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输电线路设计软件有以下特点:(1)需要考虑复杂的气象条件因素,进行很多电线力学的有关计算,涉及到大量的求解状态方程等数值计算,手工计算工作量非常大,因此适合采用计算机进行计算。(2)功能计算多,且相互之间有大量的数据关联,只有少部分计算完全独立,适宜采用数据库和面向对象技术进行处理。(3)输电线路设计需要查询大量数据,包括气象区数据、导线参数、地线参数、计算系数等。人工查询数据将很费时,计算机的数据库管理功能将是很好的解决方案。(4)输电线路设计中还有许多是进行设计或施工校验,校验用人工进行费时且不准确。(5)输电线路设计和施工计算后将输出大量的设计数据,并绘制成相应的各种曲线以便工程应用。数据的显示和图形绘制用人工完成是很困难的,用计算机进行处理则非常方便和直观。
二、基于.Net的输电线路设计软件的特点
Microsoft公司的.NET框架是一种新的计算平台,它简化了在高度分布式Internet环境中的应用程序开发,考虑输电线路设计的网络计算及相关的信息管理,基于.NET框架的输电线路设计软件具有以下特点:(1).Net框架的程序设计语言具有语言无关性,可以实现跨语言编程和调用。对于输电线路设计软件设计图形接口、表格显示、文字处理等是非常重要的。同时也方便同其他的程序接口,如可以用VBA进行AutoCAD接口,同Excel和Word等进行交换,以及在Web上进行计算信息的及查询等。(2)输电线路设计软件参数众多,应当使用数据库技术管理系统数据。基于的数据库访问技术,更方便实现各种数据库的在线和脱机访问操作。(3)工程应用中要求对输电线路设计计算结果进行大量的图形化处理,传统的程序一般是基于AutoCAD进行图形开发,但程序算法需用其他语言如C++等,开发难度大。利用GDI+可方便实现图形的各种显示、预览和打印等。即便VBA用AutoCAD进行图形的二次开发,.Net下进行VBA的二次开发也很简单。对于各种计算功能则可以选择在.Net平台进行,而复杂的杆塔等图则通过VBA在AutoCAD实现,通过数据库关联。这种模式能兼顾两者的优点,并具有很好的灵活性和可扩展性。(4)输电线路的设计与施工计算功能多,数据关联大,图形显示较复杂,用C++编写开发难度较大,VB进行开发功能难于实现,选用C#.Net是一个很好的方案。(5)基于分布式的输电线路设计软件具有智能客户端的优点,方便离线应用和多用户的角色管理并可应用于网络应用中的工作流进行管理。
三、软件架构及算法
为满足中小设计单位对输电线路设计计算程序的要求,根据对输电线路设计与施工计算的算法特点,程序总体上由输电线路程序类构成,下面又分为输电线路计算类和输电线路界面类(接口)。输电线路计算类完成各个功能模块和中间计算结果的数据定义及计算,同时还包括数据库的相关处理。输电线路界面类则负责程序主界面、数据库界面、绘图的实现。基于.Net框架的输电线路设计计算软件构成如图1所示。各个类的作用如下:(1)输电线路计算类。输电线路计算类和界面类独立,包括输入数据类、输出数据类、特殊数据类等3个类完成气象区定义、导线数据定义、特殊计算数据定义、计算结果输出类(如比载、临界档距、控制条件、应力、弧垂等)。采用该方法将输电线路的数据根据具体工程需要进行组织,便于面向对象的方法进行编程,同时方便通过数据库接口。综合程序计算类SdjsClass。这是整个程序的核心模块,主要包括比载计算、临界档距计算、临界档距判断、控制参数计算和应力计算、方程求根程序;由于这些任务是输电线路计算的基础部分,所以将其单独划分为一个计算类,方便其他的模块(组件)调用,这个模块中以临界档距判断和控制参数计算最为关键。特殊程序计算类。这是程序的另一个主要的模块,完成25个子程序功能的实现,数据定义包含在TSdDataClass中,各个计算模块具有相对独立性。数据库类。包括输入参数数据库类,该类完成输入参数的数据库定义、数据库操作,如记录填充、查询、添加、删除等。输出结果数据库类,该类完成输出结果的有关数据库操作,如输出结果更新操作。数据库采用SQLServer数据库,用进行访问。曲线绘图类。由于输电线路设计计算程序需要绘制大量曲线和图形,如应力曲线、安装曲线、弧垂曲线等。该类完成通用的曲线绘制方法,简化软件结构。图2是软件采用GDI+绘制的耐张绝缘子串倒挂临界曲线图及判断结果。如果考虑用AutoCAD进行绘制相关图形,这样更符合现场工程应用,则可以利用VBA或其他二次开发工具进行绘图或采用绘图转换插件技术。(2)输电线路界面类。该类完成输电线路界面的显示和绘图的实现,界面类相对独立,调用计算类的相关数据和计算方法。进行曲线绘制和其他图形绘制时采用.Net框架下的GDI+技术。(3)分布式网络应用类。该类以接口的形式存在于程序中,以充分利用.Net的网络应用功能,可实现输电设计与施工的信息管理。同时其信息管理采用智能客户端的工作方式。
四、功能及算法特点
.Net平台上开发输电线路设计软件的功能主要集中在相关的设计计算上。功能上应涵盖输电线路设计和相关的设计与施工校核。输电线路设计与施工计算和校验功能包括:输电线路应力及弧垂综合计算;导线最大弧垂判断;代表档距计算子程序;地线最大使用应力计算;有高差档的应力和弧垂计算子程序;悬挂点不等高连续档的应力和弧垂计算;线路进出线档(含施工与竣工)计算;线路中孤立档计算;防振锤安装距离计算;直线杆塔风偏角临界曲线;导(地)线上拔临界曲线;导线悬挂点应力临界曲线;耐张绝缘子串倒挂临界曲线;悬垂绝缘子串机械强度验算;导线悬垂角校验;最大允许档距计算;K值曲线及模板曲线计算;连续倾斜档施工紧线时应力和弧垂计算;垂直档距、极限档距与允许高差计算;档距中有集中荷载时的应力和弧垂计算;衰减系数结求断线张力一解析法。数据库功能。典型气象参数和导线参数查询,自定义参数输入,中间计算结果查询等数据库参数管理功能。在输电线路设计算法上,为了使计算的理论依据更加严密,计算步骤更加明确易懂,计算结果更加准确实用且便于计算机编程实现,对传统的[17]和通常见诸文献的某些内容进行了大幅度改进,比如:避雷线最大使用应力的确定采用了更严密的算法[18-19];对导线悬挂点应力的校核方法进行了更准确合理的计算[20];对连续倾斜档施工紧线时应力计算方法进行了特殊处理,使之更方便计算机处理;对线路进出线档计算中临界档距的分析计算与判断采用了新方法;对等高和不等高时的孤立档和连续档的临界档距分析计算与判断统一为一种模式进行处理等等。这些算法经过工程实际应用其正确性得到了证实。图3是弧垂应力与安装曲线综合计算的界面及计算文本结果。
五、结论
1.1设计目标
公交线路规划设计目标可以从两个方面来进行总结:一方面是规划设计要努力吸引乘客,确保公交运行效率,降低营运成本,从而较少公交体统耗费,提升公交公司效益。另一方面是优化城市人们出行,在规划设计过程中实现人们出行、交通布局和城市主体运行的统一,进而实现社会效益。
1.2设计原则
在规划设计大城市公交线路时,需要考虑的因素较多,再加上城市公交线路网整体构成复杂,因此要保证线路规划设计达到最优效果具有一定难度。尽管如此,在进行公交线路规划设计时,仍要遵循以下原则以保证公交线路开创目的。
①线路规划设计要尽可能与城市居民流动走向相统一。
②线路规划设计要主要考虑沿线居民日常出行需求,如上班、上学等,同时兼顾其它。
③进行新开线路规划设计时尽量避免调整原有公交线路,避免发生串联影响。
④线路设计应尽量让公交线路网络上的点、线分局均匀,防止空白区出现。
⑤注重与其它公交线路的衔接。
2公交线路规划设计方法
在进行公交线路规划时除从公交系统收益目标之外还需要考虑社会整体效益目标。公交线路规划设计合理一方面能减少城市拥堵,另一方面也有利于降低乘客出行疲劳,促进社会财富创造。
2.1公交换乘枢纽选址
公交换乘枢纽是紧密联系城市各区域的重要一环,同时也是决定乘客出行方便与否的关键因素。具体选址方法如下:
①按区域将城市划分,划分手段主要依据城区联系度。
②在每个划分区域边界选择一些可以当作换乘枢纽的地点,将这些地点设为Φf1,看成可行性地址集。
③分配公交OD量。这一环节中的分配工作主要作用在不同区域内的小区之间,可以采用短路径分配法来进行分配。同时在分配过程中,划出各区域边界上人数流动大地址集,将其设为Φf2。
④令Φ=Φf1Φf2,则Φ就是设计中公交换乘枢纽所选定可以用来建址的集合。
⑤将上述OD分布量应用到其它枢纽上,尽量选择离建址地区近的地段。例如:两个区域间中有换乘枢纽γ,两个小区A和B分别在这两个区域内,则AB间的公交OD量就转到了A与γ和B与γ之间。
2.2公交路线规划
城市公交路线构成公交线网,目前对城市公交线网的规划主要采用逐条布线和全网最优两种方法,这两种规划方法其目的都在于保证公交客流量最大,缩短乘客出行时间,主要体现在直达乘客量最多。其中,逐条布线法是根据一些指标在多个可供选择的规划线路中逐条选择出最适合的线路的一种方法,采用这种方法进行线路设计并在此基础之上将多条路线进行叠加,最终构成公交线网是一种简单、可行的线路规划方式。实际规划过程中,我们可以以此为基础,寻找一种全新的优化方法。在确定好公交换乘枢纽之后,大量乘客会在这些换乘枢纽集中,这使得城市中区域内部换乘失色不少。基于此,在进行公交线路规划的目标应定在让整体公交线路网效率最高,即直达乘客总数最多。受线长约束,公交线路运行效率可以说在意义上同直达乘客数所表达的是相统一的。
3BRT线路规划设计
3.1基本原则
BRT线路即快速公交线路,它的建设同城市发展关系密切,因为城市繁荣会促进城市人口出行,这在很大程度上推进了城市BRT路线建设。在城市中规划BRT线路需遵循以下几点:
①整体性原则。在进行BRT线路规划设计时,要明确BRT线路同专属车辆、车道间的关系,它们是共同有机体下的多个密切联系的环节,因此在进行规划设计时,除了应用规划理论、方法外还应考虑这些因素。
②协调合理原则。这一点主要是指规划设计BRT路线时需要考虑它同常规公交线路间的联系性,在考虑线路独立的同时还应在大范围内考虑到乘客换乘等其它因素。
③可持续性原则。规划设计BRT线路需要注意环境保护,重视可持续发展尽量避开生态区,同时降低线路给居民带来的干扰。
3.2规划设计流程
进行BRT线路规划设计时首先需要掌握其理论基础及遵循的基本原则,在此基础之上对城市中现有的BRT路线规划设计进行分析和学习,从中则优戏曲。
3.3BRT线路规划设计方法
BRT线路规划是一项比较复杂工作,涉及到许多方面的优化和组合,具有非线性。此外,由于线路设计同乘客数量间是一种制衡关系,当新的交通路线投入运行后,自然便会有部分乘客使用这条交通线路,而这种客流变化又会对公交线路产生影响,面对这种情况,可以采用划模型来进行BRT线路规划设计。规划设计BRT线路的出发点是在运营单位获利的基础之上保证出行者方便,从而优化城市交通系统。因此规划设计要在尽量降低乘客花费、公交公司成本的同时尽最大可能增加客流,从而增加收益。其中乘客花费主要包括两点:车费及出行时间,乘客会根据车票价格及出行时间来选择自己的出行方式。此外,公交公司获益量同客流量关系程正相关。依据上述这些,我们便可以得出一个双层规划模型。其中上层规划函数与实际相结合,一方面能减少乘客出行费用,一方面还能降低营运成本,使公交系统获益。
4结束语
1纵梁受力分析
与分析横梁方法类似,如图2所示,取最不利位置,两组道岔处区域,纵梁平行于线路作用在挖孔桩上,假设两列列车同时过桥,纵梁以上荷载有:两列车所产生的中-活载(乘以相应的折减系数)、横梁恒载、小纵梁恒载、3-5-3型吊轨恒载、枕木以及钢轨恒载。拟选取H428×407×20×35型钢纵梁,纵梁与桩之间采用连续梁结构进行模拟。经计算,输出结果为:纵梁变形形状,最大位移1mm,纵梁梁最大弯曲应力57033.6kN/m2=57.0MPa,纵梁最大剪切应力52447kN/m2=52.4MPa,均满足规范。纵梁采用H428×407×20×35型钢。
2线路防护及顶进施工步骤
2.1线路防护施工步骤
新建下穿铁路框架桥位于车站咽喉区,框架桥采用宽翼缘大刚度的H型钢纵横抬梁加固铁路线路。线路防护施工可大体分以下几个步骤[4-6]:第一步:抽换枕木(砼枕换木枕),木枕尺寸为280cm×16cm×24cm,道岔影响范围内岔枕尺寸应根据实际调整,确保符合轨道施工要求。第二步:对各股线分别设“3-5-3”P43吊轨,道岔区设“3-3”P43吊轨;并在轨底枕木下设置小纵梁,并将一股线路下小纵梁通过横向连接成整体。第三步:施工线间及线路两侧挖孔桩及端部钻孔桩及盖梁。第四步:安装H428×407×20×35型纵梁。第五步:横穿H428×407×20×35横梁及H498×432×45×70横梁。
2.2顶进施工步骤
第一步:箱体浇筑完毕,中继间顶进至箱体前端距第一排桩边缘1.0m处,将横梁稳定支撑于箱体上。第二步:箱体顶进至第一排桩边缘最小距离0.3m处,横梁稳定支承于箱体后,拆除箱体范围内第一排排桩及H428×407×20×35型纵梁,继续顶进。第三步:箱体陆续顶进离第二至八排桩边缘最小距离0.3m处,横梁稳定支承于箱体后,拆除箱体范围内第二至八排桩及H428×407×20×35型纵梁,继续顶进至设计位置。第四步:箱体两侧路桥过渡段回填级配碎石并注浆,确保铁路刚度平稳过度,最后拆除箱体范围外纵横梁及线路加固设施,恢复线路。
3结语
沉陷
根据面积大小和成因,沉陷分为均匀沉陷、不均匀沉陷、局部沉陷。均匀沉陷是由于路基、路面在自然因素和车辆荷载作用下,进一步密实和稳定,一般不会造成路面破坏,但是会造成行车不适。在设计中,应严格按规范要求压实度标准和填料选取,在基层、底基层厚度选取时,应避免结构层厚度过薄,以免车辆荷载作用将结构层破坏,失去刚度,而产生路面沉陷。
不均匀沉陷主要由于路基局部不密实,在水的侵蚀作用下,经车辆荷载引起的局部沉降变形。在设计中,应加强路基内部排水,“宜疏不宜堵”,同时做好路面排水设计,避免路面汇水渗入路基。局部沉陷主要指路基基底坑洞、桥头路基等部位的沉降,此类病害主要是加强路基基底处理和桥头台背回填料和压实度的控制来解决。
松散、坑槽
松散是指由于结合料粘性降低或消失,在车辆荷载作用下集料从表面脱落的现象。坑槽是指在车辆荷载作用下,路面骨料局部脱落而产生的坑洼,是松散、龟裂等病害未得到及时处理而形成。两者产生的原因基本相同,主要有水害,结构层厚度偏薄,配合比不合理,油石比偏低,集料粘附性差等。
雨水通过沥青面层的空隙渗入层内,由于路肩硬化,无排水通道,结构层间汇水无法及时排除,长期滞留路面结构层内,破坏沥青与集料的粘结,形成松散、坑槽。现行规范要求的沥青路面结构层均为密级配,只能通过加强路面排水来消除水害:一是采用分散排水方式将路面水及时排除,二是设置碎石(砂砾)垫层、无砂混凝土、盲沟,或者降低土路肩标高,使层间汇水直接从垫层、盲沟或土路肩顶面排除。
为节省造价,部分项目缩减路面厚度,致使沥青层厚度过薄,与集料公称最大粒径不匹配,产生沥青混合料的离析,不易碾压密实,而且在碾压过程中,极易将粗集料碾碎,人为降低沥青与集料的粘结,极易产生松散、坑槽。在设计时,热拌热铺密级配沥青混合料面层的单层压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.5~3倍,SMA和OGFC等嵌挤型混合料不宜小于公称最大粒径的2~2.5倍。
由于未考虑集料生产、取样的差异性,压缩沥青混合料配合比设计的四个阶段,或者用目标配合比设计、油石比试验替代施工阶段的生产配合比和油石比试验,造成配合比不合理、油石比偏低,也易产生松散、坑槽等病害。设计时,应说明设计阶段的配合比的目标和作用,并要求施工时严格执行混合料配合比设计的四个阶段。在条件允许的情况下,尽量选择碱性集料,若只有酸性石料时,应根据粘附性试验,添加抗剥落剂。
影响沥青路面设计的其他因素
1.轴载换算及设计弯沉值
在以往的路面设计中,基本按标准载重进行换算,实际上,载重车辆严重超载,即使设置了治超站的路段,还是允许车辆有30%的超载,设计与实际严重不符。因此,进行轴载换算时,在兼顾投资控制和提高路面安全储备的情况下,可按运行货车超载30%来确定车辆轴重,然后进行轴载换算,确定设计弯沉值。
2.垫层的设置
路面设计时,一般在中湿、潮湿路段设置垫层来解决排水、防冻以改善基层和土基的工作条件。在改扩建项目设计中,原设计确定的干燥路基基本与中湿、潮湿路基相差不大,由于缺少垫层,干燥路基路段的路面破坏较设置垫层的路面破坏严重。因此,有必要全路段铺设垫层,并将垫层全断面铺设。
1电气控制线路设计法的重要性和主要特点
1.1电气控制线路设计法的重要性
电气控制线路的设计直接决定和影响了控制系统的的性能。在电气控制线路的设计中应当谨遵要求对电气控制系统的制造和使用,及维护资料进行编制和设计,确保其设备的安装、操作具有可靠性和安全性,这是保证电网正常运行的首要前提。
1.2电气控制线路设计法的基本特点
现代电气控制系统的三个特点:(1)功能强且体积小,灵活性较强,同时具有很强的通用功能,便于使用和维护。(2)采用了无触点式开关代替部分电器元件,执行程序的时间较短。(3)能够用软件实现电气控制,改变控制参数和要求时只需改动程序的对应部分,节省资源。
2电气控制线路设计法的优化策略
2.1了解生产机械和工艺
对电气控制线路的要求在进行电气控制线路的设计前应当对其生产工艺的要求有一定的掌握,同时要了解各程序的工作情况、保护措施及运动变化规律。设计人员在设计过程中要对同类产品进行调查和分析,将此结果作为设计的重要依据。
2.2线路设计法简单
在满足生产工艺的前提要求下,争取控制线路的设计简单、经济环保。(1)选用经过检验符合标准的线路环节。(2)贱导线连接的长度数量降到最低。在电器元件设计中合理安排触头位置,减少导线的连接数量和长度。(如图1)将启动、停止按钮都放在操作台上,接触器则放置在电器柜内。而由于按钮盒接触器之间距离较长,因此要将启动按钮盒停止按钮连接在一起,以简化导线连接。(3)采用标准件,同时注意将电气原件数量降到最少,尽量选择同一型号。(4)通过减少锄头来简化线路,增强可靠性。
2.3保障控制线路的安全可靠性
选用的电器机械使用寿命较长动作较为可靠、结构坚实同时抗干扰较强能够有效保障控制线路的安全可靠。在设计中注意以下几点:(1)选择正确的电气连接线圈进行线路设计法。在控制线路的设计时应当将线圈的一段统一接电源的同一端,使得电器触头在电源另一端。避免因为电器触头引发电源短路现象,也便于安装。(2)交流控制电路不能串联两个电器线圈。如果两个线圈串联,其中某一原件就只能得到一半电源电压。由于电压和线圈的阻抗成正比,不能同时进行动作。使交流接触器KM吸合,此时KM的磁路处于闭合状态,线圈的电感明显增大,使另一个接触器线圈的电压达不到工作电压。应当将两个电器线圈并联且保持同时动作才能保证运行。(3)避免因意外而在线路中接通的寄生电路。会造成误动影响线路的工作。(4)应当避免设计多个电器依次动作后接通另一个电器的控制线路。(5)线路的设计应当适应电网的情况,根据电网容量、电压和频率波动范围以及冲击电流的数值决定启动方式是直接或是减压启动。(6)以小容量继电器的锄头控制大容量接触器线圈来进行线路设计法,通过计算继电器触头断开和接通容量判断是否应当增加中间继电器和小容量控制器,增强可靠性。(7)将必要保护环节考虑在内,避免操作失误带来的线路事故。
2.4应具有必要的保护环节
(1)短路保护电气控制线路中通常采用熔断器、断路器来进行短路保护。在电动机容量较小时可以讲主电路的熔断器作为在控制线路中的短路保护,不需要再设熔断器进行保护。而当电动机容量大时就需要另设熔断器作短路保护。断路器在线路中既能做短路保护又可以当过载保护,而电气线路发生故障造成断路器跳闸时,排除故障后可直接合上断路器继续工作。(2)过流保护启动方法错误或是负载转矩过大都会熬制电动机的过电流故障。由于过电流较小,常用于直流电动机和绕线转子电动机控制线路。通过继电器、接触器相互配合将继电器的线圈和主电路串联,常闭触头和接触器控制电路串联。在电流达到整定值后断开常闭触头同时使继电器继续工作,同时切断控制电源和电动机电源进行线路保护。(3)过载保护三相鼠笼电动机会因为负载增加、断相动作或电网电压降低时引起过载,而电动机长期过载运行会造成过热导致的绝缘损坏。因此通常采用热继电器作为鼠笼型电动机的过载保护。(4)零电源保护通常将并联在启动按钮两侧的接触器自锁触头作为零电源保护。而主令控制器SA控制电动机则通过零电压继电器实现。
3结语
但随着传输光缆网结构的不断完善及传输资源的不断增多,AutoCAD在绘制路由总图、制作规划方案、数据统计时存在劣势,很难将详细道路及建筑地标信息进行展示及标注,郊县及农村无地理数据信息点,无法对郊县进行详细的光缆通达规划,若通过设计人员人工补充底图,工作量巨大无法完成;通过相关带有地理信息的矢量地图转化为AutoCAD[3]时,图层展示混乱且不直观,尤其是不能完成基站、光缆、管道、等传输资源的数据查询及统计,更无法完成相关数据分析。
2、本文图层制作探讨
2.1MapInfo与GoogleEarth相互支撑
本文采用MapInfo作为基本制图软件(MapInfo地图基础数据由中国移动建设单位提供),MapInfo矢量图中含有城区建筑物、道路、郊县地理信息等大量基础数据,利用点、线、区域等多种图形元素,可详尽、直观、形象地完成路由总图及规划图层的绘制[4]。带坐标信息的AutoCAD也可以直接运用于MapInfo当中,MapInfo的精华是其分析查询功能,即它能够精确地在屏幕上查询、分析与其相应的地理数据库信息,方便快速完成传送网资源统计[1]。MapInfo提供了良好的经纬度控制显示技术,运用GeoCode功能使传输网相关资源能实时地、准确地显示在MapInfo中,本文以新疆阿拉尔市郊县及农村为例进行说明。由于MapInfo中的基础数据为一次性提供,无法实时更新,随着城区的发展,部分地区的相关信息已经发生了变化,无法做到准确规划设计。为此将GoogleEarth地图网络在线加载到MapInfo中,以GoogleEarth为底图进行传输资源和地理信息的校正和补充建设[2],完成汇聚机房、光缆路由、光交等传输资源的绘制,贴近实际物理位置及传输路由,将传统的Auto-CAD逻辑路由图转变为带经纬度坐标的实际光缆物理路由图。在构建传输光缆网路由总图的同时可进行总体规划,具体思路如下:郊县末端接入层光缆通达所有行政村、兵团连队、厂矿、较大自然村(≥50户),接入层主路由一步规划形成实际光缆物理环路,提高传输网络安全性及承载能力;骨干/接入汇聚层光缆覆盖全面、安全稳健,覆盖所有县城、重点乡镇团场、行政区。按照目标传送网规划逐步完善郊县末端接入及主路由光缆覆盖,补充优化骨干层光缆,按照规划期分年度逐步实施实现目标传送光缆网。
2.2MapInfo转化为PDF开关图层
采用GoogleEarth底图作为参照,提高了传输网路由图的准确性和规划指导性,但随着传输网结构的日益复杂和传输资源的不断增多,MapInfo按照点、线、面进行图层划分也随之增多,开关图层展示光缆路由时操作较为复杂,本文将MapInfo传输光缆网资源转换为PDF进行展示,如图5所示。由上图可以得出,MapInfo中的图层转换成PDF开关图层时,图层并未减少,只是提高了操作的便捷性,本文进一步采用AdobeAcrobatXPro对导出的传输资源的点、线、面、文字图层进行合并、裁剪,使路由总图展示更加清晰、操作更为方便,规划成果输出直观更具指导性,通过PDF阅读器就能清晰实现光缆路由图的分层展示。
3、结语
关键词:高压输电线路设计问题
中图分类号: TM726 文献标识码: A 文章编号:
随着改革开放的大趋势,中国的经济始终呈现迅猛的发展趋势,国民经济快速增长,为了更快的进行国家经济建设,对电力的需求不断增加,保障电力的及时供应是重中之重,各地也加快对电网的建设,建设的速度也是飞快,使得电力的电力的输送能力得到质的提高。但是我们仍会在建设过程中不断遇到各种新的问题,比如我们在的开发线路的路径选择上比较困难,总会从地势比较恶劣的地方通过等。如何顺应当今的形式,最大程度的满足如今的电力需要已成为所有电力工作者所关注的。在本文中,笔者将就其中的关键问题进行探讨。
1输电线路的勘测
建设电网,首先要对整个输电线路的设计进行整体的规划,而输电线路设计的首要的关键点在于对输电线路的勘测,必须要选择合适的合理的输电线路,因为这将涉及到整个工程的未来发展,从经济,运作条件与将来维护等方面都有长远的影响,在整个工程中起主要作用。所以为了制定最合理的输电线路,线路勘测人员必须认真对待其中的每一个环节,保证选择的线路路径长度合理,既可以降低投资,又能保证线路的整体安全,运行方便。线路测量的原理虽然很简单,但我们仍需要主要其中的一些问题:①线路测距不要求像测量公路等那样的工程的高精度,只要将角度和各个塔架之间距离、高度差等进行测量即可。所以,平距高差和转角这些关键的数据测绘时一定要注意,不能测错或记错,测绘时需要严格按照测绘的操作程序和记录程序,要有检核条件。在对线路勘测过程中,勘测和设计人员要对线路沿线地上、地下、在建、拟建的工程设施进行充分搜资和调研,进行多路径方案比选,尽可能选择长度短、转角少、交叉跨越少,地形条件较好的方案。②要做到兼顾杆位的经济合理性和关键杆位设立的可能性(如转角点、交跨点和必须设立杆塔的特殊地点等),个别特殊地段更要反复测量比较,使杆塔位置尽量避开困难地区,为组立杆塔和紧线创造较好的施工条件。
2杆塔选型
不同的杆塔型式在造价、占地、施工、运输和运行安全等方面均不相同,杆塔工程的费用约占整个工程的30~40%,合理选择杆塔型式是关键。高压架空导线对地面(或水面)、对跨越物必须保证有足够的安全距离,为此,要求线路的杆塔具有必要的高度。同时还要求线路有与杆高相配合的适当的档距。虽然设计中杆塔选型很麻烦,一根根去选不大现实,在尽可能大的范围内统一设计选型是正确的设计方向,但是一些专用线路应进行专门设计,以方便施工运输并降低工程造价。但是,从目前建设经验来看,高压线路设计过程中杆塔选型,一般是从技术、施工及运输、运营和投资等方面考虑,应该遵循以下几方面的要求:
(1)杆塔的型式直接影响到线路的施工运行、维护和经济等各个方面,所以在选型时应综合考虑运行安全、维护方便和节约投资,同时注意当地施工、运输和制造条件。在平地、丘陵及便于施工的地区,应首先采用预应力混凝土电杆。在运输和施工困难的地区,宜采用拉线铁塔;不适于打拉线处,可采用铁塔。目前,钢筋混凝土电杆在 35~220kV 线路上得到了广泛运用,在220kV线路上使用的也不少。220kV 及以上线路使用铁塔较多。110kV 及以上线路双回线路也多采用铁塔。
(2)设计冰厚15mm及以上地区,不宜采用导线非对称排列的单柱拉线杆塔或无拉线单杆。
(3)转动横担和变形横担不应用在检修困难的山区,重冰区以及两侧档距或标高相差过大易发生误动作的地方。
(4)为了减少对农业耕作的影响、少占农田110kV 及以上的送电线路应尽量少用带拉线的直线型杆塔;60kV及以下的送电线路宜采用无拉线的直线杆塔。
(5)在一条线路中,应尽量减少杆塔的种类和规格型号。
3杆塔基础设计
杆塔基础作为输电线路结构的重要组成部分,它的造价、工期和劳动消耗量在整个线路工程中占很大比重。其施工工期约占整个工期一半时间,运输量约占整个工程的60%,费用约占整个工程的20~35%,基础选型、设计及施工的优劣直接着线路工程的建设。杆塔基础设计应该注意如下三方面的问题:杆塔基础的坑深就以设计的施工基面为基准。拉线基础的坑深,在设计未提出施工基面时,应以拉线基础中心的地面标高为基准;杆塔基础坑深的允许偏差为+100mm,-50mm,坑底应平整,同其基础坑在允许偏差范围内按最深一坑操平,岩石基础坑深不少于设计值;杆塔基础坑深与设计坑深偏差+100mm以上,应按以下规定处理:①铁塔现浇基础坑其超深部分应采用铺石灌浆处理;②混凝土电杆基础,铁塔预制基础,铁塔金属基础等,其坑深与设计坑深偏差值在+100~+300mm时,其超深部分应采用填土或砂、石夯实处理。当不能以填土或砂、石夯实处理时,其超深部分按设计要求处理。设计无具体要求,按铺石灌浆处理。当坑深超过规定值在+300mm 以上时,其超深部分应采用铺石灌浆处理。
此外,根据输电线路通过的实际地质情况每基塔的受力情况逐地段逐基进行优化设计比较重要,特别对于影响造价较大的承力塔,由四腿等大细化为两拉两压或三拉一压才是经济合理的。
4防雷击
因雷击事件造成的电力系统故障 ,不仅影响电力线路的正常运行 ,而且还会对正常的用电产生重大的影响 ,可能导致财产受到重大的损失 ,严重的情况下甚至会危害生命安全 ,对经济和社会产生重大影响。从 10kV 配电线路雷击过电压产生商看 ,一般有两种雷击感应过电压 ,直击雷电过电压是由于直接命中配电线所导致的 ,感应雷电过电压是雷电击中配电线附近的地面所引起的电磁感应造成的。
我国的主要配电线路的防雷技术和措施由于 10kV 配电线的绝缘水平低 ,当线路由于雷电活动和雷电过电压线路绝缘子闪络时产生的 ,可以很容易地导致此类事故 ,在配电线路的设计上,以节省线路走廊和使用塔多回路技术为主,这四个塔竖立建立了循环备份,虽然在这种情况下,节约线路走廊,减少了线的投资 ,但由于塔多回路和行与行之间的电气距离远远不够的 ,因此 ,一回线遭受雷击后线路绝缘子地面损坏故障 ,如果流量后继续发生故障的次数也比较大 ,连续陆空电弧会出现与免费的热和光自由的两极 ,小环之间的距离 ,然后自由弧将蔓延到其他线路 ,造成接地故障的发生相同的极点 ,将导致更严重的回线故障的同时 ,极大地影响了可靠性可用于电源配电线路 ,在上述线路中 ,加强绝缘的方法 ,可采取更换绝缘电线裸电线 ,绝缘膜,增加绝缘导体和绝缘体之间的间隙,更换绝缘子模型等方法,以提高线路绝缘水平。
5结束语
总之,高压输电线路线路设计是一项技术含量较高,劳动强度较大,时效性要求很高的野外工作,而且受天气、环境、地理状况等的影响较大,因此,在设计过程中要做好线路勘测,杆塔型选择等,避免在线路设计中脱离工程实际,一味生搬硬套是无法保证设计质量与满足电网需要的。只有结合实际,因地制宜,通过优化方案,攻关,不断探索与创新,才能满足建设坚强电网的要求。
参考文献:
作者:余翔 单位:中铁第一勘察设计院集团有限公司
盐碱性土壤对电杆造成的腐蚀破坏架空电力线路通常采用的环形预应力混凝土电杆,其主要由预应力混凝土和钢筋2部分组成,通常混凝土覆盖于钢筋的外层,就像钢筋混凝土结构的房屋一样,混凝土具有很高的承压能力,能够经受很高的压力,但混凝土的抗拉强度较低,施加较强的拉弯力都会使混凝土结构受到破坏,而钢筋的作用就是提高钢筋混凝土结构的抗拉力,使得预应力混凝土电杆能够承受较强弯矩,从而使得电杆在受到导线张力和风压作用时能够依然挺立,而不至于弯曲、断裂。而钢筋外层的混凝土另一个作用就是保护钢筋免受外力直接破坏。通常电杆生产时由于混凝土的高碱性,使电杆内钢筋表面形成了一种具有较高抗腐蚀性能的保护层,这种作用即阳极钝化作用,正是由于这种作用的存在才使得电杆在普通环境下保持了较高的强度和使用寿命,保障了架空电力线路的安全运行。但在高盐碱性土壤环境下,由于外界离子从电杆混凝土表面的渗透,最终附着在电杆内钢筋表面,当离子浓度达到一定程度后,就会对钢筋产生破环性的后果,首先破坏钢筋表面的保护层,进而对钢筋产生进一步的腐蚀,从而降低了钢筋强度,且由于腐蚀后产生的Fe2O3化合物的体积大于Fe,因此使得钢筋体积发生膨胀,就像玻璃瓶内的水当结冰时会对玻璃瓶产生非常强的膨胀力一样,腐蚀后的钢筋由于体积的变大,也会对外层的混凝土保护层从电杆内部形成了一种非常强的膨胀力,从而使电杆的混凝土层开裂,混凝土从电杆上剥落,最终彻底终结了电杆的寿命,这种情况严重时将造成电杆折断、架空电力线路倾覆的后果。一般情况下,沿海重污秽地区盐碱性土壤中氯离子含量较多,环形预应力混凝土电杆主要是受氯离子侵蚀的危害,由于氯离子的破坏而造成电杆表面混凝土开裂,剥落而造成电杆的寿命缩短,威胁架空电力线路的安全运行。因此如何保护电杆内钢筋免遭氯离子的腐蚀,是解决沿海重污秽地区预应力混凝土电杆腐蚀的关键性问题。受空气污秽的影响造成绝缘子闪络绝缘子的闪络主要是由于大气中污秽空气及降水在绝缘子表面的沉积,在大气湿度较高的情况下,绝缘子表面电导剧增,从而使绝缘子在工作电压下因为局部电弧沿绝缘子表面延伸,最后失去稳定,沿绝缘子表面通过泄漏电流,从而发生闪络。因此选择抗污秽性能高的绝缘子是沿海重污秽地区减少闪络现象发生的关键性问题。
导线的防腐通常提高钢芯铝绞线抗腐蚀能力的方法就是在钢绞线表面涂抹油性涂料,从而隔绝电解溶液与钢绞线的接触,阻止微型原电池在钢绞线表面的形成。这样就能起到提高钢绞线的抗腐蚀性能,从而延长钢芯铝绞线寿命的作用,这种方法的优点就是成本低廉且刚投运初期防腐效果较好,但油性涂料它本身很容易在空气中挥发,或由于雨水长时间的反复的浸透,从而使钢绞线表面涂料的量随着时间的推移而不断减少,因而抗腐蚀效果也不断减弱。而且由于需在钢绞线表面涂抹油性涂料,因此导线的重量也比普通的钢芯铝绞线要重,导线重量的增加造成导线比载变大,从而造成架空电力线路运行时应力增大,为保证架空电力线路在一定安全系数下的正常运行,确保能够满足规范对架空电力线路安全距离的要求,势必要对架空电力线路的档距、电杆高度等进行调整,从而造成架空电力线路投资的增大。因此这种防腐处理措施已慢慢在架空电力线路设计中遭到淘汰。我国是一个稀土资源大国,随着稀土利用领域的扩展,和国外技术的引进,给导线的防腐处理提供了一个更好的选择空间,而5%铝—锌—稀土合金镀层钢芯铝绞线就是一种不错的选择,这种导线的抗腐蚀原理与在钢绞线表面涂油性涂料目的一致,都是阻止钢绞线表面原电池的形成,从而避免导线遭受腐蚀。但防腐原理则完全不一样,涂油性涂料的措施是油脂在钢绞线表面的一种简单附着,只是一种短时效的防腐处理措施,而5%铝—锌—稀土合金镀层钢芯铝绞线是在钢绞线表面镀了一层5%铝—锌—稀土合金,防护层的附着性很高,且由于稀土合金的使用,使得这种防护的抗腐蚀能力相当强。而这种镀层的厚度很薄,对于导线的各种技术参数并不造成不利的影响,相反,由于稀土合金的使用,使得导线的力学参数比普通导线略有提高。
由于稀土合金在导线中的用量很小,对于导线的价格影响并不很大,基本和普通钢芯铝绞线价格水平相当。另有一种防腐处理措施就是在钢芯铝绞线钢芯的表面包裹一层铝,从而隔绝钢绞线与电解溶液的接触,从而起到抗腐蚀的作用,采用这种防护措施的导线叫做铝包钢芯铝绞线。但相比较,这种导线价格要比普通钢芯铝绞线和5%铝—锌—稀土合金镀层钢芯铝绞线高一半以上,因此这种导线经济性较差。因而5%铝—锌—稀土合金镀层钢芯铝绞对沿海重污秽地区架空电力线路来说是一种合理的选择。沿海重污秽地区盐碱土中电杆的防腐处理措施(1)电杆外表面采用强度高、防水性能好、耐盐碱腐蚀能力强、附着能力强的涂料在电杆与土壤接触的部分进行涂抹,以防止土壤中氯离子从电杆表面向内部渗透,从而起到抗腐蚀的作用。(2)混凝土选料电杆混凝土的选择一定要采用高抗渗性的水泥,混凝土的拌制过程减少和限制氯离子的含量,氯离子的含量越低越好。从而防止电杆本身氯离子对内部钢筋的腐蚀,保持钢筋表面防腐保护膜的完整性。(3)钢筋防护在钢筋表面涂抹防锈漆或环氧树脂等防腐性能高的材料从电杆内部对钢筋进行保护,从而阻止钢筋的腐蚀。绝缘子的选择绝缘子是将导线绝缘地固定和悬吊在电杆上的电气元件。绝缘子在污秽环境中的闪络,取决于污秽层电导和绝缘子表面的外形,针对这两个因素选择硅橡胶复合式绝缘子能够较好地降低污秽闪络发生机率。硅橡胶绝缘子目前多数由高强度玻璃纤维芯棒、耐老化和绝缘性能好的乙烯基硅橡胶护套、有机硅填充层以及金属附件4部分复合而成。与普通瓷质绝缘子和玻璃绝缘子相比,它具有扩张强度高、吸振能力强、耐电蚀起痕性好、表面憎水性、抗老化能力、自洁性强、重量轻等优点。这为现场施工、运营维护人员减少了大量的工作量,很大程度上降低了现场人员的劳动强度。采用相关技术的电力线路已经获得了省部级优秀设计的表彰,可以作为类似地区架空电力线路设计的有益参考。采用这些防腐处理措施和材料的10kV架空电力线路,在沿海重污秽地区铁路配电系统中已经有了实践运行经验,自架空电力线路投运以来体现出了其优良的抗腐蚀性能,极大地延长了架空电力线路的使用寿命,节约了维护成本,保障了电力线路的可靠输电。
关键词:低压供电,电缆选择及计算,接地故障,校验,选型,低压长距离线路敷设。
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
1、问题的引入
在比较大的工业厂区,占地规模是非常大的。总体规划中的电气设计主要考虑的是电源分布与供电线路敷设、走向等问题。其中电源设置的位置当然非常重要,而正因为线路较长考虑到经济性以及安全性等因素,高压或中压的电压等级被视为合理的远距离送电方式。
当然中压(10kV)供电半径远大于低压(400V)所能达到的范围,但并非厂区内所有的地方都能做到由中压电源覆盖。在大型厂矿中必然存在一些用电负荷并不很大,但远离最近处的变压器,其电源的供电半径超出了低压一般供电距离的情况。这时候采用何种方式供电更为合理其实并不能够简单的通过一两个因素判断。同样即便是在建筑物单体中、或者厂房内部,供电等级已经成为低压电压等级的时候,低压线路敷设的实际路径长度也不能够简单的认为是不存在问题的。
要做合理的设计必然需要全面透彻的比较与数据支持,这就是本文主要的目的,即讨论当采用低压供电的方式时线路设计应注意的几个关键性问题。
2、供电电压的选择
虽然要讨论的是低压供电的线路问题,但必须对各电压供电形式有所了解。当要为一个用电单元供电的时候,需要判断受电端与配电端的距离。或者说需要关注一定电压等级线路的送电能力。下表为中压、低压供电线路的送电能力。
表2-1
注:考虑到外界自然条件复杂、荷载种类多(如风荷载,积雪等)及其电流肌肤效应。架空线路采用钢芯铝绞线材质。
2.1、供电电压的确定
不论是供配电还是输变电,受电端都有一个需求的受电端电压,随着线路长度的增加,形成的线路阻抗升高,任何电压等级在线路上所消耗的电压就会升高,以至于当到达末端无法满足需求,那么输电配电的意义全无。那么在不同的电压等级下就存在着不同的供电半径的概念,所谓力所能及。
供电半径取决于以下两个因素的影响:
1) 电压等级(电压等级越高,供电半径相对较大);
2) 用户终端密集度,即:电力负载越多,供电半径越小。
从表2-1供电半径的表格中显见,一般负荷不超过200kW的时候单体配电距离不宜超过350m。
2.2、线路电压损失计算(∆U%)
保证各类受电电压质量合格,电网允许的最大电压损失据《供用电规则》电压允许偏差:
表2-2
注:一般中低电压配电系统是动力电与照明电混合而成,因此低压用户的允许电压偏差应为+5%、-7%。
一般从配电端来看,负荷种类可以视为三相平衡负荷线路。三相平衡的线路电压降计算公式如下:
∆U%=∑PiLi/CS(2-1)
注:1、PiLi:各负荷的负荷矩(kW•m);
2、C:功率因数为1时的计算系数(其值随电压等级、配电系统、线路导体介质不同而不同);
3、S:线芯标称截面(mm2)。
根据公式(2-1),电压损失或者说被消耗在配电线路上的电压降∆U%与负荷的总容量,负荷距供电端距离的长度以及载流导体的截面积均有关系,其中还有一个常熟C,其值的确定又直接取决于配电系统所选用的电压等级,详见表2-3。
表2-3
线路上的电压损失与线路长度及其配电线路的截面、材质有关。不同的敷设条件选用的不同的载体决定了C值的同时亦决定了S截面积。
根据公式(2-1)所得到得电压降需满足表(2-2)的要求。
一般在设计手册中可以查表得到高压、中压、低压的各种敷设方式的电缆电线的电压损失情况。方便设计人员在对应的电压等级和敷设方式校验电压损失∆U%是否在满足要求的范围内。在低压供电系统中首先要考虑的因素∆U%。电压降问题,一个线路不论它的长度是一般正常的低压供电距离,还是显而易见的超出了常规的供电距离。设计人员必须做到对每条线路的电压降心中有数。
当然,∆U%概念可以算作配电设计中的一个最为基本的概念。也会有很多设计人员会想,既然计算了线路上的电压降,如果电压降不满足要求放大电缆截面就可以降低线路上的电压损失,线路截面放大了只可能更为保险。基本上别的事情都可以按照一般设计概念完成就可以了。
显然不是,随着线路敷设,选择了满足电压降的线缆之后,线路的电阻电抗值随之变化,与之匹配的线路保护所用断路器参数也需要配合以保证能够对其后的线缆起到保护作用,那么在校验了电压降之后紧随而来的一个问题就是短路校验的问题。从而引出以下内容。
3、短路电流与线路敷设之间的关系
短路电流是电气设计中不论是低压配电系统设计还是中压、高压设计中必须要考虑的一个因素。当电气线路的短路故障发生时,为保证及时能够切断短路故障所在回路或者线路,设计人员必须校验该回路的断路器的动作灵敏度。也就是说当短路故障发生产生了短路故障点流Id,所选择的断路器的瞬时动作电流Isd必须要小于短路故障点流Id。
3.1三相短路接地故障
三相短路故障,即三相全部短路。低压供电中,此种短路最严重,因为会产生相当大的冲击电流。在220/380V网络三相短路电流位最大短路电流,如果该电流持续在系统中存在而不切除,会影响到其他的设备,同时也会造成火灾的可能。所以在断路器的校验过程中三相短路故障需要重点考虑。三相短路电流的计算公式如下:
(2-1)
注:1、 =380V,C:电压系数C=1.05(计算三相短路时) C=1 (计算单相短路时), ;
2、 短路点总阻抗, ( 短路点总电阻; 短路点总电抗)
3、此处 与 均已标幺值算法将高压侧系统阻抗折算到低压400V侧进行叠加。
这里需要注意,在一般的低压用电单元,往往远离发电机,可采用无限大电源容量的网络短路计算方法。图(2-1)表示为系统,则等效电路可以简化为图(2-2)
图(2-1)
图(2-2)
(2-2)
(2-3)
图(2-3)
计算得到三相短路电流 即可得到两相短路电流 。在低压网络中同样满足 ,此点特性与高压、中压相同。
在选择断路器的时候,对断路器的短路保护的校验必须满足该回路短路电流不小于断路器的瞬时或短路延时动作电流整定值( )的1.3(低压短路器的送做灵敏系数 =1.3)倍,即:
(2-4)
正如前面所说的,系统中三相短路电流值相比较两相和单相短路电流来说是最大的也是对线路损坏最为严重的因素,那么是不是 取值为三相短路故障就可以了呢,其实正好相反,要保证线路故障切除必须满足最小值动作断路器的原则,也就说 顾名思义是指被保护线路短路最小值,必须以最小故障电流考虑,在低压系统中TN、TT系统为单相短路电流。为寻找 这时必须对单相短路故障进行计算。
注: =1.3参见GB50054中,4.2.3:低压电器为符合(JB1284-85)的低压断路器时,短路电流不应小于低压断路器瞬时或短延时过电流脱扣器整定电流的1.3倍。
3.1单相短路接地故障
以下是单相短路的计算公式: