張濤 莊嚴(yán) 秦志軍 魯永生

摘 要：輸電線路三維實(shí)景平臺(tái)弧垂模擬系統(tǒng)是基于精確的地理信息坐標(biāo)的三維實(shí)景平臺(tái)上，提供弧垂計(jì)算和動(dòng)態(tài)模擬的功能。通過(guò)三維空間自動(dòng)獲取目標(biāo)檔段的設(shè)計(jì)和實(shí)測(cè)信息，根據(jù)輸入條件，動(dòng)態(tài)計(jì)算弧垂、對(duì)地距離等信息。

關(guān)鍵詞：輸電線路 弧垂模擬 精確坐標(biāo) 三維實(shí)景平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TM75 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2018）01（a）-0076-02

輸電線路的弧垂是指在平坦地面上，相鄰兩基電桿上導(dǎo)線懸掛高度相同時(shí)，導(dǎo)線最低點(diǎn)與兩懸掛點(diǎn)間連線的垂直距離?；〈故蔷€路設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)中的重要參數(shù)之一，弧垂的大小直接影響到線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。合理的弧垂對(duì)輸電線路的經(jīng)濟(jì)性和安全性都是至關(guān)重要的。若弧垂過(guò)小，輸電線的拉應(yīng)力就大，振動(dòng)現(xiàn)象加劇，安全系數(shù)減小，同時(shí)桿塔荷載增大，嚴(yán)重時(shí)還可能發(fā)生斷線、倒塔和掉串等事故；若弧垂過(guò)大，由于輸電線的風(fēng)擺、舞動(dòng)和跳躍會(huì)造成線路停電事故。所以輸電線路的弧垂大小值對(duì)設(shè)計(jì)人員、施工人員或運(yùn)行維護(hù)人員來(lái)說(shuō)都是非常重要的。

輸電線路三維實(shí)景平臺(tái)弧垂模擬系統(tǒng)是基于精確的地理信息坐標(biāo)的三維實(shí)景平臺(tái)上，提供弧垂計(jì)算和動(dòng)態(tài)模擬的功能?；诰_的地理信息坐標(biāo)的三維實(shí)景平臺(tái)可以提供精確的桿塔、輸電線路的地理位置信息，以及輸電線路所處的環(huán)境的真實(shí)地理信息。輸電線路三維實(shí)景平臺(tái)弧垂模擬系統(tǒng)通過(guò)三維空間自動(dòng)獲取目標(biāo)檔段的設(shè)計(jì)和實(shí)測(cè)信息，根據(jù)輸入條件，動(dòng)態(tài)計(jì)算弧垂、對(duì)地距離等信息。弧垂模擬系統(tǒng)結(jié)合真實(shí)精確的三維場(chǎng)景，為相關(guān)人員提供直觀的弧垂的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景再現(xiàn)，方便相關(guān)人員綜合考慮各種相關(guān)因素，能協(xié)助提高相關(guān)方案的高效性和安全性。

1 弧垂的計(jì)算方法

輸電線路的弧垂計(jì)算方法有多種，系統(tǒng)采用的計(jì)算方法如下：

第一步：根據(jù)平均溫度下的應(yīng)力求解測(cè)量溫度下的應(yīng)力（不同檔的檔距不同，導(dǎo)線溫度用戶可自定義），見表1。

第二步：根據(jù)懸掛點(diǎn)不等高時(shí)的弧垂公式，計(jì)算導(dǎo)線的弧垂和對(duì)地距離。

圖1所示為某一檔的弧垂?fàn)顟B(tài)，A，B為不等高的導(dǎo)線掛點(diǎn)，O為導(dǎo)線最低點(diǎn)。yA和yB為A，B懸掛點(diǎn)到最低點(diǎn)O的垂直距離，lOA和lOB為A，B懸掛點(diǎn)到最低點(diǎn)O的水平距離，l為檔距，為A，B懸掛點(diǎn)的高度差，φ為高差角。

以導(dǎo)線最低點(diǎn)O為原點(diǎn)，最低點(diǎn)切向?yàn)閤軸，建立坐標(biāo)系。設(shè)D為導(dǎo)線上的任一點(diǎn)，坐標(biāo)（x，y），則D點(diǎn)弧垂：

其中g(shù)為導(dǎo)線的比載[N/（m·mm2）]，la和lB為D點(diǎn)與A，B兩掛點(diǎn)的水平距離，σo為導(dǎo)線最低點(diǎn)應(yīng)力（MPa或N/mm2）。

設(shè)A點(diǎn)的對(duì)地距離為HA，則D點(diǎn)的對(duì)地距離：

2 三維實(shí)景平臺(tái)弧垂模擬的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 建立具有精確的地理信息的輸電線路三維實(shí)景平臺(tái)

（1）融合國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)相應(yīng)GIS平臺(tái)以獲取桿塔和線路的精確經(jīng)緯度坐標(biāo)。

（2）桿塔通過(guò)高精度激光點(diǎn)云獲取DEM數(shù)據(jù)，結(jié)合空間坐標(biāo)、線路走向確定桿塔朝向、高度等空間地理信息。

（3）根據(jù)高壓輸電線路實(shí)際情況，融合激光點(diǎn)云、景圖片和GIS、DEM等信息、傾斜攝影、航拍正射影像圖等方式，對(duì)桿塔、絕緣子及導(dǎo)線等進(jìn)行三維建模，并按照1∶1的比例形成實(shí)體模型，融入3D平臺(tái)形成三維可視文件，最終形成實(shí)景模型，簡(jiǎn)稱輸電線路三維實(shí)景平臺(tái)。

2.2 基于高精度線路三維實(shí)景模型，進(jìn)行弧垂動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算和空間展示

（1）基于三維空間選擇檔段之間的導(dǎo)線，自動(dòng)獲取該檔段的弧垂動(dòng)態(tài)模擬信息。

（2）弧垂初始值采用兩個(gè)導(dǎo)線溫度在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的去異常值后的平均值，作為導(dǎo)線溫度計(jì)算顯示（水平側(cè)視視角的）弧垂。另外，平臺(tái)可以通過(guò)改變面板中導(dǎo)線溫度的輸入條件動(dòng)態(tài)計(jì)算應(yīng)力、導(dǎo)線上任意一點(diǎn)的弧垂和對(duì)地距離等信息，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定是否存在運(yùn)行缺陷或風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估線路健康和輸電容量的影響。

（3）在三維場(chǎng)景中選中某一檔段的導(dǎo)線，根據(jù)弧垂計(jì)算公式計(jì)算出結(jié)果，并以三維可視化方式實(shí)時(shí)顯示在三維場(chǎng)景中，幫助用戶快速、直觀實(shí)現(xiàn)弧垂模擬計(jì)算和展示。

（4）導(dǎo)線弧垂在三維場(chǎng)景中真實(shí)展現(xiàn)，將導(dǎo)線作為弧垂動(dòng)態(tài)模擬的載體后，系統(tǒng)將自動(dòng)獲取目標(biāo)導(dǎo)線所在檔段的檔距信息，并描繪出目標(biāo)導(dǎo)線的二維模型（包括導(dǎo)線兩個(gè)懸掛點(diǎn)、最大弧垂、檔距、最大弧垂點(diǎn)對(duì)地距離信息）。

（5）由于溫度對(duì)導(dǎo)線弧垂的影響比較大，系統(tǒng)提供了3種固定溫度（40°C、70°C、80°C）情況下的弧垂展示。通過(guò)輸入條件導(dǎo)線溫度（為惟一變量），系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算最大弧垂值和最大弧垂點(diǎn)對(duì)地距離值，同步在三維場(chǎng)景和二維模型中動(dòng)態(tài)展示導(dǎo)線弧垂變化過(guò)程。系統(tǒng)可顯示線上所選的任意一點(diǎn)的弧垂值和對(duì)地距離值，包括：場(chǎng)景中顯示最大弧垂值、導(dǎo)線上最大弧垂點(diǎn)對(duì)地距離、線路檔段距離、最大弧垂點(diǎn)、最大弧垂點(diǎn)與小號(hào)側(cè)桿塔距離、最大弧垂點(diǎn)與大號(hào)側(cè)桿塔距離等。平臺(tái)直觀地展示弧垂的真實(shí)效果，以方便設(shè)計(jì)或檢修人員高效地制定解決方案。

3 結(jié)語(yǔ)

輸電線路的弧垂是線路設(shè)計(jì)及運(yùn)行維護(hù)中的重要參數(shù)之一，弧垂的大小將直接影響到線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。輸電線路的弧垂以真實(shí)精確的效果直觀展示在三維實(shí)景平臺(tái)中，而且通過(guò)平臺(tái)可以真實(shí)反映輸電線所處的當(dāng)?shù)丨h(huán)境，這都可以幫助設(shè)計(jì)和維護(hù)人員提高解決方案的高效性和安全性，對(duì)輸電線路的安全運(yùn)行有一定的實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟遂民，孔偉.架空輸電線路設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[2] 柴玉華，王艷君.架空線路設(shè)計(jì)》[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2001.