Компьютерное проектирование воздушных линий и гибких ошиновок ОРУ
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 разработанный компанией Consistent Software (www.consistent.ru) 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
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
Рис. 2. Таблица информации об анкерных опорах
В таблицу, приведенную на рис. 2, вводится информация об анкерных опорах:
• тип опоры и ее высота (тип опоры выбирается из справочной базы данных);
• тип изоляторов;
• число изоляторов.
Рис. 3. Таблица с информацией об участках
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:
• 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. 5. Таблица описания пересечения коммуникаций
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.
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 (www.geonics.ru). Подробнее о совместной работе EnergyCS Line и GeoniCS мы расскажем позже.
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.
Рис. 6. Таблица расставленных опор
Рис. 7. Схема расстановки опор по трассе участка
Рис. 8. Таблица кривой провисания провода пролета
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.
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. 9. Кривая провисания провода в расчетном режиме
Рис. 10. Таблица монтажной кривой для провода пролета
Рис. 11. График монтажной кривой
Для пересечений выполняется специальный расчет габаритов, результаты которого представляются в таблице (рис. 12).
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, необходимые параметры исходного режима.
Рис. 12. Таблица расчета габаритов пересечений
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.
Рис. 13. Изменение исходных и расчетных режимов
Рис. 14. Таблица удельных нагрузок провода
Рис. 15. Таблица расчета критических пролетов и выбора стандартных исходных и расчетных режимов
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).
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.
Рис. 16. Таблица расчета мест установки гасителей вибрации
Рис. 17. Таблица монтажных максимальных стрел провеса
Рис. 18. Таблица-шаблон кривой провисания для анкерованного участка
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 электропередачи. 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.
