架空輸電線路跨越封網(wǎng)工程計算軟件的設(shè)計與開發(fā)

閆付樂，梁德欣，王雅斌，于立叁

（國網(wǎng)北京市電力公司，北京 西城 100031）

為落實國家電網(wǎng)有限公司“三算四驗五禁止”管理管控要求，使用C#編程語言開發(fā)編寫相關(guān)計算軟件，其中“封網(wǎng)計算工具”“地錨拉線”計算工具解決了施工存在的計算難題。改變原有計算主要通過手工或使用Excel 表格計算的方式。本研究根據(jù)C#語言的特征，介紹一種所見即所得的動態(tài)交互式操作模式的實現(xiàn)技術(shù)，輔助設(shè)計具有良好人機交互功能的“三算”計算軟件。

1 計算方法

跨越封網(wǎng)系統(tǒng)算法依據(jù)《架空輸電線路無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算原理》編制，算法編寫具有權(quán)威性，針對假擔封網(wǎng)開發(fā)主計算模塊與其他形式的輔助計算模塊，如圖1所示。

圖1 跨越檔全封網(wǎng)布置示意圖

封網(wǎng)計算方法采用狀態(tài)方程漸次逼近計算，現(xiàn)有表格計算法不能滿足拉線選型及不同施工狀態(tài)計算的快速切換，計算時間長、效率低。本計算模型設(shè)計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。當已知安裝狀態(tài)的張力求解事故狀態(tài)張力時，可采用簡化的導(dǎo)線狀態(tài)方程式，即簡化的斜拋物線方程式：

式中：HA為承載索的安裝張力，N/mm2；φ為土壤的計算抗拔角，（°）；l為跨越檔的水平檔距，m；W0為承載索單位長度的重力，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)下承載索單位長度重力，N/m。

將式（2）代入（1），經(jīng)整理得

當已知HA、W0、WS、S及E時，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)計開發(fā)

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

2.1 封網(wǎng)計算模塊

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

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

圖2 封網(wǎng)軟件界面

2.2 地錨拉線計算模塊

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

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 地錨拉線計算模塊

2.3 軟件應(yīng)用介紹

首先將某項目工程相關(guān)參數(shù)輸入軟件，選擇對應(yīng)電壓等級的電力線路，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，點擊迪尼瑪承載索校驗計算，如果選用迪尼瑪型號符合會在界面最下方彈出“迪尼瑪承載索滿足校驗條件”，反之則需要重新輸入?yún)?shù)。

輸入相關(guān)參數(shù)并計算完成后，直接點擊系統(tǒng)計算則跳轉(zhuǎn)計算結(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。

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

3 結(jié)束語

軟件的編制應(yīng)用改變了原有封網(wǎng)及拉線計算手工計算的方式，提高計算的準確性，同時減少計算工作量，提高工作效率，為方案審核提供技術(shù)支撐，可使相關(guān)計算部分形成編制審核的閉環(huán)管理。當前軟件已實現(xiàn)2 項主要的計算功能并在相關(guān)施工方案中得到了應(yīng)用，一是地錨拉線計算模塊可實現(xiàn)正算求地錨埋深、反算求拉線受力的功能；二是封網(wǎng)計算模塊可實現(xiàn)假擔封網(wǎng)計算功能及其他形式封網(wǎng)輔助計算功能。下階段的開發(fā)重點是所見所得圖形化的效果呈現(xiàn)：使用工具進行計算時，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，并將標明計算結(jié)果的圖形直接復(fù)制到方案模板中，使計算工具更加實用。