При проектировании воздушных линий электропередач (ВЛ) и гибких ошиновок открытых распределительных устройств (ОРУ) наиболее трудоемкой процедурой является механический расчет проводов и тросов. Автоматизировать этот процесс позволяет программный комплекс EnergyCS Line.

Общая постановка задачи

Проектируемая воздушная линия имеет сложную конфигурацию и может состоять из множества анкерованных участков, конечными точками которых являются анкерные опоры. Предполагается, что анкерные опоры определены, их обозначение (нумерация) задано и положение на плане известно, а анкерованные участки определены и обозначены номерами соответствующих анкерных опор.

Рис. 1. План линии электропередачи
Рис. 1. План линии электропередачи

Положение анкерных опор задается координатами точек их размещения на плане (рис. 1). Программа позволяет выполнить:

  • расстановку промежуточных опор на основе профиля трассы каждого участка;
  • проверку габаритов на проблемных участках ВЛ;
  • проверку габаритов пересечений с другими коммуникациями и дорогами;
  • расчет мест установки гасителей вибрации;
  • подготовку цифровой информации для построения итоговых чертежей профилей с расстановкой опор по трассе.

Предполагается, что в перспективе программа будет также выполнять расчет для составления спецификации материалов и необходимого при сооружении ВЛ оборудования, а также для размещения на опорах ВЛ оптоволоконных кабелей связи.

Подготовка исходных данных

Информация об анкерных опорах вводится в таблицу, приведенную на рис. 2:

  • тип опоры и ее высота (тип опоры выбирается из справочной базы данных);
  • тип изоляторов;
  • число изоляторов.
Рис. 2. Таблица информации об анкерных опорах
Рис. 2. Таблица информации об анкерных опорах

Информация об анкерованных участках вводится в таблицу, представленную на рис. 3. Участки определяются конечными анкерными опорами: одна анкерная опора условно считается началом участка, а вторая — его концом. Для каждого участка должны быть заданы:

Рис. 3. Таблица с информацией об участках
Рис. 3. Таблица с информацией об участках
  • длина участка (при заданных координатах анкерных опор вычисляется автоматически);
  • расчетная (ожидаемая) длина пролета;
  • тип провода (выбирается из справочной базы данных);
  • число проводов в фазе;
  • допустимое максимальное тяжение провода на участке (если оно по какой-либо причине должно быть меньше допустимого);
  • тип промежуточной опоры (выбирается из справочной базы данных);
  • высота опоры;
  • допустимый габарит для участка;
  • максимальная допустимая длина пролета;
  • тип изолятора (выбирается из справочника);
  • число изоляторов в гирлянде и число гирлянд на фазу ВЛ.
Рис. 4. Таблица описания профиля трассы на участке
Рис. 4. Таблица описания профиля трассы на участке

Профиль трассы задается в таблице (рис. 4), где указываются расстояния точек от начала участка и высоты точек поверхности. Высота точки поверхности может отсчитываться от любого уровня — от уровня моря или от уровня установки первой опоры первого участка. Важно лишь, чтобы эта точка была единой для всего расчета.

Для каждого участка дополнительно должны быть заданы точки пересечения с другими воздушными линиями электропередачи и связи.

Рис. 5. Таблица описания пересечения коммуникаций
Рис. 5. Таблица описания пересечения коммуникаций

Таблицы, приведенные на рис. 2−5, могут быть заполнены исходными данными о проектируемой ВЛ как вручную, так и через системный буфер обмена. Кроме того, программа позволяет вводить исходные данные непосредственно из текстовых файлов форматов CSV и XML: CSV-файлы поддерживаются приложениями MS Excel любых версий, а также большинством СУБД, а XML-файлы — приложениями MS Office 2003 и новейшими версиями многих СУБД. Вся совокупность исходных данных для расчета может быть введена из одного файла.

Предполагается, что исходные данные могут быть сформированы в единый файл обмена в программе, позволяющей работать с топографическими планами и поддерживающей цифровую модель поверхности земли. В качестве основной такой программы рассматривается GeoniCS. Подробнее о совместной работе EnergyCS Line и GeoniCS будет рассказано позже.

Рис. 6. Таблица расставленных опор
Рис. 6. Таблица расставленных опор
Рис. 7. Схема расстановки опор по трассе участка
Рис. 7. Схема расстановки опор по трассе участка

Расчет, связанный с расстановкой опор по трассе, выполняется отдельно для каждого участка. В составе такого расчета программа осуществляет:

  • расчет удельных и погонных нагрузок в соответствии с требованиями ПУЭ;
  • выбор исходного и расчетного режимов на основе анализа критических пролетов;
  • расчет кривой провисания;
  • последовательное, от начала к концу участка, определение оптимального положения каждой промежуточной опоры с учетом зон запрета установки опор.

Расчетчик всегда имеет возможность вмешаться в процесс автоматической расстановки опор: положение отдельных промежуточных опор может быть задано принудительно, а группы опор расставлены принудительно равномерно. В распоряжении расчетчика — таблица расставленных опор (рис. 6), а также графическая схема расстановки опор по трассе участка (рис. 7). Кроме того, для любого пролета может быть выведена на экран таблица с описанием кривой провисания провода с заданным шагом (рис. 8), содержащая следующие данные:

  • уровень поверхности;
  • высота точки провода;
  • расстояние от поверхности до провода;
  • стрела провисания провода;
  • напряжение и тяжение в соответствующей точке провода.
Рис. 8. Таблица кривой провисания провода пролета
Рис. 8. Таблица кривой провисания провода пролета
Рис. 9. Кривая провисания провода в расчетном режиме
Рис. 9. Кривая провисания провода в расчетном режиме

Предоставляется возможность просмотра представленных в таблице данных на графике (рис. 9). Монтажные кривые для любого пролета линии — зависимости стрел провеса, тяжений и напряжений от температуры — могут быть получены как в табличном (рис. 10), так и в графическом виде (рис. 11).

Рис. 10. Таблица монтажной кривой для провода пролета
Рис. 10. Таблица монтажной кривой для провода пролета
Рис. 11. График монтажной кривой
Рис. 11. График монтажной кривой

Для пересечений выполняется специальный расчет габаритов, результаты которого представляются в таблице (рис. 12).

Рис. 12. Таблица расчета габаритов пересечений
Рис. 12. Таблица расчета габаритов пересечений

Кроме стандартного расчета, для провода может быть выполнен расчет габаритов при разных исходных и расчетных режимах. В таблице, приведенной на рис. 13, можно, задав произвольные сочетания исходных и расчетных режимов, получить соответствующие максимальные стрелы провеса и даже, задав желаемую стрелу провеса, получить необходимые параметры исходного режима.

Один из важных принципов расчетной программы — проверяемость полученных результатов с возможностью вывода промежуточных результатов. Для механического расчета такими промежуточными результатами являются удельные и погонные нагрузки (рис. 14). В таблице определения критических пролетов и выбора исходных и расчетных режимов (рис. 15) не только показываются промежуточные результаты, принятые для расчета габаритов, но и устанавливаются стандартные параметры исходного и расчетного режимов, принимаемые для расчетов. Таким образом, она отменяет изменение режимов, внесенное в таблицу, представленную на рис. 13.

Программа EnergyCS Line позволяет выполнять расчет, связанный с определением мест установки гасителей вибрации (рис. 16), а также получить таблицу монтажных максимальных стрел провеса (рис. 17) и табличное описание шаблона кривой провисания для участка (рис. 18).

Рис. 13. Изменение исходных и расчетных режимов
Рис. 13. Изменение исходных и расчетных режимов
Рис. 14. Таблица удельных нагрузок провода
Рис. 14. Таблица удельных нагрузок провода
Рис. 15. Таблица расчета критических пролетов и выбора стандартных исходных и расчетных режимов
Рис. 15. Таблица расчета критических пролетов и выбора стандартных исходных и расчетных режимов
Рис. 16. Таблица расчета мест установки гасителей вибрации
Рис. 16. Таблица расчета мест установки гасителей вибрации
Рис. 17. Таблица монтажных максимальных стрел провеса
Рис. 17. Таблица монтажных максимальных стрел провеса
Рис. 18. Таблица-шаблон кривой провисания для анкерованного участка
Рис. 18. Таблица-шаблон кривой провисания для анкерованного участка

Все результаты расчета и исходные данные, представленные в таблицах программы, могут быть переданы в заранее заготовленные таблицы MS Word как при помощи технологии ActiveX, так и через системный буфер обмена. Кроме того, существует возможность вставлять как иллюстрации в документ MS Word все графические рисунки, предоставляемые программой.

EnergyCS Line позволяет передавать в AutoCAD чертежи для последующей ручной доработки, а также полные модели ВЛ с кривыми провисания провода для выполнения рабочих чертежей с использованием специализированных приложений.

Возможности программы обеспечивают значительное сокращение трудозатрат при разработке документации по проектированию линий электропередач. Отличительная черта производимых в EnergyCS Line расчетов при проектировании ОРУ — отсутствие необходимости расстановки опор. В качестве анкерных опор принимаются порталы ОРУ, а расчет для пролета ОРУ может выполняться с учетом сосредоточенных нагрузок на провод.

Совершенствование программы ведется в двух направлениях:

  • расчет динамического действия токов короткого замыкания на провода — расчет проводов на схлестывание при КЗ;
  • построение спецификаций оборудования и материалов на сооружение ВЛ.