架空输电线路形态显示系统设计

冯瑞珏　马海霞　梁浩然　杨树丰　李轩东

摘要：随着我国经济日益增长，输电线路建设与改造量大增。传统的输电线路应力、弧垂计算方法为手工计算，计算过程烦琐、效率低。现对应力、弧垂的计算方法和过程进行分析，并使用易语言编程软件将算法实现，最终开发了一套可以自动计算应力、弧垂，预测输电线路导线在空中的形态并将其在软件中进行显示的系统，为线路设计提供了便利。

关键词：应力;弧垂;自动计算;形态显示

0    引言

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[1]。输电线路工程一般复杂度高、工期长、地域跨度大，且架空输电线路需要大量更换和架设，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。

1    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[2]，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[3]。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50 m，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[4]。其他气象条件下导线的应力可由状态方程求得，状态方程如式（1）所示：

σ-■=σm-■-■（T-Tm）              （1）

式中：l为需要计算弧垂导线的档距（m）;g为最高气温时导线的比载（N·m-1·mm-2）;β为弹性伸长系数（mm2·N-1），β=1/E，E为弹性模量（N·mm-2）;σ为导线的应力（MPa）;gm为控制气象的导线的比载（N·m-1·mm-2）;σm为控制气象的导线的应力（MPa）;α为导线的温度线膨胀系数;T为最高气温时的环境温度（℃）;Tm为控制气象条件的环境温度（℃）。

2    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，选取气象条件如图1所示。

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。

由图2可以直观地看到，在该控制气象条件下，导线在档距0～128 m时是由C气象条件——年平均气温控制，在128 m之后是由最厚覆冰控制。由图2还可以看出，在最高气温40 ℃下导线各个档距的弧垂的大小，可以由此来判断导线与地面交叉跨越物间的距离。

经过应力、弧垂等计算后，可以得到导线在空中的显示形态，如图3所示。

3    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]

[1] 朱广城.架空电力线路弧垂远程在线监测终端研究与设计[D].哈尔滨：哈尔滨理工大学，2020.

[2] 沈智渊，彭孝敏，赵丞华.架空送电线路有效临界档距的判断和状态方程式的求解[J].电力建设，1983（4）：1-9.

[3] 吕征宇，陳培智，史健勇.基于BIM的输电工程架空线路参数化设计及其应用研究[J].四川建筑科学研究，2020，46（6）：47-53.

[4] 张今朝，麻岑聪，付世杰，等.电力输电导线应力弧垂的工程计算分析与设计[J].嘉兴学院学报，2020，32（6）：90-95.