架空輸電線路形態顯示系統設計

馮瑞玨　馬海霞　梁浩然　楊樹豐　李軒東

摘要：隨著我國經濟日益增長，輸電線路建設與改造量大增。傳統的輸電線路應力、弧垂計算方法為手工計算，計算過程煩瑣、效率低。現對應力、弧垂的計算方法和過程進行分析，并使用易語言編程軟件將算法實現，最終開發了一套可以自動計算應力、弧垂，預測輸電線路導線在空中的形態并將其在軟件中進行顯示的系統，為線路設計提供了便利。

關鍵詞：應力;弧垂;自動計算;形態顯示

0? ? 引言

現階段我國用電需求日益增長，電力工程的建設力度不斷加強，輸電線路作為電力工程中重要的組成部分，建設規模也日益增大[1]。輸電線路工程一般復雜度高、工期長、地域跨度大，且架空輸電線路需要大量更換和架設，為減輕設計人員的工作量，提高設計工作質量，加快設計進度及實現線路設計可視化，根據現行架空輸電線路的應力、弧垂算法，為線路設計人員提供一個快捷的線路參數計算軟件及可視化平臺是非常必要的。

本文提出使用易語言編程軟件進行系統開發，用戶只需要在編程軟件上輸入必要的氣象條件、檔距、線路荷載等參數，軟件即可根據內嵌的函數關系自動算出該線路的各參數，為線路分析提供依據，并將線路應力、弧垂等在可視化的平臺進行顯示。

1? ? 輸電線路應力、弧垂計算

風速、覆冰厚度和溫度作為氣象條件的三要素，對架空配電線路的機械性能起主導作用。因此計算應力和弧垂，首先要確定線路所在地區的氣象條件，再根據氣象條件進行各種比載的計算。比載共有7個，分別為自重比載g1、冰重比載g2、垂直總比載g3、無冰風壓比載g4、覆冰風壓比載g5、綜合比載g6和g7。根據比載計算公式確定各比載后，還需要確定臨界檔距及相應的控制氣象條件。影響架空輸電線路力學計算的氣象條件最主要有4個，分別為最低氣溫、最厚覆冰、最大風和年平均氣溫。這4種氣象條件，兩兩結合可以組成6個臨界檔距，根據臨界檔距的公式確定臨界檔距和控制氣象條件[2]，最后再進行應力、弧垂計算。

計算得出導線的應力、弧垂后，常用應力、弧垂曲線來表示各種氣象條件下架空線路的弧垂和應力隨檔距的變化。一般采用安裝曲線表示無覆冰、無風氣象條件下架空線路的弧垂隨檔距的變化[3]。在檔距確定后，可以根據架空線路的應力和弧垂繪制應力、弧垂曲線。繪制曲線時，線路檔距的間隔一般取50 m，同時由于曲線的變化率在有效臨界檔距附近變化較大，所以這個區間檔距取值就要更密集一些。檔距較大時，曲線變化較為平滑，此時可根據不同的精度要求，略增大取值間隔[4]。其他氣象條件下導線的應力可由狀態方程求得，狀態方程如式（1）所示：

σ-■=σm-■-■（T-Tm）? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：l為需要計算弧垂導線的檔距（m）;g為最高氣溫時導線的比載（N·m-1·mm-2）;β為彈性伸長系數（mm2·N-1），β=1/E，E為彈性模量（N·mm-2）;σ為導線的應力（MPa）;gm為控制氣象的導線的比載（N·m-1·mm-2）;σm為控制氣象的導線的應力（MPa）;α為導線的溫度線膨脹系數;T為最高氣溫時的環境溫度（℃）;Tm為控制氣象條件的環境溫度（℃）。

2? ? 輸電線路形態顯示系統設計

易語言作為一款支持全平臺開發的編程軟件，不僅可以支持漢語字的編程，而且具備全可視化的功能，同時還可以充分利用COM、API、OCX、DLL組件。以上優點可以極大地降低本次設計的難度，同時對于推廣國產編程軟件也有著極大的幫助。本系統使用易語言進行設計，本設計以導線LGJ-95/20為例，選取氣象條件如圖1所示。

在輸入組合氣象條件之后按“確認”按鈕可以向程序輸入氣象條件的參數，整個氣象條件的表格框可以不用填滿，只要把組合所需的氣象條件參數輸入完全即可。在導線輸入界面，要把導線的全部參數都輸入才能進入計算界面，參數設置完畢后按兩個“確認”按鈕，最后按“計算結果”按鈕，程序會計算出導線的各個數值。

由圖2可以直觀地看到，在該控制氣象條件下，導線在檔距0～128 m時是由C氣象條件——年平均氣溫控制，在128 m之后是由最厚覆冰控制。由圖2還可以看出，在最高氣溫40 ℃下導線各個檔距的弧垂的大小，可以由此來判斷導線與地面交叉跨越物間的距離。

經過應力、弧垂等計算后，可以得到導線在空中的顯示形態，如圖3所示。

3? ? 結語

本文分析了架空輸電線路弧垂、應力等的力學計算，將計算過程用易語言軟件實現，設計了一個可進行應力弧垂計算、弧垂曲線顯示及導線形態顯示的軟件系統。與手工計算相比，本文設計的系統輸出、顯示結果更加準確。對于一些規模較小、氣象條件較好的架空導線，可以較好地計算出導線的應力、弧垂，但是對于一些荷載大的線路，計算的結果仍會產生一些偏差。

[參考文獻]

[1] 朱廣城.架空電力線路弧垂遠程在線監測終端研究與設計[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2020.

[2] 沈智淵，彭孝敏，趙丞華.架空送電線路有效臨界檔距的判斷和狀態方程式的求解[J].電力建設，1983（4）：1-9.

[3] 呂征宇，陳培智，史健勇.基于BIM的輸電工程架空線路參數化設計及其應用研究[J].四川建筑科學研究，2020，46（6）：47-53.

[4] 張今朝，麻岑聰，付世杰，等.電力輸電導線應力弧垂的工程計算分析與設計[J].嘉興學院學報，2020，32（6）：90-95.