基于檢修標(biāo)準(zhǔn)化的輸電線路工器具配置系統(tǒng)*

周 娟 ，王 斌 ，向文祥 ，張良力 ，鄭 雷

（1.武漢科技大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430081；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司，湖北 武漢 430074）

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，用電量大幅提高，加上惡劣環(huán)境的影響，各種輸電線路設(shè)備極易發(fā)生故障及損壞[1]。根據(jù)《110 kV～500 kV架空輸電線路檢修規(guī)范》[2]基本要求可知，設(shè)備檢修是架空輸電線路生產(chǎn)管理的重要內(nèi)容之一。在檢修種類中絕緣子及金具檢修是輸電線路檢修中最為常見、比重最大的。以往遇到這類檢修作業(yè)都是先查桿塔、金具、絕緣子結(jié)構(gòu)圖等，然后計(jì)算出各類數(shù)據(jù)，再憑經(jīng)驗(yàn)配置檢修工器具，既費(fèi)時(shí)，也容易出錯(cuò)。如遇緊急搶修，不僅時(shí)效難以保證，也會(huì)給安全造成隱患。

本文根據(jù)檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化要求，利用全生命周期技術(shù)，設(shè)計(jì)和開發(fā)了基于檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的輸電線路工器具智能配置系統(tǒng)，系統(tǒng)能減少檢修工作的前期準(zhǔn)備時(shí)間和避免因經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致漏帶/錯(cuò)帶工器具而延誤檢修工作的情況，實(shí)現(xiàn)檢修工器具配置的程序化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，對(duì)輸電線路的安全運(yùn)行[3]具有一定的積極意義。

1 配置方法

本文主要對(duì)直線塔和耐張塔在停/帶電檢修作業(yè)中更換絕緣子和線路金具時(shí)用到的檢修工器具作為研究對(duì)象，著重分析工器具在檢修作業(yè)中的作用及其配置標(biāo)準(zhǔn)，為系統(tǒng)的開發(fā)作前期準(zhǔn)備工作。

其中檢修工器具主要包括以下四類：絕緣工具、金屬工具、個(gè)人防護(hù)用具和輔助安全工具。

1.1 直線塔檢修工器具配置

直線塔承重工具可承受的承重質(zhì)量：

式中：G為絕緣子串總荷載；As為工具安全系數(shù)，根據(jù)規(guī)程規(guī)范要求，一般取2.5；N為承重工具個(gè)數(shù)；β為承重工具的不平衡系數(shù)，一般取1.2；θ為絕緣子串傾斜角度。

對(duì)直線塔懸垂絕緣子串進(jìn)行受力分析，可知絕緣子串上承受的總荷載為垂直荷載和水平荷載的幾何和[4]，其計(jì)算公式為：

式中：Q為導(dǎo)線垂直荷載，P為導(dǎo)線絕緣子串水平荷載，G為絕緣子串總荷載。

式中：n為導(dǎo)線分裂數(shù)；g3為導(dǎo)線覆冰時(shí)的垂直總比載；S為導(dǎo)線截面積；Lc為垂直檔距；W為金具重量，包括金具、間隔棒及導(dǎo)線端作業(yè)人員重量；g5為覆冰時(shí)的風(fēng)壓比載；Lp為水平檔距。

1.2 耐張塔檢修工器具配置

在輸電線路運(yùn)行上耐張絕緣子串是承受導(dǎo)線的水平張力，在更換耐張絕緣子串時(shí)，需要收緊導(dǎo)線，使絕緣子串松弛，這導(dǎo)致導(dǎo)線的應(yīng)力增大，增大的應(yīng)力被稱為過(guò)牽引應(yīng)力。過(guò)牽引應(yīng)力與導(dǎo)線截面積的乘積，稱為過(guò)牽引張力。

耐張塔承重工具可承受質(zhì)量的公式和式（1）相同，承受的總荷載G是過(guò)牽引張力T與重力加速度的乘積：

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，不考慮對(duì)過(guò)牽引張力影響較小的導(dǎo)線彈性系數(shù)、桿塔、橫擔(dān)撓度等因素。其過(guò)牽引張力為：

式中：σ1為收緊導(dǎo)線，線長(zhǎng)減少后的過(guò)牽引應(yīng)力。

式中：g7為綜合總比載；Δl為過(guò)牽引長(zhǎng)度；σyear為年平均應(yīng)力。

式中：K1為導(dǎo)線安全系數(shù)，一般取 2.5；n一般取 25%；σ為絕緣子懸掛點(diǎn)的應(yīng)力。

式中：σ0為最低點(diǎn)應(yīng)力，lv為懸點(diǎn)垂直檔距，l為檔距，hc1為呼稱高(大號(hào)側(cè))，hc2為呼稱高(小號(hào)側(cè))，h1為高程(大號(hào)側(cè))，h2為高程(小號(hào)側(cè))，F(xiàn)為導(dǎo)線計(jì)算拉斷力。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能分析

本系統(tǒng)遵循可靠性、易用性和可擴(kuò)展性原則設(shè)計(jì)，主要分為四大模塊：用戶管理模塊、系統(tǒng)配置管理模塊、全生命周期管理模塊和系統(tǒng)設(shè)置與維護(hù)模塊，其功能分析如圖 1所示[5]。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)新建、登錄、刪除、修改用戶信息；

(2)復(fù)雜環(huán)境下直線塔和耐張塔絕緣子串及金具類設(shè)備的荷載分析；

(3)依據(jù)檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化在停、帶電作業(yè)環(huán)境下輸電線路檢修工器具智能配置；

(4)金具組合長(zhǎng)度的自主選取，提高檢修人員更換/檢修絕緣子串操作時(shí)的靈活性；

(5)建立工器具臺(tái)帳管理，實(shí)現(xiàn)工器具從采購(gòu)到使用、報(bào)廢的整個(gè)生命周期資料均可實(shí)時(shí)調(diào)取查看的管理；

(6)工器具信息可視化顯示，配置結(jié)果報(bào)告單和標(biāo)準(zhǔn)化配置結(jié)果報(bào)告單導(dǎo)出、打印與保存；

(7)采用防衛(wèi)式容錯(cuò)技術(shù)為用戶提供各種人機(jī)接口，方便用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)與管理。

2.2 系統(tǒng)流程圖

輸電線路檢修工器具智能配置系統(tǒng)總體操作流程圖如圖2所示。首次使用系統(tǒng)時(shí)，需完成臺(tái)帳管理并入庫(kù)。圖2中虛線部分是指當(dāng)查詢條件錄入完后系統(tǒng)提示“無(wú)查詢結(jié)果”時(shí)，用戶可選擇“計(jì)算模式”，如果數(shù)據(jù)庫(kù)中有相應(yīng)信息，則進(jìn)入“配置結(jié)果輸出與查看”。

圖2 配置系統(tǒng)總體操作流程圖

系統(tǒng)重點(diǎn)描述的“計(jì)算模式”的操作流程圖如圖3所示。計(jì)算荷載前需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入，當(dāng)數(shù)據(jù)錄入不完整或不匹配時(shí)，系統(tǒng)彈出“輸入信息不完整”的提示。計(jì)算完荷載后才能進(jìn)行工具的配置，結(jié)合工器具在庫(kù)情況配置工具完成后，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)中沒有相關(guān)輸電線路信息時(shí)，系統(tǒng)提示“工具信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)成功”；否則系統(tǒng)提示“是否更新數(shù)據(jù)庫(kù)？”的信息，方便用戶選擇。

圖3 系統(tǒng)計(jì)算模式操作流程圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的開發(fā)依賴于良好的開發(fā)環(huán)境，綜合需求分析，本文選擇針對(duì)性強(qiáng)、交互性好的Microsoft Visual Studio 2010作為編程平臺(tái)，主要采用C#窗體語(yǔ)言[6]和Microsoft SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)開發(fā)基于檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的輸電線路工器具智能配置系統(tǒng)。

下面以直線塔懸垂絕緣子為例，已知條件：（1）電壓等級(jí)為 500 kV，線路名稱為宜華線，桿塔編號(hào)為 700，作業(yè)方式為帶電，公司編號(hào)為HBWH，作業(yè)負(fù)責(zé)人為張三；（2）導(dǎo)線型號(hào)為 ACSR-720/50；（3）線路參數(shù)：垂直檔距為 600 m，水平檔距為 500 m，傾斜角度為 0°；（4）絕緣子型號(hào)為 FC160/155；（5）現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)：風(fēng)速為10 m/s，冰厚度為 0，金具重量為 220 kg，導(dǎo)線分裂數(shù)為 4；（6）工具參數(shù)：工具安全系數(shù)為 2.5，承重工具個(gè)數(shù)為 2，承重工具不平衡系數(shù)為1.2。

主要實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）檢修工器具臺(tái)帳管理

按照國(guó)家規(guī)定，運(yùn)行單位應(yīng)定期對(duì)工器具的購(gòu)置、保養(yǎng)、使用、試驗(yàn)等情況進(jìn)行檢查，確保安全工器具數(shù)量充足、質(zhì)量滿足要求，按時(shí)進(jìn)行周期性試驗(yàn)并建立安全工器具臺(tái)帳。臺(tái)賬管理界面如圖4所示。

（2）檢修工器具配置

在主界面（如圖5所示）的【基本數(shù)據(jù)】區(qū)中錄入或選擇參數(shù)，單擊“確定”按鈕，【檢修對(duì)象簡(jiǎn)圖】區(qū)會(huì)給出檢修對(duì)象信息，如圖5中1所示。單擊“查詢”按鈕，查詢是否之前有配置過(guò)相應(yīng)檢修工器具。

圖4 檢修工器具臺(tái)帳管理

圖5 配置結(jié)果圖

輸入或者選擇【參數(shù)輸入】區(qū)的檢修信息，按順序單擊“計(jì)算總荷載”、“配置工具”，如圖 5中2所示。完成配置工具后，單擊“導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)”將配置工具信息導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)中。在【標(biāo)準(zhǔn)化工具信息】區(qū)顯示配置后的結(jié)果，如圖5中3所示。

單擊【標(biāo)準(zhǔn)化工具信息】區(qū)中“工具名稱”列下的“手扳葫蘆”，再單擊【操作臺(tái)】中的“查看圖片”按鈕，【工具圖片信息】區(qū)會(huì)向用戶提供工器具的具體實(shí)物圖片信息，如圖5中4所示部分。

（3）結(jié)果顯示

完成上述操作后，為了便于用戶保存、打印和攜帶工器具配置結(jié)果，可單擊“導(dǎo)出工作單”按鈕，得到Excel版“輸電線路完整工具配置報(bào)告單”和“輸電線路標(biāo)準(zhǔn)化配置工具單”，如圖6所示。

4 結(jié)論

圖6 配置結(jié)果Excel工作報(bào)告單

本文的核心原創(chuàng)工作在于：(1)依據(jù)檢修作用標(biāo)準(zhǔn)化分析在復(fù)雜環(huán)境下的直線塔和耐張塔絕緣子及金具類設(shè)備故障的檢修工器具配置方法；(2)依據(jù)檢修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)版建立工器具臺(tái)帳管理，實(shí)現(xiàn)工器具全生命周期管理并實(shí)時(shí)調(diào)取查看；(3)運(yùn)用窗體界面設(shè)計(jì)工器具模塊化管理，采用防衛(wèi)式容錯(cuò)技術(shù)為用戶提供各種人機(jī)接口，方便用戶對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作和管理。本系統(tǒng)的研發(fā)成功縮短了檢修工器具配置的時(shí)間，提高了檢修效率和工器具管理水平。

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司.國(guó)家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程（線路部分）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]國(guó)家電網(wǎng)公司.《110kV～500kV架空輸電線路檢修規(guī)范》(國(guó)家電網(wǎng)生技[2005]173號(hào)文件附件)[S].2005.

[3]國(guó)家電網(wǎng)公司.《110(66)kV～500kV架空輸電線路運(yùn)行規(guī)范》(國(guó)家電網(wǎng)生技[2005]172號(hào)文件附件 1)[S].2005.

[4]國(guó)家電網(wǎng)公司人力資源部.輸電線路檢修上、下冊(cè)[M].中國(guó)電力出版社，2010.

[5]房曉斌.通信系統(tǒng)設(shè)備管理系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008，34(6)：113-116.

[6]汪小科，趙會(huì)東.C#全能速查寶典[M].北京：人民郵電出版社，2012.