架空輸電線路跨越封網(wǎng)工程計(jì)算軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

閆付樂(lè)，梁德欣，王雅斌，于立叁

（國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京 西城 100031）

為落實(shí)國(guó)家電網(wǎng)有限公司“三算四驗(yàn)五禁止”管理管控要求，使用C#編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)編寫相關(guān)計(jì)算軟件，其中“封網(wǎng)計(jì)算工具”“地錨拉線”計(jì)算工具解決了施工存在的計(jì)算難題。改變?cè)杏?jì)算主要通過(guò)手工或使用Excel 表格計(jì)算的方式。本研究根據(jù)C#語(yǔ)言的特征，介紹一種所見(jiàn)即所得的動(dòng)態(tài)交互式操作模式的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，輔助設(shè)計(jì)具有良好人機(jī)交互功能的“三算”計(jì)算軟件。

1 計(jì)算方法

跨越封網(wǎng)系統(tǒng)算法依據(jù)《架空輸電線路無(wú)跨越架不停電跨越架線施工工藝導(dǎo)則》《高壓架空輸電線路架線施工計(jì)算原理》編制，算法編寫具有權(quán)威性，針對(duì)假擔(dān)封網(wǎng)開(kāi)發(fā)主計(jì)算模塊與其他形式的輔助計(jì)算模塊，如圖1所示。

圖1 跨越檔全封網(wǎng)布置示意圖

封網(wǎng)計(jì)算方法采用狀態(tài)方程漸次逼近計(jì)算，現(xiàn)有表格計(jì)算法不能滿足拉線選型及不同施工狀態(tài)計(jì)算的快速切換，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、效率低。本計(jì)算模型設(shè)計(jì)承載索有兩種工作狀態(tài)，一種為安裝工作狀態(tài)（即空載狀態(tài)），另一種為導(dǎo)線事故狀態(tài)，兩種狀態(tài)下有不同的張力和弧垂。當(dāng)已知安裝狀態(tài)的張力求解事故狀態(tài)張力時(shí)，可采用簡(jiǎn)化的導(dǎo)線狀態(tài)方程式，即簡(jiǎn)化的斜拋物線方程式：

式中：HA為承載索的安裝張力，N/mm2；φ為土壤的計(jì)算抗拔角，（°）；l為跨越檔的水平檔距，m；W0為承載索單位長(zhǎng)度的重力，N/m；S為承載索（絕緣段）的有效截面積，mm2；E為承載索的彈性模量，N/mm2；HS為事故狀態(tài)下承載索的張力，N/mm2；WS為事故狀態(tài)下承載索單位長(zhǎng)度重力，N/m。

將式（2）代入（1），經(jīng)整理得

當(dāng)已知HA、W0、WS、S及E時(shí)，可由式（4）按漸次逼近法，求解HS，HS應(yīng)小于承載索的允許張力。

2 軟件的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

軟件設(shè)計(jì)分為兩部分主模塊，一是封網(wǎng)計(jì)算模塊，包括假擔(dān)式跨越封網(wǎng)計(jì)算模塊及輔助計(jì)算其他跨越形式的計(jì)算模塊；二是地錨計(jì)算模塊。

2.1 封網(wǎng)計(jì)算模塊

以假擔(dān)封網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算方法，包括參數(shù)輸入、迪尼瑪承載索校驗(yàn)、系統(tǒng)計(jì)算的主要功能，將封網(wǎng)計(jì)算通用計(jì)算部分分為7 項(xiàng)計(jì)算，分別為參數(shù)計(jì)算、迪尼瑪承載索折算單位長(zhǎng)度計(jì)算、空載工況計(jì)算、安全放線工況計(jì)算、事故靜載計(jì)算、事故動(dòng)載計(jì)算、通用部分接口計(jì)算。

因跨越封網(wǎng)施工類型包括假擔(dān)封網(wǎng)、杉篙跨越架、格構(gòu)式跨越架等類型，故設(shè)計(jì)輔助計(jì)算界面，利用假擔(dān)跨越架通用計(jì)算模塊輔助計(jì)算其他類型跨越架的計(jì)算方法，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出通用計(jì)算模塊，輔助相關(guān)計(jì)算，如圖2所示。

圖2 封網(wǎng)軟件界面

2.2 地錨拉線計(jì)算模塊

根據(jù)施工需求，原有地錨計(jì)算一般為手工計(jì)算，將地錨計(jì)算封裝成為軟件，可以在同一計(jì)算界面實(shí)現(xiàn)正算求地錨受力、反算求地錨埋深，可以快速校驗(yàn)地錨受力與埋深是否滿足施工條件，主要計(jì)算公式：

式中：Q為地錨允許抗拔力，kN；D為圓柱地錨的直徑或矩形地錨的寬度，m；L為地錨長(zhǎng)度，m；h為地錨入土深度，m；α為地錨受力方向與水平方向的夾角，（°）；ν為土壤的容量，kN/m3；k為安全系數(shù)，可取2～4，界面如圖3所示。

圖3 地錨拉線計(jì)算模塊

2.3 軟件應(yīng)用介紹

首先將某項(xiàng)目工程相關(guān)參數(shù)輸入軟件，選擇對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的電力線路，或輸入被跨越物的距離，選擇導(dǎo)線分裂數(shù)，輸入選用的迪尼瑪承載索，點(diǎn)擊迪尼瑪承載索校驗(yàn)計(jì)算，如果選用迪尼瑪型號(hào)符合會(huì)在界面最下方彈出“迪尼瑪承載索滿足校驗(yàn)條件”，反之則需要重新輸入?yún)?shù)。

輸入相關(guān)參數(shù)并計(jì)算完成后，直接點(diǎn)擊系統(tǒng)計(jì)算則跳轉(zhuǎn)計(jì)算結(jié)果界面，不同工況下的張力、弧垂以及與被跨越物之間的距離直接輸出在軟件界面。

地錨拉線可通過(guò)正算求地錨埋深及反算求拉線受力兩個(gè)計(jì)算公式進(jìn)行互相論證，輸入封網(wǎng)計(jì)算的事故動(dòng)載狀態(tài)下的受力，輸入地錨拉線計(jì)算模塊“地錨允許承載力”，將相關(guān)勘測(cè)參數(shù)輸入軟件界面（左側(cè)），點(diǎn)擊計(jì)算出地錨埋深。

3 結(jié)束語(yǔ)

軟件的編制應(yīng)用改變了原有封網(wǎng)及拉線計(jì)算手工計(jì)算的方式，提高計(jì)算的準(zhǔn)確性，同時(shí)減少計(jì)算工作量，提高工作效率，為方案審核提供技術(shù)支撐，可使相關(guān)計(jì)算部分形成編制審核的閉環(huán)管理。當(dāng)前軟件已實(shí)現(xiàn)2 項(xiàng)主要的計(jì)算功能并在相關(guān)施工方案中得到了應(yīng)用，一是地錨拉線計(jì)算模塊可實(shí)現(xiàn)正算求地錨埋深、反算求拉線受力的功能；二是封網(wǎng)計(jì)算模塊可實(shí)現(xiàn)假擔(dān)封網(wǎng)計(jì)算功能及其他形式封網(wǎng)輔助計(jì)算功能。下階段的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是所見(jiàn)所得圖形化的效果呈現(xiàn)：使用工具進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以直接在圖形界面上修改參數(shù)，在圖形界面上查看網(wǎng)片弧垂、張力，并將標(biāo)明計(jì)算結(jié)果的圖形直接復(fù)制到方案模板中，使計(jì)算工具更加實(shí)用。