Введение

Проектирование воздушных линий (ВЛ) электропередачи — задача трудоемкая, в решении которой, как правило, задействуются сразу несколько подразделений проектной организации. Изыскательские работы и планирование трассы линии выполняются в отделе изысканий, расчет проводов и тросов, расстановку опор производят в линейном отделе, за расчет фундаментов и прочность опор отвечают проектировщики-строители, а проектированием оптического кабеля, подвешиваемого на опоры ВЛ или используемого в качестве грозозащитного троса, занимаются проектировщики-связисты. Поэтому автоматизация проектирования ВЛ должна охватывать всю технологическую цепочку.

Проектирование механической части линии электропередач (после решения всех электротехнических вопросов) начинается с анализа результатов изыскательских работ и создания плана трассы линии электропередачи.

Планирование трассы и обработка результатов изысканий могут выполняться в одной из геодезических программ, таких как GeoniCS. Результатом такой обработки изысканий традиционно является чертеж с описанием трассы, включающий изображение профиля, описание условий геологии и пересечений, информацию об углах поворота трассы и т.п. Эти данные и являются исходными для расстановки опор.

Программный комплекс EnergyCS Line предназначен для автоматизации расчетов, связанных с расстановкой опор по трассе ВЛ, проверки габаритных расстояний для пролетов и пересечений, оценки расстояний до токоведущих частей и проверки на схлестывание, расчетов нагрузок, действующих на детали опор и фундаменты, а также для получения спецификаций оборудования. Кроме проектирования ВЛ, программа может использоваться для расчетов при проектировании гибких ошиновок ОРУ и кабелей волоконно-оптических линий связи, подвешиваемых на опоры ВЛ.

Общая постановка задачи

Проектируемая воздушная линия может иметь сложную конфигурацию и состоять из нескольких линий, а те, в свою очередь, — из множества анкерных участков. Конечные точки анкерных участков — анкерные опоры. Каждой линии, каждому топологическому участку соответствует своя трасса (рис. 1).

Рис. 1. План ВЛ, входящих в проект
Рис. 1. План ВЛ, входящих в проект

Программный комплекс EnergyCS Line позволяет решать следующие задачи проектирования ВЛ:

  • расстановка анкерных опор по трассе ВЛ;
  • расстановка промежуточных опор по анкерным участкам на основе описания профиля и данных о пересекаемых объектах;
  • проверка габаритов пересечений в нормальных и послеаварийных режимах;
  • получение таблицы монтажных тяжений и монтажных стрел провисания с учетом остаточной деформации для фазных проводов и грозозащитных тросов;
  • проверка допустимых расстояний между грозозащитным тросом и верхним фазным проводом;
  • оценка устойчивости гирлянд изоляторов и расчет балластов;
  • оценка сближений проводов и допустимых расстояний до токоведущих частей;
  • расчет нагрузок на опоры и формирование задания строителям на проектирование фундаментов;
  • оценка необходимости применения гасителей вибрации и расчет расстояний их крепления;
  • получение ведомостей оборудования и заказных спецификаций;
  • расчет отвода земель на период строительства и в постоянное использование (в разработке);
  • расчет вырубки просек (в разработке).

Описание профиля трассы в программе представляется в табличном виде (рис. 2). Эта таблица, конечно, может быть заполнена и вручную, но основной способ ее заполнения — экспорт данных из геодезической программы посредством файла обмена или буфера обмена.

Рис. 2. Таблица описания трассы
Рис. 2. Таблица описания трассы

Таблица описания трассы содержит как обязательные, так и необязательные для заполнения колонки. Так, Дистанция (расстояние от начала трассы) и Уровень (высота точки измерения) — это обязательные параметры. Если не вводить обозначения пикетов, они сформируются из дистанции автоматически, однако при сбое в их обозначениях или при наличии рубленых пикетов заполнение колонки Пикет обязательно. Если введены углы направления трассы или заданы признаки установки анкерной опоры, то ввод описания трассы позволит автоматически ввести список анкерных опор и описания анкерных участков. Кроме того, могут быть определены и описания пересечений.

Положения анкерных опор задаются их пикетами. Можно также ввести координаты точек их размещения на плане.

Программа позволяет на основе профиля трассы каждого участка выполнить расстановку промежуточных опор; проверить габариты на проблемных участках ВЛ и габариты пересечений с другими коммуникациями и дорогами; выполнить расчет мест установки гасителей вибрации; подготовить цифровую информацию для построения итоговых чертежей профилей с расстановкой опор по трассе. EnergyCS Line поддерживает текстовые форматы данных на основе CSV и XML, а также текст со знаками табуляции в качестве разделителей.

При невозможности использовать геодезическую программу, способную сформировать табличное описание трассы, информацию о профиле можно получить и непосредственно из чертежа AutoCAD. Для считывания кривой описания профиля необходимо, чтобы линия поверхности состояла из отрезков и полилиний и была вычерчена в особом слое (рис. 3а и 3б). При вводе описания трассы из AutoCAD EnergyCS Line запрашивает имена слоев для описания поверхности и пересечений.

Рис. 3а. Подготовка чертежа для ввода профиля
Рис. 3а. Подготовка чертежа для ввода профиля
Рис. 3б. Подготовка чертежа для ввода профиля
Рис. 3б. Подготовка чертежа для ввода профиля

Информация об анкерных опорах вводится в таблицу, приведенную на рис. 2, и содержит данные о:

  • типе опоры и ее высоте (тип опоры выбирается из справочной базы данных);
  • типе изоляторов;
  • числе изоляторов.
Рис. 4. Таблица информации об анкерных опорах
Рис. 4. Таблица информации об анкерных опорах

Информация об анкерных участках вводится в таблицу, приведенную на рис. 4. Участки определяются конечными анкерными опорами: одна анкерная опора условно считается началом участка, а вторая — его концом. Для каждого участка должны быть заданы:

  • длина (если координаты анкерных опор заданы, то длина вычисляется автоматически);
  • расчетная (ожидаемая) длина пролета;
  • тип провода (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 для провода;
  • тип промежуточной опоры и ее высота (тип опоры выбирается из справочной БД);
  • допустимый габарит для участка;
  • максимальная допустимая длина пролета;
  • тип изолятора (выбирается из справочника);
  • число изоляторов в гирлянде и число гирлянд на фазу ВЛ.
Рис. 5. Таблица с информацией об участках
Рис. 5. Таблица с информацией об участках

Для линии вводится таблица точек пересечений. Если в описании трассы колонки с параметрами пересечений заполнены, то строки таблицы пересечений формируются автоматически, в противном случае таблица пересечений вводится вручную или импортируется из внешнего источника.

Рис. 6. Таблица описания пересечения коммуникаций
Рис. 6. Таблица описания пересечения коммуникаций

Таким образом, исходные данные о проектируемой ВЛ вводятся в таблицы, изображенные на рис. 4−6. В программе эти таблицы могут заполняться как вручную, так и посредством системного буфера обмена.

Все вышеперечисленные таблицы в основном могут быть заполнены автоматически на основании данных таблицы описания трассы. В задачу проектировщика-линейщика входит ввод дополнительной информации о трассе, которую изыскатели обычно не поставляют, принятие решения о расстановке опор, проверка габаритов пересечений и т.п.

Расстановка опор выполняется по участкам с использованием таблицы, приведенной на рис. 7.

Рис. 7. Таблица расставленных опор
Рис. 7. Таблица расставленных опор
Рис. 8. Схема расстановки опор по трассе участка
Рис. 8. Схема расстановки опор по трассе участка

Отдельно для каждого участка выполняется расчет, связанный с расстановкой опор по трассе: расчет удельных и погонных нагрузок в соответствии с требованиями ПУЭ, выбор исходного и расчетного режимов на основе анализа критических пролетов, расчет кривой провисания. Кроме того, последовательно, от начала к концу участка, определяется оптимальное положение каждой промежуточной опоры с учетом зон запрета установки опор. Расчетчик всегда имеет возможность вмешаться в автоматическую расстановку опор: положение отдельных промежуточных опор можно задать принудительно, а группы опор расставить принудительно равномерно. В процессе расстановки в распоряжении расчетчика — таблица расставленных опор (рис. 7). Графическая схема расстановки опор по трассе участка представлена на рис. 8. Для любого пролета может быть выведена на экран таблица с описанием кривой провисания провода с заданным шагом (рис. 9), где выводятся:

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

Данные, представленные в таблице, можно посмотреть на графике (рис. 10). Для любого пролета линии могут быть получены монтажные кривые — зависимости стрел провеса, тяжений и напряжений от температуры в табличном и в графическом виде.

Рис. 10. Таблица и график монтажной кривой для провода пролета
Рис. 10. Таблица и график монтажной кривой для провода пролета

Для пересечений выполняется специальный расчет габаритов для соответствующих режимов (рис. 11).

Рис. 11. Таблица расчета габаритов пересечений
Рис. 11. Таблица расчета габаритов пересечений

Кроме стандартного расчета для провода может быть выполнен расчет габаритов при произвольно заданных режимах. Для выбранного анкерного пролета в таблице, приведенной на рис. 12, можно задавать произвольные сочетания исходных и расчетных режимов и при этом получать соответствующие максимальные стрелы провеса. Кроме того, существует возможность указать желаемую стрелу провеса и получить необходимые параметры исходного режима.

Рис. 12. Изменение исходных и расчетных режимов
Рис. 12. Изменение исходных и расчетных режимов

Результаты

Одним из важных принципов расчетной программы является проверяемость полученных результатов. Проверка достоверности и поиск вероятных ошибок в исходных данных значительно упрощаются, если имеется возможность вывода промежуточных результатов. Так, для механического расчета промежуточными результатами являются удельные и погонные нагрузки (рис. 13). В таблице определения критических пролетов и выбора исходных и расчетных режимов (рис. 14) не только приводятся промежуточные результаты, принятые для расчета габаритов, но и устанавливаются стандартные параметры исходного и расчетного режимов, принимаемые для расчетов. Таким образом, отменяется изменение режимов, внесенное в таблицу, изображенную на рис. 13.

Рис. 13. Таблица удельных нагрузок провода
Рис. 13. Таблица удельных нагрузок провода

Программа EnergyCS Line позволяет получить таблицу монтажных максимальных стрел провеса (рис. 16); выполнить расчет, связанный с определением мест установки гасителей вибрации (рис. 15); определить нагрузки от провода на опоры и натяжение грозозащитного троса для обеспечения необходимого защитного угла по всей линии, а также выполнить другие расчеты.

Рис. 14. Таблица расчета критических пролетов, выбора стандартных исходных и расчетных режимов
Рис. 14. Таблица расчета критических пролетов, выбора стандартных исходных и расчетных режимов
Рис. 15. Таблица расчета мест установки гасителей вибрации
Рис. 15. Таблица расчета мест установки гасителей вибрации
Рис. 16. Таблица монтажных максимальных стрел провеса
Рис. 16. Таблица монтажных максимальных стрел провеса

Все результаты расчета и исходные данные, представленные в таблицах программы, могут быть переданы в заранее заготовленные таблицы MS Word (рис. 17) как с использованием технологии ActiveX, так и через системный буфер обмена. Все графические рисунки, предоставляемые программой, могут быть вставлены в документ MS Word в качестве иллюстраций к расчету.

Рис. 17. Монтажные тяжения и монтажные стрелы в MS Word
Рис. 17. Монтажные тяжения и монтажные стрелы в MS Word

Расчет нагрузок от проводов на опоры наносится на схему опоры (рис. 18) и может быть документирован в MS Word.

Рис. 18. Представление расчета нагрузок на опору
Рис. 18. Представление расчета нагрузок на опору

В программе предусмотрена возможность нанесения расставленных опор на существующий чертеж описания профиля трассы с указанием номеров и марок, длин пролетов, габаритов пересечений (рис. 19).

Рис. 19. Расстановка опор по трассе в AutoCAD
Рис. 19. Расстановка опор по трассе в AutoCAD

Заключение

В настоящее время функционал программы позволяет значительно сократить трудозатраты на разработку документации по проектированию линий электропередач при типовом проектировании, а в особых случаях (например, при проектировании больших переходов) — также и на исследовательские расчеты. Совершенствование программы ведется в двух направлениях:

  • расчет динамического действия токов короткого замыкания на провода — расчет проводов на схлестывание при КЗ (сам расчет токов короткого замыкания в проводах и грозозащитных тросах, а также оценка его термического действия производится в программе EnergyCS TKZ);
  • расчеты по отводу земель и по вырубке просек.
Николай Ильичев,
к.т.н., доцент
CSoft
Тел.: (495) 913−2222
E-mail: ilichev@csoft.ru