输电线路杆塔荷载计算与荷载组合软件开发研究

输电线路杆塔荷载计算与荷载组合软件开发研究

汪楚清

（宁夏回族自治区电力设计院有限公司宁夏银川750000）

摘要：基于电力行业现行输电杆塔设计规程，根据我院设计人员使用习惯开发出了与Smarttower杆塔分析软件无缝连接的荷载计算与荷载组合程序，方便设计人员使用，大大提高了设计质量和效率。

关键词：杆塔荷载；荷载组合；软件开发；输电线路

目前，电力行业信息化建设发展迅速，竞争激烈，特别是贴近生产内容的与传统设计链接的计算软件和分析软件的开发与普及不能有效与其他平台软件无缝链接[1]。

在常规的输电线路杆塔设计工作中，电线线条荷载计算须严格执行相应的规程规范要求[2]，电线线条荷载计算结果作为结构设计的首要边界条件，其值的合理性直接影响甚至控制了铁塔本体造价经济指标。线条荷载主要以电压等级、气象区、施工技术、事故状态为边界条件，依据不同荷载组合要求（依据规程规范或具体工程的设计原则）加载至具体荷载节点，荷载计算公式复杂，涉及参数多，用计算机实现复杂计算是完全必要的。研究开发输电杆塔荷载计算的编程过程和数据、图形的处理方法，开发设计出一个完整的杆塔荷载计算软件具有很大的实用性和发展意义。

道亨公司研发的荷载计算软件使用最为广泛[3]，其从杆塔类型，导线属性输入导荷载计算成果的运算，再到成果的显示导出，自成一体。其次多家研究单位都在积极探索研发适合自己研发环境的荷载计算系统，各有特点，但是各有优劣[4]。对于已有的技术成果进行单纯的技术引入，只能被动的利用外部的计算标准和设计理念，除了与我院现有设计习惯有冲突外，还会在日益激烈的行业竞争中会逐渐的丧失竞争力。因此，对于相关技术的开发研究具有深刻的理论价值和现实意义。

1软件开发关键点

建立导地线、气象区及绝缘子串型数据库，解决导线在各类边界条件下（包括具体导线类型、气象条件、挡距使用条件、施工技术需求等）的水平荷载、垂直荷载及张力计算问题，并实现内联式模块化设计，简化输入条件，避免重复输入。

对各种典型塔常规荷载工况的自动组合，并保留设计者组合扩充权限，提高设计效率的同时，保持设计本身的灵活性；并实现荷载计算模块化导出，方便各专业使用、校对。

2功能设计

功能设计方分为三个模块的建设，即铁塔荷载计算系列，绝缘子串荷载计算系列和导线库建设，具体如下：

1）建立常用导地线基础信息数据库，提供用户查询、修改、选用、扩充、导出功能，并且将对应的属性参数与后续计算对应自动绑定（即用户选定工程所使用的某种导线类型，对应的参数将自动传递给相应的计算中，不须用户重复输入）。

2）建立张力计算工况气象集成平台，将常规张力计算气象、电气验算气象工况模块化，用户只需选取、删减后填写相应的参数信息即可使用，对于特殊气象条件，提供用户扩充权限。

3）建立导地线基础荷载数据库模块，根据所选导线类型及气象条件，自动生成导地线比载表，供用户校验，以保证输入条件的正确性，降低后续计算错误。

4）建立极限挡距计算模块，提供用户自动步长及人工指定两种方式计算各临界挡距及对应的控制气象条件。

5）建立张力计算数据库模块，根据用户选用的导地线类型及气象条件，计算出导线在各种气象条件下的张力值，并自动将控制张力传值给对应工况（会有相应的备注说明，以方便用户校验）。

6）建立荷载计算参数模块，将常用计算参数，如特殊工况下的安全裕度、覆冰系数、不均匀风压增大系数等细部参数集成至规整平台，有规程规范依据的参数，将直接给出参考值，同时保留用户的修改权限（具体工程的设计原则可能要求高于规程规范要求）；对其他参数，将依据我院设计习惯集成，并由用户指定，同时提供后台自检功能（防止人为操作失误，填写不合理的参数）。

7）建立荷载单信息集成模块，依据规程规范要求，提供相应工况下的荷载数据，数据为只读模式（如需修改，请修改1-6模块的具体参数），提供导出功能，可直接形成对应的提资单资料。

8）建立荷载节点模块，根据回路数、功能属性（悬垂直线、一般耐张、终端、分歧等）集成好对应的荷载节点模块，并由用户指定对应的前后测节点编号、荷载分配系数、高空风压系数等信息，方便后续荷载组合。

9）建立荷载组合模块，根据用户输入的边界条件，生成常规塔形的典型荷载组合，并提供用户扩充、删减权限。

10）实现I串，L串和V串等绝缘子串荷载的计算算法成果整理，可灵活设置条件下的封装，实现绝缘子串荷载计算软件，并将计算成果数据进行存储、查询、展示、更新及导出。

11）实现以导地线库，铁塔库，绝缘子串库，基础库和部件库为内容的数据库整理与建设，关联相关元素的设计图纸，应用资料，各类属性等信息，并支持元素的存储，展示，查询和导入导出。

12）实现上述成果的集成，将荷载计算软件和数据库集成与统一系统，实现导地线，杆塔等数据共享，为计算和设计提供便利。

13）建设成果保密机制，将系统估算法成果，数字化成果，数据文件，数据库等设计加密机制，防止成果被盗或者流失；再次将计算软件进行唯一管理员编码登陆管理，确保软件使用权限。

3软件成品

本软件可以对常规铁塔的通用工况进行自动组合及对应的节点荷载计算，且用户可扩充、可类选、可编辑，并提供了相应的界面方便用户操作。软件主要由4个模块组成：设置模块、基本信息模块、初始荷载模块及荷载组合编辑模块，见下图。

图1设置模块

图2基本信息与初始荷载模块

图3荷载组合模块4结语

根据相应规范，形成一套输电线路杆塔荷载计算与荷载组合的方法和软件系统，适用于各类电压等级自立式输电杆塔的荷载计算，方便使用和校核，目前已在多个工程中得到应用。

参考文献：

[1]甘凤林，潘兹勇.输电铁塔结构设计的发展与研究现状[J]．山西建筑，2007，33（25）：5-6.

[2]110kV-750kV架空输电线路设计规范（GB50545-2010）[S]．北京：中国计划出版社，2010．

[3]李湘红，唐歆熙，王璋奇.输电线路铁塔构造设计的发展及现状[J]．电力科学与工程，1999（2）：4-6.

[4]吕付玉，刘宏滨.道亨铁塔满应力分析软件与自立式铁塔内力分析软件的对比分析[J]．广东电力，2011.24（6）.31-34.

作者简介：

汪楚清（1985-），男，硕士研究生，工程师，现就职于宁夏回族自治区电力设计院有限公司，主要从事输电线路设计工作。