架空输电线路跨越封网工程计算软件的设计与开发

闫付乐，梁德欣，王雅斌，于立叁

（国网北京市电力公司，北京 西城 100031）

为落实国家电网有限公司“三算四验五禁止”管理管控要求，使用C#编程语言开发编写相关计算软件，其中“封网计算工具”“地锚拉线”计算工具解决了施工存在的计算难题。改变原有计算主要通过手工或使用Excel 表格计算的方式。本研究根据C#语言的特征，介绍一种所见即所得的动态交互式操作模式的实现技术，辅助设计具有良好人机交互功能的“三算”计算软件。

1 计算方法

跨越封网系统算法依据《架空输电线路无跨越架不停电跨越架线施工工艺导则》《高压架空输电线路架线施工计算原理》编制，算法编写具有权威性，针对假担封网开发主计算模块与其他形式的辅助计算模块，如图1所示。

图1 跨越档全封网布置示意图

封网计算方法采用状态方程渐次逼近计算，现有表格计算法不能满足拉线选型及不同施工状态计算的快速切换，计算时间长、效率低。本计算模型设计承载索有两种工作状态，一种为安装工作状态（即空载状态），另一种为导线事故状态，两种状态下有不同的张力和弧垂。当已知安装状态的张力求解事故状态张力时，可采用简化的导线状态方程式，即简化的斜抛物线方程式：

式中：HA为承载索的安装张力，N/mm2；φ为土壤的计算抗拔角，（°）；l为跨越档的水平档距，m；W0为承载索单位长度的重力，N/m；S为承载索（绝缘段）的有效截面积，mm2；E为承载索的弹性模量，N/mm2；HS为事故状态下承载索的张力，N/mm2；WS为事故状态下承载索单位长度重力，N/m。

将式（2）代入（1），经整理得

当已知HA、W0、WS、S及E时，可由式（4）按渐次逼近法，求解HS，HS应小于承载索的允许张力。

2 软件的设计开发

软件设计分为两部分主模块，一是封网计算模块，包括假担式跨越封网计算模块及辅助计算其他跨越形式的计算模块；二是地锚计算模块。

2.1 封网计算模块

以假担封网为基础设计计算方法，包括参数输入、迪尼玛承载索校验、系统计算的主要功能，将封网计算通用计算部分分为7 项计算，分别为参数计算、迪尼玛承载索折算单位长度计算、空载工况计算、安全放线工况计算、事故静载计算、事故动载计算、通用部分接口计算。

因跨越封网施工类型包括假担封网、杉篙跨越架、格构式跨越架等类型，故设计辅助计算界面，利用假担跨越架通用计算模块辅助计算其他类型跨越架的计算方法，设计开发出通用计算模块，辅助相关计算，如图2所示。

图2 封网软件界面

2.2 地锚拉线计算模块

根据施工需求，原有地锚计算一般为手工计算，将地锚计算封装成为软件，可以在同一计算界面实现正算求地锚受力、反算求地锚埋深，可以快速校验地锚受力与埋深是否满足施工条件，主要计算公式：

式中：Q为地锚允许抗拔力，kN；D为圆柱地锚的直径或矩形地锚的宽度，m；L为地锚长度，m；h为地锚入土深度，m；α为地锚受力方向与水平方向的夹角，（°）；ν为土壤的容量，kN/m3；k为安全系数，可取2～4，界面如图3所示。

图3 地锚拉线计算模块

2.3 软件应用介绍

首先将某项目工程相关参数输入软件，选择对应电压等级的电力线路，或输入被跨越物的距离，选择导线分裂数，输入选用的迪尼玛承载索，点击迪尼玛承载索校验计算，如果选用迪尼玛型号符合会在界面最下方弹出“迪尼玛承载索满足校验条件”，反之则需要重新输入参数。

输入相关参数并计算完成后，直接点击系统计算则跳转计算结果界面，不同工况下的张力、弧垂以及与被跨越物之间的距离直接输出在软件界面。

地锚拉线可通过正算求地锚埋深及反算求拉线受力两个计算公式进行互相论证，输入封网计算的事故动载状态下的受力，输入地锚拉线计算模块“地锚允许承载力”，将相关勘测参数输入软件界面（左侧），点击计算出地锚埋深。

3 结束语

软件的编制应用改变了原有封网及拉线计算手工计算的方式，提高计算的准确性，同时减少计算工作量，提高工作效率，为方案审核提供技术支撑，可使相关计算部分形成编制审核的闭环管理。当前软件已实现2 项主要的计算功能并在相关施工方案中得到了应用，一是地锚拉线计算模块可实现正算求地锚埋深、反算求拉线受力的功能；二是封网计算模块可实现假担封网计算功能及其他形式封网辅助计算功能。下阶段的开发重点是所见所得图形化的效果呈现：使用工具进行计算时，可以直接在图形界面上修改参数，在图形界面上查看网片弧垂、张力，并将标明计算结果的图形直接复制到方案模板中，使计算工具更加实用。