結果分為兩類，為方便操作，軟件提供了直接通過點擊計算成果菜單下面的“Excel文件”查閱計算結果和“動畫”觀看動態仿真結果的方式。

5 結語

該文主要介紹了軟件的開發原則及開發工具，并給出了數據庫的選擇，給出了張力放線動態仿真的實現數據類。軟件實現后，幾個主要界面分別實現不同的操作，軟件界面具有Windows風格，并且每一步都做了輸入向導，簡化了輸入的步驟，提高了軟件的可用性。

參考文獻

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