＼＼＼、、Ｌ————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————开发案 ———————————————————————————————————～—— 架空输电线路风偏计算软件的设计与开发 黄永来 ， 赵晓龙 ． 张 欣３ （１．太原理Ｔ大学阳泉学院信息系，阳泉０４５０００；２．阳泉供电分公司输电工区，阳泉０４５００１； ３．太原理工大学阳泉学院实训中心．阳泉０４５０００） 摘要：介绍输电线路风偏计算软件设计的理论依据、模块划分、计算流程。以及软件的开发实施。 通过软件的使用，减少以往手工计算风偏的工作量，提高计算的速度和精确度，为及时防止 风偏闪络事故的发生提供理论的依据。 关键词：输电线路；风偏角；计算软件；数据库 ０ 引言 山西是重化工基地．空气的污秽尘埃较严重，飘落 表１线路带电部分对杆塔的最小空气间隙ｌ】 、＼、辩蔼＼ 外过电压 内过电压 运行电压 项目 气温（℃） 足速‘Ｉ，０＇ 曩小空气阚嫁《－●》 ＋１５ ＋５ ５ 在输电线路绝缘子上，在雾、湿浓度较大的气候条件 下，泄漏电流增大，造成绝缘子闪络．因此输电线路直 １Ｏ １５ ３Ｏ １９ｏｏ ｌ４５０ ５５０ 线杆塔采取绝缘子复合化措施．尽管合成绝缘子有许 多优点．然而并非所有的瓷绝缘子都可以简单地用合 成绝缘子替换。对于Ｌｖ／Ｌｈ（其中：Ｌｖ指垂直档距。ＩＪｈ指 水平档距）较小的杆塔．由于合成绝缘子串较长、较轻 的特点，因此在替换时必须经过科学计算．精确校核。 以确保高压输电线路的安全运行 但在以往的工作中． 由于计算风偏角和绝缘子串长度时采用手丁计算．工 当杆塔横担尺寸及绝缘子串的长度确定后．不同 工况下的风偏角山值可以通过计算或作间隙圆图求 得，合成绝缘子串的串长增加后，如果横担长度不变， 带电体至电杆或塔身的距离将成为最小空气间隙的控 制条件 在这种情况下，绝缘子串越长，控制摇摆角Ｉｌ， 值越小。因此，合成绝缘子替换瓷绝缘子后，对于那些 原设计风偏裕度不大的杆位．可能会造成摇摆角增大， 间隙减小，就容易发生风偏闪络事故。 作量大。计算精度不准．而且计算过程复杂．以至于在 基层单位实际工作时．通常依赖于经验．没有理论的依 据．为风偏闪络事故的发生埋下了隐患 如何利用计算 计算直线杆塔在实际档距高差情况下的风偏摇摆 机实现快速高效准确的计算风偏角和绝缘子串的长 度．成为了一个亟待解决的问题 角．与该塔允许摇摆角进行比较．如实际摇摆角大于允 许摇摆角．则说明该塔的空气间隙不满足要求．具有发 生风偏闪络的隐患 计算公式： １ 软件设计的理论依据 在架空输电线路设计规程中明确规定了工频电 压、操作过电压及雷电过电压＿丁况下，带电部分与杆塔 ｌ ＋ｈｎｇ４ｓｌ ｛ ￣上－＋一ｎｇｔｓｌ—｛ｏ＋ｗｉ构件的最小空气间隙．这种空气间隙是指在不同Ｔ况 所对应的风速下，绝缘子串风偏后 带电体对杆塔构件 应保持的最小距离。如表１所示。 收稿日期：２０１０—０５—２７ 修稿日期：２０１０—０６—２７ 其中：０为悬垂绝缘子串风偏角（度），Ｐ 为悬垂绝 缘子串水平风压（Ｎ），Ｇ 悬垂绝缘子串垂直重量（Ｎ），ｇ 为导线自重比载（Ｎ／ｍｍ２．ｍ），ｇ４为导线水平风压比载 （Ｎ／ｍｍｚ．ｍ），ｎ为导线分裂根数，ｓ为导线截面（ｍｍ ），ｌ 作者简介：黄永来（１９７１一），男，山西阳泉人，讲师，研究生，研究方向为计算机应用技术 ① 现代计算机２０１０．ｏ７ 为水平档距（ｍ），ｌｖ为垂直档距（ｍ），ｗｊ为重垂片重量 （Ｎ）。 架空输电线路风偏计算软件根据上述的理论依据 开发设计．主要验算过程： ①依据输电线路管理档案的竣工图纸提供的设计 参数．验算２２０ｋＶ输电线路直线杆塔风偏角及空气间 隙。如表２所示。 ②根据设计图纸给出三种运行条件的温度、风速 及地形标高，杆塔呼称高、规律档距及摇摆角验算公 式．计算出风偏角．再根据绝缘子串长度求出导线对塔 头构件的最小空气距离．在三种运行条件下的空气间 隙是否合格 ③对不合格的杆塔及时采取措施，例如采取ｖ串 固定、下拉横担固定、加大重锤片数量等。 表２实际验算杆塔空气间隙相关参数 作图时应注意：考虑角钢的宽度、脚钉、铁塔加工误差及作图 误差等，间隙应留１５０ｍｍｍｍ的安全裕度。 作图时应注意：考虑角钢的宽度、脚钉、铁塔加工 误差及作图误差等，间隙应留１５０ｍｍ的安全裕度。 ２ 风偏计算软件的设计 ’ ２．１软件的模式及功能模块 由于风偏摇摆角计算工作量大，需要多人进行协 调工作。因此采用Ｃ／Ｓ模式的结构。数据库服务器采用 ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２０００进行数据存储．客户端实现软件的各 种计算功能 ’ 在计算之前首先要输入相应的参数．例如线路信 息、杆塔类型、杆塔基本参数、导线有关参数等。软件可 以实现线路摇摆角计算、根据间隙园摇摆角反算风速、 摇摆角仿真动画、线路断面图等功能。如图１所示 ２．２程序计算流程 线路摇摆角计算过程中要分别计算风速１０ｍ／ｓ、 １５ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ或３０ｍ／ｓ情况下线路的摇摆角。计算流程 如图２所示 ３ 风偏计算软件的实现 本软件采用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０进行设计．主要实观了 线路摇摆角计算、根据间隙园摇摆角反算风速、线路摇 摆角动画仿真、绘制输电线路断面图等４个主要功能。 输电线路风偏计算软件 基本参数Ｉ ｌ线路摇摆角ｌ Ｉ系统维护 太 导 线 摇 杆 杆 路 线 摆 计 塔 线 塔 线 摇 路 角 算 数 数 用 密 类 路 基 有 摆 断 动 结 据 据 户 码 型 表 本 关 角 面 画 果 备 还 管 管 参 参 计 图 仿 管 份 原 理 理 数 数 算 真 理 图１软件功能模块图 选择线路名称、杆号 １瓶 是 ——— ，： ／ 计算风速ｌＯｍ／ｓ时悬垂绝缘子风压 — 计算水平档距 平均风速１Ｏｍ／ｓ — 时摇摆角 计算垂直档距 —， 计算风速ｌＯｍ／ｓ时摇摆角 ｌ计算风速１５帕／ｓ时悬垂绝缘子风压 — 计算水平档距 平均风速１５ｍ／ｓ ； 时摇摆角 计算垂直档距 一ｒ 计算风速１５ｍ／ｓ时摇摆角 ｌ计算风速２５ｍ／ｓ或３ｏｎｌ／ｓ时悬垂绝缘子风压Ｉ ； ｆ ． 计算水平档距 平均风速 ｝ ２５ｍ／ｓ或 Ｉ｝ 计算垂直档距 ３０ｍ／ｓ时 ： 描ｊ丢用 计算风速２５ｍ／ｓ或３０ｍ／ｓ时摇摆角 Ｉ 计算分析结果报告 图２线路摇摆角计算流程 ３．１线路摇摆角计算 （１）绝缘子串的风压计算： －８１ｃ 现代计算机２０１０．０７ ＠ Ｃ为绝缘子串的受风面积，Ｖ为设计采用１０分钟 的平均风速。 （２）实际演算过程中，依据输电线路杆塔运行绝缘 子类型、绝缘子串的挂点数量、导线的分裂方式、绝缘 子数量进行选择，然后进行计算。如图３所示。 豢甏ｌ 赣麓 ； 撼 ≮爱 —压 曩镶 曩 Ⅲ ｜１ｎ … 端｛ ｛＃ ＿ “－～ 勰≈ 糍 瓣＃ 一 一一 、ＰＣ －一…－设绝ｅ悬 缘计ｃ垂采子杀绝用串 缘的ｌ子Ｏ受分串风钟的面平风积均口风ｌ 速ｍ 尊簟｜ＩＩｌＩ翰瓣霉蒜 一 辫囊精群珊 ｛ 》 ¨¨¨ ¨ｌ■…＿ｆ ∞ 菇＿｝攀 薹 ＿ “ ∞…薯 ｉ ｒ如 融 ｊ ： ☆黼蚪 Ｐ。＾ ｉ ｛ ， ～一 弘 ¨ｒ—＿＿＝＿＿曩曩誊 ’ ｝ 图３绝缘子串的风压计算 （２）水平档距的计算。如图４所示： 图４水平档距的计算 ＝ Ｌ２ 其中：ＬＪ｝ｌ为水平档距（ｍ），Ｌ。为小号侧档距（Ｖｉｉ），ＬＪ２ 为大号侧档距（ｍ）。 （３）垂直档距的计算。如图５所示： （｝ 鲁） 其中，Ｌ 为垂直档距， 为水平档距，８为对应当时 气象条件导线应力，ｇ为对应当时气象条件导线比载， ＠ 现代计算机２０１０．０７ Ｈ 为本杆塔与小号侧杆塔的高差，Ｈ 为本杆塔与大号 侧杆塔的高差，Ｌ 为小号侧档距，ＬＪ２为大号侧档距。 图５垂直档距的计算 （４）摇摆角计算。 将在三种气象条件下上述已经计算得出的参数结果 代人摇摆角公式，然后计算，即可得出结果，如图６所示。 图６线路摇摆角计算 （５）分析计算报告 依据设计的三种气象条件下的计算结果．根据不 同的杆塔间隙数据进行验算比对表２提供的参数是否 满足要求．得出验算结果．供运行单位对本杆塔判断能 否满足风偏要求提出参考意见，如图７所示。 ３．２根据间隙园摇摆角反算风速 依据导线状态方程式 －－８一 一 （ ） ２ ２ 已知气象条件下的温度为ｔ ，比载ｇ ，此时应力为 ６ ，令待求气象条件下的温度是ｔ ，比载ｇ ，应力是８， 求解６。 Ｅ为导线的弹性模量（Ｎ／ｍ．ｍｍ２），０【为线膨胀系数 （１／℃），Ｌ为代表档距（ｍ）。 假设不同气象条件下的温度、风速已经确定，计算 机采用试凑法进行求解摇摆角，如图８所示。 风偏角计算结果分析报告 序号 麟ｇ ２２０栅 Ｉ目 杆号 忤型 水早 §睡 ２∞５ 米 塘艟方式 ｌ片大糟瓶 支２２ｄ 式台成蚺蠊子 ３０米，咎风涟垂直挡更 －ｓ ， ｍ ｔ 龋Ｉ ３０１ ６６９７ １０米，杪风速垂直 §臣 ３７￥ ※ 新电压腻舶０ｆ ３０，＝嚣５棼撼 韭 内过电医凰‘曩鲁０（１５，＝ １４ ２２３３９ 度 蚪过电压风饵角日（１０）： ６ ４盯“ 度 运行电压闻瞰位 ） 合格 内过电匿阍照值 ） 合格 外过电压阍瞰值 ） 台格 描麓： 无 备注 塑鹱疆 萄 ｌｉ 繁 ： 珊应注童＝蒿艘襁 翳＇一髅 盈作嗽 图７风偏计算结果分析报告 搬据阔隙匿摇攥角反ｔｉＪｔ，遗 图８根据间隙园摇摆角反算风速 ３．３线路摇摆角动画仿真 对于不同的杆型及不同的结构尺寸，依据摇摆角 的允许范围。进行动画演示，对间隙园有一种直观的认 识．如图９所示。 图９摇摆角动画仿真 ３．４绘制输电线路断面图 当线路从山坡、陡崖附近经过有树木、建筑物、或 交叉跨越线路时．导线风偏后可能引起对地或建筑物 等距离不满足安全距离要求．此时应计算导线风偏后 的弧垂．在实际工作中。我们不仅需要知道档距中央的 弛度．有时还需要知道任意点的弛度。 一 （ ＝ ２ｇ ２￣ｃｏｓ４， 其中：ｖ为交叉跨越处导线的弛度，ｘ为自导线悬 挂点至被跨越物的距离，Ｌ为相邻两杆塔的档距。ｇ为 实际气象条件下的导线比载．８为实际气象条件下的导 线应力， 为两杆悬挂点不等高时的高差角。 依据实时气象条件的温度、风速参数输人计算机． 其根据提供的参数自动生成（５００／５０００）比例断面图，并 对交叉跨越处的任意点的弧垂进行校验．判定导线风 偏角度、垂直线路方向水平摆动最大距离、风偏后交叉 跨越处垂直下方的标高是否满足要求 提供直接的计 算数据，供运行单位判断导线舞动能否发生故障．作为 参考的科学依据。如图１０所示： 现代计算机２０１０．０７ ＠ 电工区防止风偏闪络事故的发生提供了及时准确的理 论依据。 ５ 结语 通过架空输电线路风偏计算软件的开发．实现了 利用计算机快速、准确地进行线路摇摆角的计算和分 析，对不合格的杆塔及时掌握，并采取相应措施．使设 备抗外界环境的影响风险逐步提高，保证设备的健康 水平，降低输电线路掉闸率．具有重要的经济效益和社 会效益，对全省输电线路专业应用乃至全国具有很好 的推广价值 参考文献 图１Ｏ输电线路断面图 【ｌ】张殿生．电力工程高压送电线路设计手册（第二版）【Ｍ】．北 京：中国电力出版社．２００５ ４ 系统使用情况 【２】邵天晓．架空送电线路的电线力学计算（第２版）【Ｍ】．北京： 架空输电线路风偏计算软件于２００７年１２月在阳 中国水利水电出版社．２００３：１３ ２０ 泉供电分公司输电工区正式投入使用．并于２００７年ｌ２ 【３】许建安．３５～１１０ｋＶ输电线路设计【Ｍ］．北京：中国水利水电 月通过了供电分公司的验收。２００８年至今，先后在临 出版社．２００３ 汾、长治、朔州等地的输电工区投入使用．到目前为止． ［４１￣Ｎ５．我国５００ｋＶ输电线路风偏闪络分析ｆＪ］．电网技术， ２００５ ０７ 运行一直稳定可靠，该软件快速、准确的计算结果为输 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ Ｏｖｅｒｈｅａｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ Ｓ Ｗｉｎｄ Ａｎｇｌｅ ＨＵＡＮＧ Ｙｏｎｇ—ｌａｉ’， ＺＨＡＯ Ｘｉａｏ—ｌｏｎｇ２， ＺＨＡＮＧ Ｘｉｎ （１．Ｄｅｐａ￣ｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，Ｙａｎｇｑｕａｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｇｑｕａｎ ０４５０００； ２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｗｏｒｋ Ａｒｅａ，Ｙａｎｇｑｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｙａｎｇｑｕａｎ ０４５００１； ３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｙａｎｇｑｕａｎ ＣｏＨｅｇｅ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｇｑｕａｎ ０４５０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｃ，ｍｏｄｕｌｅ ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｏｖｅｒｈｅａｄ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ Ｓ ｗｉｎｄ ａｎｇｌｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｗｏｒｋｌｏａｄ ｏｆ ｍａｎｕａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ａｃ－ ｃｕｒａｃｙ，ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｉｍｅｌｙ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ｏｖｅｒｈｅａｄ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ Ｓ ｗｉｎｄ ａｎｇｌｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｏｖｅｒｈｅａｄ Ｐｏｗｅｒ ＴｒａｎｓｍｉＳｓｉｏｎ Ｌｉｎｅ；Ｗｉｎｄ Ａｎｇｌｅ；Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ；Ｄａｔａｂａｓｅ 现代计算机２０１ｏ．ｏ７