超高压输变电工程放线作业图自动绘制研究

宋佳音，朱庆林，张莉莉，吴 敬，刘 宏，陶 金，邵颖鹏

(1.东北林业大学机电工程学院，哈尔滨 150040;2.黑龙江省送变电工程公司，哈尔滨 150070)

在超高压输变电工程架空线路施工中，采用张力架线法放线，施工前一定要根据横断面图确定关键点(跨页点或最低点)数据，绘制放线作业图，从而确定张力机出口张力。目前，技术人员手工绘制完成的放线作业图，需要在坐标纸上绘制不同参数的放线模板，然后经过数百次的比对校验，得出张力机的出口张力[1-3]，费时费力。为了提高工作效率，保证工程实施的准确性，本文提出了作业图自动绘制方法，阐述放线作业图的自动绘制实现过程。

1 理论依据

架空线路的数学模型比较复杂，在工程实践中用抛物线近似拟合，计算公式为[4]

式中:Y为架空线弧垂，m;K为模板系数，m-1;F0为架空线水平张力，即张力机出口张力，N;γ为架空线单位长度重量，N/m;X为模板的水平距离，m。

1.1 物理量分析

在式(1)中，架空线单位长度重量γ可根据架空线型号查得，例如:500 kV架空线常用导线型号为LGJ400/35，其对应的γ值经过单位换算为13.486 N/m。架空线水平张力F0的经验取值为8000～13 000 N，本研究中通过以8000 N为基准，以1000 N为步长递增的方式确定不同的模板系数K值。当γ=13.486 N/m时，常用K值如表1所示。

表1 常用K值表

将式(1)中的X定义为架空线路中跨越点(铁路、公路、通信线、带电线等所在位置)的水平距离，即跨越点在横断面图中对应的横坐标值，再根据式(1)计算可以得到不同模板系数时的架空线弧垂Y，该值大于被跨越物的最小安全距离即为满足要求，跨越架与被跨越物的最小安全距离如表2所示。由此可确定最大的K值，得到满足要求的F0最小值[1]。

表2 跨越架与被跨越物的最小安全距离 m

1.2 对比运算模型的建立

选取横断面图中第一级桩所在位置的延长线与线路中心线的交点为坐标原点，如图1所示。建立数学模型，其数学表达式为

图1 坐标原点示意图

其中，i=1，2，3…表示桩位号。取x0=0，当比例系数为某一待定值时，依次代入相邻两档所对应的导线悬挂点坐标，可以求得第i桩的水平平移距离ai和垂直平移距离bi，且有ai＞0，bi＞0。在横断面图中横坐标x值的绘制比例为1∶1000，纵坐标y值的绘制比例为1∶100，单位是mm，因此式(2)中的比例系数k与模板系数之间的关系为k=10 K。当每档架空线的坐标曲线确定后，代入跨越点坐标，判断是否大于最小安全净距，若满足要求，则得到对应档位的K值，否则增大F0值，求得新的K值，重复上述运算过程直至满足要求为止。

2 放线作业图的自动绘制

放线作业图的自动绘制包括数据的自动读取、数据的自动处理以及放线作业图的自动生成三部分内容，因此需要设计完成上述功能的程序和设计不同程序之间的接口程序。

2.1 数据自动读取程序

在放线作业图自动绘制过程中，需要的数据有悬挂点坐标以及跨越点坐标。数据能够自动读取的运行环境是设计院提供横断面图，格式为AutoCAD图形.dwg文件。数据自动读取程序是基于AutoLISP语言开发的zb.lsp文件[5-6]，程序内容如下:

1)自定义函数，函数名称为zb，语句表述为defun c:zb()。

2)关掉命令响应。

3)创建对话框模式，输入总桩数，定义整数n为总桩数，程序循环执行次数为n，同时定义桩号和跨越点标号为字符串。

4)在d盘创建并打开“坐标数据.xls”文件，设定初值，对鼠标点击处的横坐标及纵坐标值进行屏幕取点记录，利用赋值函数setp对“坐标数据.xls”文件进行写值，利用strcat函数实现坐标数据的顺序存储[6]。

5)关闭fp，提示输入zb命令来运行本程序。

该程序的加载有两种具体操作方式:1)在AutoCAD命令行输入appload，选择zb.lsp程序;2)将zb.lsp复制到support文件夹内实现自动加载。程序加载成功后输入zb运行命令，输入桩号，然后自动记录鼠标点击位置的坐标数据，并以Excel文件格式输出。

2.2 数据处理程序

数据处理程序主要包括C++与EXCELL的接口程序和数据的分析计算及采样。

2.2.1 接口程序

在C++运行环境基于C语言创建C++与EXCELL的接口程序[7]，从而读取.xls文件的坐标数据(操作界面略)。点击“选择文件路径”选择自动读取的坐标数据保存的位置后再点击确定，操作完成。

2.2.2 处理程序

1)模型参数的计算。设定初始值γ=13.486 N/m，F0=8000 N，根据式(1)计算K值，再根据关系式ki=10K求得式(2)中比例系数ki的初始值。代入相邻两级悬挂点坐标，根据式(2)计算该档对比运算模型的水平平移距离ai和垂直平移距离bi，此时比例系数ki的初始值由所对应的对比运算模型确定，将跨越点的横坐标代入，计算出跨越点处架空线的纵坐标值。

2)判断循环计算。将计算出的跨越点处架空线的纵坐标与读取的跨越点纵坐标求差值，若差值大于0，则循环结束;否则F0=F0+100，重复模型参数计算环节，直至跨越点处架空线的纵坐标与读取的跨越点纵坐标的差值大于0。

3)参数输出与数据采样。若跳出循环计算则输出该次计算过程中使用的F0值和计算得到的K值，同时进行数据采样，采样点横坐标以(xi-xi-1)/10为步长递增。代入确定的对比运算模型中求采样点纵坐标，最终以EXCELL格式输出每档采样点数据，部分输出数据如表3所示。

表3 输出数据形式

通过表3中数据来判断跨越段是否满足最小净距要求，从而确定该段K值及F0值，无跨越段从模型参数计算直接进入数据采样。

2.3 放线作业图的生成

输出数据格式为EXCELL的.xls文件[8]，A列存储x坐标值、B列存储y坐标值，在C1列中输入“=A1＆”，“＆B1”命令，再用鼠标拖动的方法在 C列生成绘图点的坐标形式，然后打开工程横断面图，即CAD文件，在“绘图”中点击“多段线”，将C列坐标粘贴至命令行“选择坐标起点”位置，放线作业图将自动拟合，前三级的放线作业曲线如图2所示。

图2 放线作业曲线

3 结语

基于满足工程实际要求，有效提高计算速度，完成了放线作业图自动绘制方法的程序设计。通过在500 kV建三江-前进镇输电线路新建工程应用，验证了该方法可行、有效。同时，也表明了使用该方法方便快捷。

[1]国家电网公司交流建设分公司组.架空输电线路施工工艺通用技术手册[M].北京:中国电力出版社，2012.

[2]童希令，赵福军.500 kV单回线路“一牵三”张力展放导引绳施工方法[J].黑龙江电力，2006，28(2):131-133，136.

[3]吕兆福，朱庆林.±660 kV直流输电示范工程1000 mm2大截面导线张力放线技术[J].黑龙江电力，2011，33(6):455-457.

[4]李博之.高压架空输电线路施工技术手册(架线工程计算部分)[M].第三版.北京:中国电力出版社，2008.

[5]刘喜平.基于AutoLISP的AutoCAD二次开发技术[J].机械制造与自动化，2011(4):128-129，146.

[6]周乐来，马婧.AutoCAD2008Visual LISP二次开发入门到精通[M].北京:机械工业出版社，2008.

[7]李普曼.C++Primer[M].第4版.北京:电子工业出版社，2012.

[8]郑晓广，李君章.利用平断面图和EXCEL在CAD中绘制放线作业图[J].电力建设，2008(11):92-93.