超高壓輸變電工程放線作業圖自動繪制研究

宋佳音，朱慶林，張莉莉，吳 敬，劉 宏，陶 金，邵穎鵬

(1.東北林業大學機電工程學院，哈爾濱 150040;2.黑龍江省送變電工程公司，哈爾濱 150070)

在超高壓輸變電工程架空線路施工中，采用張力架線法放線，施工前一定要根據橫斷面圖確定關鍵點(跨頁點或最低點)數據，繪制放線作業圖，從而確定張力機出口張力。目前，技術人員手工繪制完成的放線作業圖，需要在坐標紙上繪制不同參數的放線模板，然后經過數百次的比對校驗，得出張力機的出口張力[1-3]，費時費力。為了提高工作效率，保證工程實施的準確性，本文提出了作業圖自動繪制方法，闡述放線作業圖的自動繪制實現過程。

1 理論依據

架空線路的數學模型比較復雜，在工程實踐中用拋物線近似擬合，計算公式為[4]

式中:Y為架空線弧垂，m;K為模板系數，m-1;F0為架空線水平張力，即張力機出口張力，N;γ為架空線單位長度重量，N/m;X為模板的水平距離，m。

1.1 物理量分析

在式(1)中，架空線單位長度重量γ可根據架空線型號查得，例如:500 kV架空線常用導線型號為LGJ400/35，其對應的γ值經過單位換算為13.486 N/m。架空線水平張力F0的經驗取值為8000～13 000 N，本研究中通過以8000 N為基準，以1000 N為步長遞增的方式確定不同的模板系數K值。當γ=13.486 N/m時，常用K值如表1所示。

表1 常用K值表

將式(1)中的X定義為架空線路中跨越點(鐵路、公路、通信線、帶電線等所在位置)的水平距離，即跨越點在橫斷面圖中對應的橫坐標值，再根據式(1)計算可以得到不同模板系數時的架空線弧垂Y，該值大于被跨越物的最小安全距離即為滿足要求，跨越架與被跨越物的最小安全距離如表2所示。由此可確定最大的K值，得到滿足要求的F0最小值[1]。

表2 跨越架與被跨越物的最小安全距離 m

1.2 對比運算模型的建立

選取橫斷面圖中第一級樁所在位置的延長線與線路中心線的交點為坐標原點，如圖1所示。建立數學模型，其數學表達式為

圖1 坐標原點示意圖

其中，i=1，2，3…表示樁位號。取x0=0，當比例系數為某一待定值時，依次代入相鄰兩檔所對應的導線懸掛點坐標，可以求得第i樁的水平平移距離ai和垂直平移距離bi，且有ai＞0，bi＞0。在橫斷面圖中橫坐標x值的繪制比例為1∶1000，縱坐標y值的繪制比例為1∶100，單位是mm，因此式(2)中的比例系數k與模板系數之間的關系為k=10 K。當每檔架空線的坐標曲線確定后，代入跨越點坐標，判斷是否大于最小安全凈距，若滿足要求，則得到對應檔位的K值，否則增大F0值，求得新的K值，重復上述運算過程直至滿足要求為止。

2 放線作業圖的自動繪制

放線作業圖的自動繪制包括數據的自動讀取、數據的自動處理以及放線作業圖的自動生成三部分內容，因此需要設計完成上述功能的程序和設計不同程序之間的接口程序。

2.1 數據自動讀取程序

在放線作業圖自動繪制過程中，需要的數據有懸掛點坐標以及跨越點坐標。數據能夠自動讀取的運行環境是設計院提供橫斷面圖，格式為AutoCAD圖形.dwg文件。數據自動讀取程序是基于AutoLISP語言開發的zb.lsp文件[5-6]，程序內容如下:

1)自定義函數，函數名稱為zb，語句表述為defun c:zb()。

2)關掉命令響應。

3)創建對話框模式，輸入總樁數，定義整數n為總樁數，程序循環執行次數為n，同時定義樁號和跨越點標號為字符串。

4)在d盤創建并打開“坐標數據.xls”文件，設定初值，對鼠標點擊處的橫坐標及縱坐標值進行屏幕取點記錄，利用賦值函數setp對“坐標數據.xls”文件進行寫值，利用strcat函數實現坐標數據的順序存儲[6]。

5)關閉fp，提示輸入zb命令來運行本程序。

該程序的加載有兩種具體操作方式:1)在AutoCAD命令行輸入appload，選擇zb.lsp程序;2)將zb.lsp復制到support文件夾內實現自動加載。程序加載成功后輸入zb運行命令，輸入樁號，然后自動記錄鼠標點擊位置的坐標數據，并以Excel文件格式輸出。

2.2 數據處理程序

數據處理程序主要包括C++與EXCELL的接口程序和數據的分析計算及采樣。

2.2.1 接口程序

在C++運行環境基于C語言創建C++與EXCELL的接口程序[7]，從而讀取.xls文件的坐標數據(操作界面略)。點擊“選擇文件路徑”選擇自動讀取的坐標數據保存的位置后再點擊確定，操作完成。

2.2.2 處理程序

1)模型參數的計算。設定初始值γ=13.486 N/m，F0=8000 N，根據式(1)計算K值，再根據關系式ki=10K求得式(2)中比例系數ki的初始值。代入相鄰兩級懸掛點坐標，根據式(2)計算該檔對比運算模型的水平平移距離ai和垂直平移距離bi，此時比例系數ki的初始值由所對應的對比運算模型確定，將跨越點的橫坐標代入，計算出跨越點處架空線的縱坐標值。

2)判斷循環計算。將計算出的跨越點處架空線的縱坐標與讀取的跨越點縱坐標求差值，若差值大于0，則循環結束;否則F0=F0+100，重復模型參數計算環節，直至跨越點處架空線的縱坐標與讀取的跨越點縱坐標的差值大于0。

3)參數輸出與數據采樣。若跳出循環計算則輸出該次計算過程中使用的F0值和計算得到的K值，同時進行數據采樣，采樣點橫坐標以(xi-xi-1)/10為步長遞增。代入確定的對比運算模型中求采樣點縱坐標，最終以EXCELL格式輸出每檔采樣點數據，部分輸出數據如表3所示。

表3 輸出數據形式

通過表3中數據來判斷跨越段是否滿足最小凈距要求，從而確定該段K值及F0值，無跨越段從模型參數計算直接進入數據采樣。

2.3 放線作業圖的生成

輸出數據格式為EXCELL的.xls文件[8]，A列存儲x坐標值、B列存儲y坐標值，在C1列中輸入“=A1＆”，“＆B1”命令，再用鼠標拖動的方法在 C列生成繪圖點的坐標形式，然后打開工程橫斷面圖，即CAD文件，在“繪圖”中點擊“多段線”，將C列坐標粘貼至命令行“選擇坐標起點”位置，放線作業圖將自動擬合，前三級的放線作業曲線如圖2所示。

圖2 放線作業曲線

3 結語

基于滿足工程實際要求，有效提高計算速度，完成了放線作業圖自動繪制方法的程序設計。通過在500 kV建三江-前進鎮輸電線路新建工程應用，驗證了該方法可行、有效。同時，也表明了使用該方法方便快捷。

[1]國家電網公司交流建設分公司組.架空輸電線路施工工藝通用技術手冊[M].北京:中國電力出版社，2012.

[2]童希令，趙福軍.500 kV單回線路“一牽三”張力展放導引繩施工方法[J].黑龍江電力，2006，28(2):131-133，136.

[3]呂兆福，朱慶林.±660 kV直流輸電示范工程1000 mm2大截面導線張力放線技術[J].黑龍江電力，2011，33(6):455-457.

[4]李博之.高壓架空輸電線路施工技術手冊(架線工程計算部分)[M].第三版.北京:中國電力出版社，2008.

[5]劉喜平.基于AutoLISP的AutoCAD二次開發技術[J].機械制造與自動化，2011(4):128-129，146.

[6]周樂來，馬婧.AutoCAD2008Visual LISP二次開發入門到精通[M].北京:機械工業出版社，2008.

[7]李普曼.C++Primer[M].第4版.北京:電子工業出版社，2012.

[8]鄭曉廣，李君章.利用平斷面圖和EXCEL在CAD中繪制放線作業圖[J].電力建設，2008(11):92-93.