超高壓輸變電工程放線作業(yè)圖自動(dòng)繪制研究

宋佳音，朱慶林，張莉莉，吳 敬，劉 宏，陶 金，邵穎鵬

(1.東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱 150040;2.黑龍江省送變電工程公司，哈爾濱 150070)

在超高壓輸變電工程架空線路施工中，采用張力架線法放線，施工前一定要根據(jù)橫斷面圖確定關(guān)鍵點(diǎn)(跨頁點(diǎn)或最低點(diǎn))數(shù)據(jù)，繪制放線作業(yè)圖，從而確定張力機(jī)出口張力。目前，技術(shù)人員手工繪制完成的放線作業(yè)圖，需要在坐標(biāo)紙上繪制不同參數(shù)的放線模板，然后經(jīng)過數(shù)百次的比對校驗(yàn)，得出張力機(jī)的出口張力[1-3]，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為了提高工作效率，保證工程實(shí)施的準(zhǔn)確性，本文提出了作業(yè)圖自動(dòng)繪制方法，闡述放線作業(yè)圖的自動(dòng)繪制實(shí)現(xiàn)過程。

1 理論依據(jù)

架空線路的數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜，在工程實(shí)踐中用拋物線近似擬合，計(jì)算公式為[4]

式中:Y為架空線弧垂，m;K為模板系數(shù)，m-1;F0為架空線水平張力，即張力機(jī)出口張力，N;γ為架空線單位長度重量，N/m;X為模板的水平距離，m。

1.1 物理量分析

在式(1)中，架空線單位長度重量γ可根據(jù)架空線型號查得，例如:500 kV架空線常用導(dǎo)線型號為LGJ400/35，其對應(yīng)的γ值經(jīng)過單位換算為13.486 N/m。架空線水平張力F0的經(jīng)驗(yàn)取值為8000～13 000 N，本研究中通過以8000 N為基準(zhǔn)，以1000 N為步長遞增的方式確定不同的模板系數(shù)K值。當(dāng)γ=13.486 N/m時(shí)，常用K值如表1所示。

表1 常用K值表

將式(1)中的X定義為架空線路中跨越點(diǎn)(鐵路、公路、通信線、帶電線等所在位置)的水平距離，即跨越點(diǎn)在橫斷面圖中對應(yīng)的橫坐標(biāo)值，再根據(jù)式(1)計(jì)算可以得到不同模板系數(shù)時(shí)的架空線弧垂Y，該值大于被跨越物的最小安全距離即為滿足要求，跨越架與被跨越物的最小安全距離如表2所示。由此可確定最大的K值，得到滿足要求的F0最小值[1]。

表2 跨越架與被跨越物的最小安全距離 m

1.2 對比運(yùn)算模型的建立

選取橫斷面圖中第一級樁所在位置的延長線與線路中心線的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，如圖1所示。建立數(shù)學(xué)模型，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

圖1 坐標(biāo)原點(diǎn)示意圖

其中，i=1，2，3…表示樁位號。取x0=0，當(dāng)比例系數(shù)為某一待定值時(shí)，依次代入相鄰兩檔所對應(yīng)的導(dǎo)線懸掛點(diǎn)坐標(biāo)，可以求得第i樁的水平平移距離ai和垂直平移距離bi，且有ai＞0，bi＞0。在橫斷面圖中橫坐標(biāo)x值的繪制比例為1∶1000，縱坐標(biāo)y值的繪制比例為1∶100，單位是mm，因此式(2)中的比例系數(shù)k與模板系數(shù)之間的關(guān)系為k=10 K。當(dāng)每檔架空線的坐標(biāo)曲線確定后，代入跨越點(diǎn)坐標(biāo)，判斷是否大于最小安全凈距，若滿足要求，則得到對應(yīng)檔位的K值，否則增大F0值，求得新的K值，重復(fù)上述運(yùn)算過程直至滿足要求為止。

2 放線作業(yè)圖的自動(dòng)繪制

放線作業(yè)圖的自動(dòng)繪制包括數(shù)據(jù)的自動(dòng)讀取、數(shù)據(jù)的自動(dòng)處理以及放線作業(yè)圖的自動(dòng)生成三部分內(nèi)容，因此需要設(shè)計(jì)完成上述功能的程序和設(shè)計(jì)不同程序之間的接口程序。

2.1 數(shù)據(jù)自動(dòng)讀取程序

在放線作業(yè)圖自動(dòng)繪制過程中，需要的數(shù)據(jù)有懸掛點(diǎn)坐標(biāo)以及跨越點(diǎn)坐標(biāo)。數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)讀取的運(yùn)行環(huán)境是設(shè)計(jì)院提供橫斷面圖，格式為AutoCAD圖形.dwg文件。數(shù)據(jù)自動(dòng)讀取程序是基于AutoLISP語言開發(fā)的zb.lsp文件[5-6]，程序內(nèi)容如下:

1)自定義函數(shù)，函數(shù)名稱為zb，語句表述為defun c:zb()。

2)關(guān)掉命令響應(yīng)。

3)創(chuàng)建對話框模式，輸入總樁數(shù)，定義整數(shù)n為總樁數(shù)，程序循環(huán)執(zhí)行次數(shù)為n，同時(shí)定義樁號和跨越點(diǎn)標(biāo)號為字符串。

4)在d盤創(chuàng)建并打開“坐標(biāo)數(shù)據(jù).xls”文件，設(shè)定初值，對鼠標(biāo)點(diǎn)擊處的橫坐標(biāo)及縱坐標(biāo)值進(jìn)行屏幕取點(diǎn)記錄，利用賦值函數(shù)setp對“坐標(biāo)數(shù)據(jù).xls”文件進(jìn)行寫值，利用strcat函數(shù)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)的順序存儲(chǔ)[6]。

5)關(guān)閉fp，提示輸入zb命令來運(yùn)行本程序。

該程序的加載有兩種具體操作方式:1)在AutoCAD命令行輸入appload，選擇zb.lsp程序;2)將zb.lsp復(fù)制到support文件夾內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載。程序加載成功后輸入zb運(yùn)行命令，輸入樁號，然后自動(dòng)記錄鼠標(biāo)點(diǎn)擊位置的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，并以Excel文件格式輸出。

2.2 數(shù)據(jù)處理程序

數(shù)據(jù)處理程序主要包括C++與EXCELL的接口程序和數(shù)據(jù)的分析計(jì)算及采樣。

2.2.1 接口程序

在C++運(yùn)行環(huán)境基于C語言創(chuàng)建C++與EXCELL的接口程序[7]，從而讀取.xls文件的坐標(biāo)數(shù)據(jù)(操作界面略)。點(diǎn)擊“選擇文件路徑”選擇自動(dòng)讀取的坐標(biāo)數(shù)據(jù)保存的位置后再點(diǎn)擊確定，操作完成。

2.2.2 處理程序

1)模型參數(shù)的計(jì)算。設(shè)定初始值γ=13.486 N/m，F(xiàn)0=8000 N，根據(jù)式(1)計(jì)算K值，再根據(jù)關(guān)系式ki=10K求得式(2)中比例系數(shù)ki的初始值。代入相鄰兩級懸掛點(diǎn)坐標(biāo)，根據(jù)式(2)計(jì)算該檔對比運(yùn)算模型的水平平移距離ai和垂直平移距離bi，此時(shí)比例系數(shù)ki的初始值由所對應(yīng)的對比運(yùn)算模型確定，將跨越點(diǎn)的橫坐標(biāo)代入，計(jì)算出跨越點(diǎn)處架空線的縱坐標(biāo)值。

2)判斷循環(huán)計(jì)算。將計(jì)算出的跨越點(diǎn)處架空線的縱坐標(biāo)與讀取的跨越點(diǎn)縱坐標(biāo)求差值，若差值大于0，則循環(huán)結(jié)束;否則F0=F0+100，重復(fù)模型參數(shù)計(jì)算環(huán)節(jié)，直至跨越點(diǎn)處架空線的縱坐標(biāo)與讀取的跨越點(diǎn)縱坐標(biāo)的差值大于0。

3)參數(shù)輸出與數(shù)據(jù)采樣。若跳出循環(huán)計(jì)算則輸出該次計(jì)算過程中使用的F0值和計(jì)算得到的K值，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，采樣點(diǎn)橫坐標(biāo)以(xi-xi-1)/10為步長遞增。代入確定的對比運(yùn)算模型中求采樣點(diǎn)縱坐標(biāo)，最終以EXCELL格式輸出每檔采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，部分輸出數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 輸出數(shù)據(jù)形式

通過表3中數(shù)據(jù)來判斷跨越段是否滿足最小凈距要求，從而確定該段K值及F0值，無跨越段從模型參數(shù)計(jì)算直接進(jìn)入數(shù)據(jù)采樣。

2.3 放線作業(yè)圖的生成

輸出數(shù)據(jù)格式為EXCELL的.xls文件[8]，A列存儲(chǔ)x坐標(biāo)值、B列存儲(chǔ)y坐標(biāo)值，在C1列中輸入“=A1＆”，“＆B1”命令，再用鼠標(biāo)拖動(dòng)的方法在 C列生成繪圖點(diǎn)的坐標(biāo)形式，然后打開工程橫斷面圖，即CAD文件，在“繪圖”中點(diǎn)擊“多段線”，將C列坐標(biāo)粘貼至命令行“選擇坐標(biāo)起點(diǎn)”位置，放線作業(yè)圖將自動(dòng)擬合，前三級的放線作業(yè)曲線如圖2所示。

圖2 放線作業(yè)曲線

3 結(jié)語

基于滿足工程實(shí)際要求，有效提高計(jì)算速度，完成了放線作業(yè)圖自動(dòng)繪制方法的程序設(shè)計(jì)。通過在500 kV建三江-前進(jìn)鎮(zhèn)輸電線路新建工程應(yīng)用，驗(yàn)證了該方法可行、有效。同時(shí)，也表明了使用該方法方便快捷。

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