[收稿日期] 2013-10-09; [修改日期] 2014-03-20 [作者简介] 李会超 (1982—) , 男, 河北人, 硕士, 工程师, 从事输电线路设计工作. doi:10.3969/j.issn.1008-6218.2014.02.010 特高压交流输电线路双 "I" 笼式硬跳线 参数配置系统开发与应用 李会超 (西南电力设计院, 成都 610021) 0 引言 笼式硬跳线普遍应用于特高压交流输电线路, 按照硬跳线与铁塔连接方式可分为双 "I" 式、 双"V" 式和爬梯式.皖电东送淮南—上海特高压交流输 电示范工程是我国首条同塔双回交流特高压输电 摘要: 特高压交流线路耐张塔多采用双 "I" 笼式硬跳线, 该型式跳线经济性好、 安装简单, 但是由于其硬跳部分可以横向转动, 耐张线夹受力大, 在出现大风情况下间隙变化幅度大, 因 此需合理配置线路配重、 硬跳部分长度、 软跳部分弧垂, 才能满足安全运行需要.本文分析了 双"I" 笼式硬跳线参数设计中的控制条件, 建立了其数学模型, 设计参数计算流程, 应用VBA 技术开发了基于Excel与AutoCAD的设计软件.经工程实际应用验证, 该设计系统数据输入 方便, 硬跳线参数配置合理, 并且可以在AutoCAD中对计算结果进行三维观测. 关键词: 特高压交流输电线路; 耐张塔; 双"I" 笼式硬跳线; 张力; 空气间隙; 三维可视化 文献标志码: B 中图分类号: TM75 文章编号: 1008-6218 (2014) 02-0040-05 Parameter Design on Cage-type Hard Jumper of Double "I" in UHV AC Transmission Line Li Huichao (Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610021) Abstract: Cage-type hard jumper of double "I" is widely used in UHV AC line tension tower. The type of hard jumper has following advantages: better economic performance, simple installation. However, due to its hard-jump section can rotate laterally, strain clamp force is larger and gap can significantly change, its counterweight, the length of hard jump part, soft jump sag need reasonable allocation to meet the safe operation requirements. This paper analyzed the type of hard jumper design boundary conditions, established the mathematical model, designed parameter configuration process and development the design system applied VBA technology of Excel and AutoCAD-based. Through practical test, data input of the design system is convenient. The calculated results are reasonable and 3D visualization. Key words: UHV AC transmission line; tension tower; double "I" cage-type hard jumper; tension; air interstice; 3D visualization 内蒙古电力技术INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER 2014年第32卷第2期40 工程, 耐张塔采用双 "I" 笼式硬跳线, 其优点是铁塔 横担短, 整体经济性较好, 且安装简单.但是, 由于 双"I" 笼式硬跳线其硬跳部分可以横向转动, 软跳部 分档距会随之变化, 引起弧垂及内部张力发生较大 变化.因此, 合理配置双 "I" 笼式硬跳线配重、 硬跳 部分长度、 软跳部分弧垂, 才能保证线路安全可靠 运行.在以往工程设计中, 通常采用人工调节参数 和程序计算相结合的方式[1-2] , 参数配置结果受到人 为因素影响, 同时影响经济性. 本文针对双 "I" 笼式硬跳线的特点, 通过分析约 束边界条件, 建立其状态方程, 以保证安全性、 实现 经济性最优为目标, 设计了参数计算流程, 并应用 VBA 技术开发了基于 Excel 与AutoCAD 的设计软 件, 实现了工程数据批量录入, 计算过程不受人工 干预, 计算结果以数据和 CAD 图形 2 种方式输出显 示等功能. 1 双"I" 笼式硬跳线设计边界条件 为保证线路安全可靠运行, 对于双 "I" 笼式硬跳 线, 在设计时要考虑以下边界条件: (1) 配重: 增加硬跳线的配重可以减小其摇摆 角度, 但是受杆塔强度要求, 同时考虑经济性, 硬跳 线的配重受到最大配重值限制. (2) 安装张力: 由于软跳部分存在张力, 在安 装时硬跳部分会与垂直方向形成一定角度的偏角, 即安装预偏角.安装预偏角受配重和安装张力控 制[3] . (3) 大风张力: 在大风气象条件下, 软跳部分 档距会增大, 若硬跳部分向增大档距的方向摆动, 软跳部分张力也会迅速增大.过大的跳线张力会 对耐张线夹引流板的寿命造成不利影响.因此, 要 控制大风张力在引流板疲劳受力可接受范围内. (4) 软跳线平弧垂: 为优化软跳线在硬跳部分 出口位置的受力, 应限制软跳线平弧垂. (5) 空气间隙: 各种气象条件下硬跳线系统带 电部分与塔身的间隙应满足要求[1-6] .耐张塔间隙 较直线塔间隙一般按照1.1倍增大系数考虑. 2 建立硬跳线受力数学模型 要合理配置硬跳线的参数, 需要计算其在不同 气象条件下的空间位置和软跳部分的内应力.为 了便于分析, 将双 "I" 笼式硬跳线分为前侧软跳部 分、 后侧软跳部分和硬跳部分, 本文仅讨论各部分 受力平衡状态下情况, 不考虑其动态过程. 2.1 硬跳部分 硬跳部分数学模型如公式 (1) [2] : ? = tan-1 F + Tf sin αf + Tb sin αb W + P1 (lb + lf) 2 + hfTf lf + hbTb lb , (1) 式中 ?—硬跳部分的偏角, (°) ; F —刚性跳线系统总风压, N; Tf、 Tb—前、 后侧软跳线水平张力, N; αf、 αb—前、 后侧软跳线档距与耐张塔横担垂直 方向夹角, (°) ; W—刚性跳线系统总质量, 不包括软跳线部 分, kg; P1—软跳线单位荷载, N/m; lf、 lb—前、 后侧软跳线档距, m; hf、 hb—前、 后侧软跳线高差, m. 2.2 软跳部分 由于软跳线较短, 在进行软跳部分状态方程建 模时, 可忽略由温度和张力引起的线长变化, 认为 线长恒定.同时, "I" 式悬挂跳线系统可以横向自由 摆动, 耐张串偏角对模型计算结论影响很小, 可不 考虑.软跳部分线长计算方法见公式 (2) [2, 7-8] : L = l cos β + l3 P2 cos β 24T2 , (2) 式中 L—跳线软跳部分线长, m; l—软跳线档距, m; P—软跳线综合荷载, N/m; T—软跳线水平张力, N; β—软跳线高差角, (°) . 不同气象条件下, 软跳线水平张力求解公式如 公式 (3) [9] : T2 = T1l2 P2 cos β2 * l2 cos β1 24T1 2 (l1 cos β2 - l2 cos β1) + l1 3 P1 2 cos2 β1 cos β2 , (3) 公式 (3) 中的量与公式 (2) 相同, 下角标为 1 的参数 为已知工况物理量, 下角标为 2 的参数为需求解工 况物理量. 与输电线路中杆塔间弧垂计算方法不同的是, 在考虑大风气象条件下, 高差角应计算在软跳风偏 平面内的实际值.这是因为软跳部分的档距与高 差的比值一般小于 2, 不能忽略由于弧垂摆动产生 的高差角变化. 2014年第32卷第2期 李会超: 特高压交流输电线路双 "I" 笼式硬跳线参数配置系统开发与应用 41 3 硬跳线参数配置系统设计开发 3.1 建立模型 首先建立模型坐标系 (见图 1 所示) , 以便于校 核跳线与杆塔的间隙.以铁塔中心为坐标原点, 向 上为z轴正方向, 建立右手坐标系[10] .将铁塔塔身简 化为多段线, 使用多段线的顶点坐标存储塔身数 据.同样, 将软跳部分的悬链线离散为多段线.跳 线与铁塔的间隙即可转为直线与直线的距离或点 到直线的距离来求解. 3.2 系统架构 求解跳线的数学模型, 需要输入大量数据, 包 括铁塔使用条件、 铁塔结构参数、 气象条件、 导线参 数、 跳线参数、 控制参数等; 跳线模型求解中需要根 据偏角采用空间变换得到跳线系统位置坐标. Excel具有强大的数据处理能力, 可以批量输入 和输出数据.AutoCAD系统中集成了三维空间变换 函数, 同时具有良好的绘图性能.考虑以上因素, 为提高整个系统界面的友好性, 实现结果的三维可 视化, 应用 VBA 技术实现 Excel 与AutoCAD 联合开 发[11] , 整个系统架构见图2. 3.3 模型求解 由于双 "I" 笼式硬跳线受到多个边界条件限制, 模型求解中需逐次满足各个限值要求.当某一限 值不满足时, 需对初始状态进行调整, 安装张力的 增大可导致对塔身的空气间隙的增大, 同时引流板 张力限值和最小平弧垂又要求安装张力不能过大; 软跳部分对耐张串低压端间隙随软跳部分弧垂增 大而增大, 但是其对塔身间隙随着弧垂的增大而减 小.因此, 合理设计计算流程是模型求解中重要的 任务.根据各个限值调整范围和对跳线系统的影 响程度, 按照图3流程可得到优化设计方案. 求解安装预偏角和其他气象条件状态时, 均需 计算硬跳部分摇摆角.硬跳部分的摇摆角度和软 跳部分张力相互耦合.理论上, 给定1个初始状态, 模型方程组可以求得1个状态解, 但是计算复杂, 程 序也不易实现.硬跳线的摇摆角是在一个有界范 围内, 软跳部分档距受软跳线长的约束, 因此可以 将硬跳部分摇摆角限定在某个区间范围, 然后通过 对硬跳部分摇摆角和软跳张力的迭代算法得到可 行的状态解. 系统输入数据 AutoCAD VBA 对象初设参数 变换后对象坐标 AutoCAD进行图 形绘制与变换 Exce1 VBA计算相关 位置参数, 旋转角度 等, 并控制整个程序 流程 输出配重、 弧垂等计算结果 不同条件下跳线三维图 图2 硬跳线参数配置系统架构 图1 模型坐标系示意图 x y z 张力满足要求 间隙满足要求 输出结果, 绘制三维图形 N Y Y 根据前、 后侧耐张串引流 板间距配置硬跳部分长度 增加安装张力 减少安装张力 安装预偏角小于限值 增加配重 软跳对耐张串低压端 间隙满足 N 平弧垂在限值范围内 小于限值 大于限值 求解其他气象条件状态 (大风、 雷电过电压、 操 作过电压) N 计算各点初始坐标, 给 定最小配重和软跳部 分最大安装张力 Y Y 图3 模型求解流程图 N 2014年第32卷第2期内蒙古电力技术42 4 应用实例 皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工 程采用双 "I" 笼式硬跳线.该工程导线型号为 LGJ-630/45, 跳线型号为 JLK/G1A-900/45.山区某 SJC303-57 型耐张塔使用条件为: 前侧档距 398 m, 代表档距 445 m, 塔基高差-15 m; 后侧档距 553 m, 代表档距528 m, 高差8.3 m; 转角21°30′. 将线路基础数据输入计算软件, 生成 "线路基 础数据" 、 "塔型基础数据" 、 "导线跳线基础数据" 和 "串型数据表" 表格, 输出的结果如图 4—7 所示. 运行 VBA 计算程序, 即得到该塔硬跳线配置结果、 软跳线内应力和最小间隙值. 该铁塔硬跳线相关配置参数如表1所示. 分析表1, 可以看出: 由于外角前后侧引流板间 距较远, 外角侧硬跳部分长度配置较长; 外角侧向 塔身摆动时, 软跳部分档距减小, 弧垂变大, 为限制 其摇摆角度, 配重要适当增加; 上相配重最大, 中相 次之. 表2给出软跳线安装张力、 大风张力和大风情 况下间隙等边界条件计算结果. 大风情况下软跳部分张力较安装情况下增大 很多, 软跳部分弧垂主要受大风情况下张力控制; 交流特高压耐张塔相间间距受电磁环境控制, 跳线 间隙不控制塔头尺寸. 输出的内、 外角侧 (中相) 三维图形如图8所示. 5 结语 双"I" 笼式硬跳线整体经济性好, 安装简单, 在 特高压交流输电线路工程中得到广泛应用.本文 分析了双 "I" 笼式硬跳线参数设计中的控制条件, 建 立其状态方程, 给出了设计计算流程, 并开发相应 软件.该软件利用VBA集合Excel数据处理能力和 AutoCAD 图形变换能力的优势, 实现数据处理的批 图4 系统输出的线路基础数据表 图5 系统输出的塔型基础数据表 图6 系统输出的导线跳线基础数据表 图7 系统输出的串型数据表 表1 SJC303-57型耐张塔硬跳线配置参数1) 跳线位置 外角侧下相 外角侧中相 外角侧上相 内角侧上相 内角侧中相 内角侧下相 M/kg 600 800 1000 600 400 400 ly/m 16 16 16 14 14 14 f1b/m 2.94 3.01 3.06 2.61 2.58 2.61 f2b/m 0.55 0.60 0.62 0.33 0.31 0.33 lb/m 15.46 15.10 14.86 13.86 14.21 14.77 f1f/m 3.11 3.31 3.16 3.25 3.20 3.22 f2f/m 0.34 0.45 0.36 0.42 0.40 0.41 lf/m 16.43 16.17 15.78 15.20 15.52 16.06 注: 1) M 为配重; ly 为硬跳部分长度; f1f、 f1b 为前、 后侧软跳部分 弧垂; f2f、 f2b 为前、 后侧软跳部分平弧垂; lf、 lb 为前、 后侧软跳部分线 长. 表2 边界条件计算结果1) 跳线位置 外角侧下相 外角侧中相 外角侧上相 内角侧上相 内角侧中相 内角侧下相 Tab/N 172.9 156.8 147.0 153.5 166.4 180.5 Taf/N 178.8 156.8 156.8 136.2 147.7 160.1 Twb/N 1 220.0 1 321.4 1 168.7 812.5 811.4 711.5 Twf/N 1 269.0 1 081.0 1 492.3 547.7 548.5 513.6 d1min/m 7.2 6.7 7.4 7.1 6.7 8.1 d2min/m 10.3 10.6 10.7 10.3 10.2 10.1 d3min/m 8.8 7.4 7.1 6.0 6.2 7.9 注: 1) Tab、 Taf为后侧、 前侧安装张力; Twb、 Twf为后侧、 前侧大风张 力; d1min为大风气象条件下前、 后侧软跳部分与塔身最小间隙; d2min为前、 后侧软跳部分与耐张串低压端最小间隙; d3min为大风气象条件下 硬跳部分与塔身间隙值. 2014年第32卷第2期 李会超: 特高压交流输电线路双 "I" 笼式硬跳线参数配置系统开发与应用 43 量化和结果的可视化.皖电东送淮南至上海特高 压交流输电示范工程线路工程部分区段硬跳线配 置采用该软件计算, 投运至今, 运行情况良好. 参考文献: [1] 中国电力工程顾问集团公司, 国家电网公司.GB 50665— 2011 1000 kV 架空输电线路设计规范[S].北京: 中国计划 出版社, 2011: 16-20. [2] 陈建忠, 李勇伟, 张小力.750 kV 输电线路耐张塔刚性跳 线的研究开发[J].电力建设, 2006, 27 (10) : 19-21. [3] 尹泉军, 崔志国, 付明翔, 等.1000 kV 特高压交流输电线 路跳线安装施工技术[J].河北电力技术, 2010, 29 (6) : 41-43. [4] 胡选, 张要强, 潘少成, 等.1000 kV 交流特高压有关联双 柱组合耐张塔软跳线设计[J].电力建设, 2009, 30 (11) : 13-16. [5] 韩锐.220 kV 输电线路大转角耐张塔跳线风偏跳闸故障 的反事故措施[J].华东电力, 2007, 24 (4) : 14-15. [6] 王声学.特高压输电线路抗风偏闪络性能的计算研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2008: 12-35. [7] 谢天臻.跳线长度计算方法的确定[J].电力建设, 1993, 14 (6) : 64-67. [8] 张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[M].北京: 中国 电力出版社, 2003: 179-181. [9] 邵天晓.架空送电线路的电线力学计算[M].北京: 中国电 力出版社, 2003: 81-92. [10] 张瑞永, 吴锁平, 贾振宏, 等.±800 kV直流输电线路硬跳 线的三维可视化设计[J].电力建设, 2012, 33 (7) : 34-37. [11] 张帆, 郑立楷, 王华杰.AutoCAD VBA 开发精彩实例教 程[M].北京: 清华大学出版社, 2004: 60-92. 编辑: 郭昆铁塔 耐张串挂点连线 硬跳部分 (大风状态) 硬跳部分 (大风状态) 软跳部分 a 内角侧 b 外角侧 图8 输出的内、 外角侧 (中相) 三维图形 2014年第32卷第2期内蒙古电力技术国电南瑞智能电网集成应用平台关键技术通过鉴定 2014-03-09, 由国电南瑞配电/农电分公司承担的 "共青城智能电网集成应用平台关键技术研究" 项目在南京 通过江苏省经济和信息化委员会组织的科技成果鉴定.鉴定委员会委员一致认为, 项目成果技术整体达到国内领 先水平, 在业扩报装快速供电方案制定、 三维GIS应用方面达到国际先进水平. 智能电网集成应用平台关键技术研究项目在综合梳理分析智能电网各环节业务流程和数据模型的基础上, 以 电网业务为核心,以数据挖掘分析为基础,以综合监测、 智能告警和决策支撑为功能目标, 以综合可视化技术为手段 研究构建了智能电网集成应用平台, 为智能电网的运行管理提供了直观的技术支持. 该项目融合了基于物联网的配电设备状态监测信息及配网实时运行信息, 实现了配电网实时风险预警及运行 方式优化调整; 利用营配信息融合技术及营/配/调业务贯通 BPM 技术, 集成了电网实时信息、 拓扑信息及用户信 息, 实现了配电自动化、 停电管理、 业扩报装、 新能源接入、 用电能效综合监测等功能应用. 通过营销与配电系统间的互操作, 融合地理信息、 客户报装信息、 配网网架结构及运行状态信息, 实现了基于 配网运行状态及供电能力分析的业扩报装辅助方案设计; 引入三维GIS技术, 实现对配电线路、 变电站及站内设备 等电网资源的实时运行监测、 设备状态预警的全景可视功能. 该项目成果具有良好的推广应用前景, 2013年2月在江西共青城智能电网示范工程投运, 系统运行稳定、 效果 良好, 近期已推广应用于重庆两江新区智能电网综合建设工程项目. (信息来源:http://hvdc.chinapower.com.cn/membercenter/techcenter/viewarticle.asp?user=tech&tempname=电力科技&articleid=10313213) 信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内44
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[收稿日期] 2013-10-09; [修改日期] 2014-03-20 [作者简介] 李会超 (1982—) , 男, 河北人, 硕士, 工程师, 从事输电线路设计工作. doi:10.3969/j.issn.1008-6218.2014.02.010 特高压交流输电线路双 "I" 笼式硬跳线 参数配置系统开发与应用 李会超 (西南电力设计院, 成都 610021) 0 引言 笼式硬跳线普遍应用于特高压交流输电线路, 按照硬跳线与铁塔连接方式可分为双 "I" 式、 双"V" 式和爬梯式.皖电东送淮南—上海特高压交流输 电示范工程是我国首条同塔双回交流特高压输电 摘要: 特高压交流线路耐张塔多采用双 "I" 笼式硬跳线, 该型式跳线经济性好、 安装简单, 但是由于其硬跳部分可以横向转动, 耐张线夹受力大, 在出现大风情况下间隙变化幅度大, 因 此需合理配置线路配重、 硬跳部分长度、 软跳部分弧垂, 才能满足安全运行需要.本文分析了 双"I" 笼式硬跳线参数设计中的控制条件, 建立了其数学模型, 设计参数计算流程, 应用VBA 技术开发了基于Excel与AutoCAD的设计软件.经工程实际应用验证, 该设计系统数据输入 方便, 硬跳线参数配置合理, 并且可以在AutoCAD中对计算结果进行三维观测. 关键词: 特高压交流输电线路; 耐张塔; 双"I" 笼式硬跳线; 张力; 空气间隙; 三维可视化 文献标志码: B 中图分类号: TM75 文章编号: 1008-6218 (2014) 02-0040-05 Parameter Design on Cage-type Hard Jumper of Double "I" in UHV AC Transmission Line Li Huichao (Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610021) Abstract: Cage-type hard jumper of double "I" is widely used in UHV AC line tension tower. The type of hard jumper has following advantages: better economic performance, simple installation. However, due to its hard-jump section can rotate laterally, strain clamp force is larger and gap can significantly change, its counterweight, the length of hard jump part, soft jump sag need reasonable allocation to meet the safe operation requirements. This paper analyzed the type of hard jumper design boundary conditions, established the mathematical model, designed parameter configuration process and development the design system applied VBA technology of Excel and AutoCAD-based. Through practical test, data input of the design system is convenient. The calculated results are reasonable and 3D visualization. Key words: UHV AC transmission line; tension tower; double "I" cage-type hard jumper; tension; air interstice; 3D visualization 内蒙古电力技术INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER 2014年第32卷第2期40 工程, 耐张塔采用双 "I" 笼式硬跳线, 其优点是铁塔 横担短, 整体经济性较好, 且安装简单.但是, 由于 双"I" 笼式硬跳线其硬跳部分可以横向转动, 软跳部 分档距会随之变化, 引起弧垂及内部张力发生较大 变化.因此, 合理配置双 "I" 笼式硬跳线配重、 硬跳 部分长度、 软跳部分弧垂, 才能保证线路安全可靠 运行.在以往工程设计中, 通常采用人工调节参数 和程序计算相结合的方式[1-2] , 参数配置结果受到人 为因素影响, 同时影响经济性. 本文针对双 "I" 笼式硬跳线的特点, 通过分析约 束边界条件, 建立其状态方程, 以保证安全性、 实现 经济性最优为目标, 设计了参数计算流程, 并应用 VBA 技术开发了基于 Excel 与AutoCAD 的设计软 件, 实现了工程数据批量录入, 计算过程不受人工 干预, 计算结果以数据和 CAD 图形 2 种方式输出显 示等功能. 1 双"I" 笼式硬跳线设计边界条件 为保证线路安全可靠运行, 对于双 "I" 笼式硬跳 线, 在设计时要考虑以下边界条件: (1) 配重: 增加硬跳线的配重可以减小其摇摆 角度, 但是受杆塔强度要求, 同时考虑经济性, 硬跳 线的配重受到最大配重值限制. (2) 安装张力: 由于软跳部分存在张力, 在安 装时硬跳部分会与垂直方向形成一定角度的偏角, 即安装预偏角.安装预偏角受配重和安装张力控 制[3] . (3) 大风张力: 在大风气象条件下, 软跳部分 档距会增大, 若硬跳部分向增大档距的方向摆动, 软跳部分张力也会迅速增大.过大的跳线张力会 对耐张线夹引流板的寿命造成不利影响.因此, 要 控制大风张力在引流板疲劳受力可接受范围内. (4) 软跳线平弧垂: 为优化软跳线在硬跳部分 出口位置的受力, 应限制软跳线平弧垂. (5) 空气间隙: 各种气象条件下硬跳线系统带 电部分与塔身的间隙应满足要求[1-6] .耐张塔间隙 较直线塔间隙一般按照1.1倍增大系数考虑. 2 建立硬跳线受力数学模型 要合理配置硬跳线的参数, 需要计算其在不同 气象条件下的空间位置和软跳部分的内应力.为 了便于分析, 将双 "I" 笼式硬跳线分为前侧软跳部 分、 后侧软跳部分和硬跳部分, 本文仅讨论各部分 受力平衡状态下情况, 不考虑其动态过程. 2.1 硬跳部分 硬跳部分数学模型如公式 (1) [2] : ? = tan-1 F + Tf sin αf + Tb sin αb W + P1 (lb + lf) 2 + hfTf lf + hbTb lb , (1) 式中 ?—硬跳部分的偏角, (°) ; F —刚性跳线系统总风压, N; Tf、 Tb—前、 后侧软跳线水平张力, N; αf、 αb—前、 后侧软跳线档距与耐张塔横担垂直 方向夹角, (°) ; W—刚性跳线系统总质量, 不包括软跳线部 分, kg; P1—软跳线单位荷载, N/m; lf、 lb—前、 后侧软跳线档距, m; hf、 hb—前、 后侧软跳线高差, m. 2.2 软跳部分 由于软跳线较短, 在进行软跳部分状态方程建 模时, 可忽略由温度和张力引起的线长变化, 认为 线长恒定.同时, "I" 式悬挂跳线系统可以横向自由 摆动, 耐张串偏角对模型计算结论影响很小, 可不 考虑.软跳部分线长计算方法见公式 (2) [2, 7-8] : L = l cos β + l3 P2 cos β 24T2 , (2) 式中 L—跳线软跳部分线长, m; l—软跳线档距, m; P—软跳线综合荷载, N/m; T—软跳线水平张力, N; β—软跳线高差角, (°) . 不同气象条件下, 软跳线水平张力求解公式如 公式 (3) [9] : T2 = T1l2 P2 cos β2 * l2 cos β1 24T1 2 (l1 cos β2 - l2 cos β1) + l1 3 P1 2 cos2 β1 cos β2 , (3) 公式 (3) 中的量与公式 (2) 相同, 下角标为 1 的参数 为已知工况物理量, 下角标为 2 的参数为需求解工 况物理量. 与输电线路中杆塔间弧垂计算方法不同的是, 在考虑大风气象条件下, 高差角应计算在软跳风偏 平面内的实际值.这是因为软跳部分的档距与高 差的比值一般小于 2, 不能忽略由于弧垂摆动产生 的高差角变化. 2014年第32卷第2期 李会超: 特高压交流输电线路双 "I" 笼式硬跳线参数配置系统开发与应用 41 3 硬跳线参数配置系统设计开发 3.1 建立模型 首先建立模型坐标系 (见图 1 所示) , 以便于校 核跳线与杆塔的间隙.以铁塔中心为坐标原点, 向 上为z轴正方向, 建立右手坐标系[10] .将铁塔塔身简 化为多段线, 使用多段线的顶点坐标存储塔身数 据.同样, 将软跳部分的悬链线离散为多段线.跳 线与铁塔的间隙即可转为直线与直线的距离或点 到直线的距离来求解. 3.2 系统架构 求解跳线的数学模型, 需要输入大量数据, 包 括铁塔使用条件、 铁塔结构参数、 气象条件、 导线参 数、 跳线参数、 控制参数等; 跳线模型求解中需要根 据偏角采用空间变换得到跳线系统位置坐标. Excel具有强大的数据处理能力, 可以批量输入 和输出数据.AutoCAD系统中集成了三维空间变换 函数, 同时具有良好的绘图性能.考虑以上因素, 为提高整个系统界面的友好性, 实现结果的三维可 视化, 应用 VBA 技术实现 Excel 与AutoCAD 联合开 发[11] , 整个系统架构见图2. 3.3 模型求解 由于双 "I" 笼式硬跳线受到多个边界条件限制, 模型求解中需逐次满足各个限值要求.当某一限 值不满足时, 需对初始状态进行调整, 安装张力的 增大可导致对塔身的空气间隙的增大, 同时引流板 张力限值和最小平弧垂又要求安装张力不能过大; 软跳部分对耐张串低压端间隙随软跳部分弧垂增 大而增大, 但是其对塔身间隙随着弧垂的增大而减 小.因此, 合理设计计算流程是模型求解中重要的 任务.根据各个限值调整范围和对跳线系统的影 响程度, 按照图3流程可得到优化设计方案. 求解安装预偏角和其他气象条件状态时, 均需 计算硬跳部分摇摆角.硬跳部分的摇摆角度和软 跳部分张力相互耦合.理论上, 给定1个初始状态, 模型方程组可以求得1个状态解, 但是计算复杂, 程 序也不易实现.硬跳线的摇摆角是在一个有界范 围内, 软跳部分档距受软跳线长的约束, 因此可以 将硬跳部分摇摆角限定在某个区间范围, 然后通过 对硬跳部分摇摆角和软跳张力的迭代算法得到可 行的状态解. 系统输入数据 AutoCAD VBA 对象初设参数 变换后对象坐标 AutoCAD进行图 形绘制与变换 Exce1 VBA计算相关 位置参数, 旋转角度 等, 并控制整个程序 流程 输出配重、 弧垂等计算结果 不同条件下跳线三维图 图2 硬跳线参数配置系统架构 图1 模型坐标系示意图 x y z 张力满足要求 间隙满足要求 输出结果, 绘制三维图形 N Y Y 根据前、 后侧耐张串引流 板间距配置硬跳部分长度 增加安装张力 减少安装张力 安装预偏角小于限值 增加配重 软跳对耐张串低压端 间隙满足 N 平弧垂在限值范围内 小于限值 大于限值 求解其他气象条件状态 (大风、 雷电过电压、 操 作过电压) N 计算各点初始坐标, 给 定最小配重和软跳部 分最大安装张力 Y Y 图3 模型求解流程图 N 2014年第32卷第2期内蒙古电力技术42 4 应用实例 皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工 程采用双 "I" 笼式硬跳线.该工程导线型号为 LGJ-630/45, 跳线型号为 JLK/G1A-900/45.山区某 SJC303-57 型耐张塔使用条件为: 前侧档距 398 m, 代表档距 445 m, 塔基高差-15 m; 后侧档距 553 m, 代表档距528 m, 高差8.3 m; 转角21°30′. 将线路基础数据输入计算软件, 生成 "线路基 础数据" 、 "塔型基础数据" 、 "导线跳线基础数据" 和 "串型数据表" 表格, 输出的结果如图 4—7 所示. 运行 VBA 计算程序, 即得到该塔硬跳线配置结果、 软跳线内应力和最小间隙值. 该铁塔硬跳线相关配置参数如表1所示. 分析表1, 可以看出: 由于外角前后侧引流板间 距较远, 外角侧硬跳部分长度配置较长; 外角侧向 塔身摆动时, 软跳部分档距减小, 弧垂变大, 为限制 其摇摆角度, 配重要适当增加; 上相配重最大, 中相 次之. 表2给出软跳线安装张力、 大风张力和大风情 况下间隙等边界条件计算结果. 大风情况下软跳部分张力较安装情况下增大 很多, 软跳部分弧垂主要受大风情况下张力控制; 交流特高压耐张塔相间间距受电磁环境控制, 跳线 间隙不控制塔头尺寸. 输出的内、 外角侧 (中相) 三维图形如图8所示. 5 结语 双"I" 笼式硬跳线整体经济性好, 安装简单, 在 特高压交流输电线路工程中得到广泛应用.本文 分析了双 "I" 笼式硬跳线参数设计中的控制条件, 建 立其状态方程, 给出了设计计算流程, 并开发相应 软件.该软件利用VBA集合Excel数据处理能力和 AutoCAD 图形变换能力的优势, 实现数据处理的批 图4 系统输出的线路基础数据表 图5 系统输出的塔型基础数据表 图6 系统输出的导线跳线基础数据表 图7 系统输出的串型数据表 表1 SJC303-57型耐张塔硬跳线配置参数1) 跳线位置 外角侧下相 外角侧中相 外角侧上相 内角侧上相 内角侧中相 内角侧下相 M/kg 600 800 1000 600 400 400 ly/m 16 16 16 14 14 14 f1b/m 2.94 3.01 3.06 2.61 2.58 2.61 f2b/m 0.55 0.60 0.62 0.33 0.31 0.33 lb/m 15.46 15.10 14.86 13.86 14.21 14.77 f1f/m 3.11 3.31 3.16 3.25 3.20 3.22 f2f/m 0.34 0.45 0.36 0.42 0.40 0.41 lf/m 16.43 16.17 15.78 15.20 15.52 16.06 注: 1) M 为配重; ly 为硬跳部分长度; f1f、 f1b 为前、 后侧软跳部分 弧垂; f2f、 f2b 为前、 后侧软跳部分平弧垂; lf、 lb 为前、 后侧软跳部分线 长. 表2 边界条件计算结果1) 跳线位置 外角侧下相 外角侧中相 外角侧上相 内角侧上相 内角侧中相 内角侧下相 Tab/N 172.9 156.8 147.0 153.5 166.4 180.5 Taf/N 178.8 156.8 156.8 136.2 147.7 160.1 Twb/N 1 220.0 1 321.4 1 168.7 812.5 811.4 711.5 Twf/N 1 269.0 1 081.0 1 492.3 547.7 548.5 513.6 d1min/m 7.2 6.7 7.4 7.1 6.7 8.1 d2min/m 10.3 10.6 10.7 10.3 10.2 10.1 d3min/m 8.8 7.4 7.1 6.0 6.2 7.9 注: 1) Tab、 Taf为后侧、 前侧安装张力; Twb、 Twf为后侧、 前侧大风张 力; d1min为大风气象条件下前、 后侧软跳部分与塔身最小间隙; d2min为前、 后侧软跳部分与耐张串低压端最小间隙; d3min为大风气象条件下 硬跳部分与塔身间隙值. 2014年第32卷第2期 李会超: 特高压交流输电线路双 "I" 笼式硬跳线参数配置系统开发与应用 43 量化和结果的可视化.皖电东送淮南至上海特高 压交流输电示范工程线路工程部分区段硬跳线配 置采用该软件计算, 投运至今, 运行情况良好. 参考文献: [1] 中国电力工程顾问集团公司, 国家电网公司.GB 50665— 2011 1000 kV 架空输电线路设计规范[S].北京: 中国计划 出版社, 2011: 16-20. 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(信息来源:http://hvdc.chinapower.com.cn/membercenter/techcenter/viewarticle.asp?user=tech&tempname=电力科技&articleid=10313213) 信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信信息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息息国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国国内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内内44