馮瑞玨　馬海霞　梁浩然　楊樹豐　李軒東

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)日益增長，輸電線路建設(shè)與改造量大增。傳統(tǒng)的輸電線路應(yīng)力、弧垂計(jì)算方法為手工計(jì)算，計(jì)算過程煩瑣、效率低。現(xiàn)對應(yīng)力、弧垂的計(jì)算方法和過程進(jìn)行分析，并使用易語言編程軟件將算法實(shí)現(xiàn)，最終開發(fā)了一套可以自動(dòng)計(jì)算應(yīng)力、弧垂，預(yù)測輸電線路導(dǎo)線在空中的形態(tài)并將其在軟件中進(jìn)行顯示的系統(tǒng)，為線路設(shè)計(jì)提供了便利。

關(guān)鍵詞：應(yīng)力;弧垂;自動(dòng)計(jì)算;形態(tài)顯示

0? ? 引言

現(xiàn)階段我國用電需求日益增長，電力工程的建設(shè)力度不斷加強(qiáng)，輸電線路作為電力工程中重要的組成部分，建設(shè)規(guī)模也日益增大[1]。輸電線路工程一般復(fù)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(shè)，為減輕設(shè)計(jì)人員的工作量，提高設(shè)計(jì)工作質(zhì)量，加快設(shè)計(jì)進(jìn)度及實(shí)現(xiàn)線路設(shè)計(jì)可視化，根據(jù)現(xiàn)行架空輸電線路的應(yīng)力、弧垂算法，為線路設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)快捷的線路參數(shù)計(jì)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(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，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(shù)，軟件即可根據(jù)內(nèi)嵌的函數(shù)關(guān)系自動(dòng)算出該線路的各參數(shù)，為線路分析提供依據(jù)，并將線路應(yīng)力、弧垂等在可視化的平臺進(jìn)行顯示。

1? ? 輸電線路應(yīng)力、弧垂計(jì)算

風(fēng)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(jī)械性能起主導(dǎo)作用。因此計(jì)算應(yīng)力和弧垂，首先要確定線路所在地區(qū)的氣象條件，再根據(jù)氣象條件進(jìn)行各種比載的計(jì)算。比載共有7個(gè)，分別為自重比載g1、冰重比載g2、垂直總比載g3、無冰風(fēng)壓比載g4、覆冰風(fēng)壓比載g5、綜合比載g6和g7。根據(jù)比載計(jì)算公式確定各比載后，還需要確定臨界檔距及相應(yīng)的控制氣象條件。影響架空輸電線路力學(xué)計(jì)算的氣象條件最主要有4個(gè)，分別為最低氣溫、最厚覆冰、最大風(fēng)和年平均氣溫。這4種氣象條件，兩兩結(jié)合可以組成6個(gè)臨界檔距，根據(jù)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(jìn)行應(yīng)力、弧垂計(jì)算。

計(jì)算得出導(dǎo)線的應(yīng)力、弧垂后，常用應(yīng)力、弧垂曲線來表示各種氣象條件下架空線路的弧垂和應(yīng)力隨檔距的變化。一般采用安裝曲線表示無覆冰、無風(fēng)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(jù)架空線路的應(yīng)力和弧垂繪制應(yīng)力、弧垂曲線。繪制曲線時(shí)，線路檔距的間隔一般取50 m，同時(shí)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(gè)區(qū)間檔距取值就要更密集一些。檔距較大時(shí)，曲線變化較為平滑，此時(shí)可根據(jù)不同的精度要求，略增大取值間隔[4]。其他氣象條件下導(dǎo)線的應(yīng)力可由狀態(tài)方程求得，狀態(tài)方程如式（1）所示：

σ-■=σm-■-■（T-Tm）? ? ? ? ? ? ? （1）

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

2? ? 輸電線路形態(tài)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

易語言作為一款支持全平臺開發(fā)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(shí)還可以充分利用COM、API、OCX、DLL組件。以上優(yōu)點(diǎn)可以極大地降低本次設(shè)計(jì)的難度，同時(shí)對于推廣國產(chǎn)編程軟件也有著極大的幫助。本系統(tǒng)使用易語言進(jìn)行設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)以導(dǎo)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(rèn)”按鈕可以向程序輸入氣象條件的參數(shù)，整個(gè)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(shù)輸入完全即可。在導(dǎo)線輸入界面，要把導(dǎo)線的全部參數(shù)都輸入才能進(jìn)入計(jì)算界面，參數(shù)設(shè)置完畢后按兩個(gè)“確認(rèn)”按鈕，最后按“計(jì)算結(jié)果”按鈕，程序會(huì)計(jì)算出導(dǎo)線的各個(gè)數(shù)值。

由圖2可以直觀地看到，在該控制氣象條件下，導(dǎo)線在檔距0～128 m時(shí)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(dǎo)線各個(gè)檔距的弧垂的大小，可以由此來判斷導(dǎo)線與地面交叉跨越物間的距離。

經(jīng)過應(yīng)力、弧垂等計(jì)算后，可以得到導(dǎo)線在空中的顯示形態(tài)，如圖3所示。

3? ? 結(jié)語

本文分析了架空輸電線路弧垂、應(yīng)力等的力學(xué)計(jì)算，將計(jì)算過程用易語言軟件實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)可進(jìn)行應(yīng)力弧垂計(jì)算、弧垂曲線顯示及導(dǎo)線形態(tài)顯示的軟件系統(tǒng)。與手工計(jì)算相比，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)輸出、顯示結(jié)果更加準(zhǔn)確。對于一些規(guī)模較小、氣象條件較好的架空導(dǎo)線，可以較好地計(jì)算出導(dǎo)線的應(yīng)力、弧垂，但是對于一些荷載大的線路，計(jì)算的結(jié)果仍會(huì)產(chǎn)生一些偏差。

[參考文獻(xiàn)]

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[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(tài)方程式的求解[J].電力建設(shè)，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(shù)化設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2020，46（6）：47-53.

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