基于检修标准化的输电线路工器具配置系统*

周 娟 ，王 斌 ，向文祥 ，张良力 ，郑 雷

（1.武汉科技大学 信息科学与工程学院，湖北 武汉 430081；2.国网湖北省电力公司检修公司，湖北 武汉 430074）

0 引言

随着国民经济的增长，用电量大幅提高，加上恶劣环境的影响，各种输电线路设备极易发生故障及损坏[1]。根据《110 kV～500 kV架空输电线路检修规范》[2]基本要求可知，设备检修是架空输电线路生产管理的重要内容之一。在检修种类中绝缘子及金具检修是输电线路检修中最为常见、比重最大的。以往遇到这类检修作业都是先查杆塔、金具、绝缘子结构图等，然后计算出各类数据，再凭经验配置检修工器具，既费时，也容易出错。如遇紧急抢修，不仅时效难以保证，也会给安全造成隐患。

本文根据检修作业标准化要求，利用全生命周期技术，设计和开发了基于检修作业标准化的输电线路工器具智能配置系统，系统能减少检修工作的前期准备时间和避免因经验不足导致漏带/错带工器具而延误检修工作的情况，实现检修工器具配置的程序化、标准化、规范化，对输电线路的安全运行[3]具有一定的积极意义。

1 配置方法

本文主要对直线塔和耐张塔在停/带电检修作业中更换绝缘子和线路金具时用到的检修工器具作为研究对象，着重分析工器具在检修作业中的作用及其配置标准，为系统的开发作前期准备工作。

其中检修工器具主要包括以下四类：绝缘工具、金属工具、个人防护用具和辅助安全工具。

1.1 直线塔检修工器具配置

直线塔承重工具可承受的承重质量：

式中：G为绝缘子串总荷载；As为工具安全系数，根据规程规范要求，一般取2.5；N为承重工具个数；β为承重工具的不平衡系数，一般取1.2；θ为绝缘子串倾斜角度。

对直线塔悬垂绝缘子串进行受力分析，可知绝缘子串上承受的总荷载为垂直荷载和水平荷载的几何和[4]，其计算公式为：

式中：Q为导线垂直荷载，P为导线绝缘子串水平荷载，G为绝缘子串总荷载。

式中：n为导线分裂数；g3为导线覆冰时的垂直总比载；S为导线截面积；Lc为垂直档距；W为金具重量，包括金具、间隔棒及导线端作业人员重量；g5为覆冰时的风压比载；Lp为水平档距。

1.2 耐张塔检修工器具配置

在输电线路运行上耐张绝缘子串是承受导线的水平张力，在更换耐张绝缘子串时，需要收紧导线，使绝缘子串松弛，这导致导线的应力增大，增大的应力被称为过牵引应力。过牵引应力与导线截面积的乘积，称为过牵引张力。

耐张塔承重工具可承受质量的公式和式（1）相同，承受的总荷载G是过牵引张力T与重力加速度的乘积：

为了简化计算，不考虑对过牵引张力影响较小的导线弹性系数、杆塔、横担挠度等因素。其过牵引张力为：

式中：σ1为收紧导线，线长减少后的过牵引应力。

式中：g7为综合总比载；Δl为过牵引长度；σyear为年平均应力。

式中：K1为导线安全系数，一般取 2.5；n一般取 25%；σ为绝缘子悬挂点的应力。

式中：σ0为最低点应力，lv为悬点垂直档距，l为档距，hc1为呼称高(大号侧)，hc2为呼称高(小号侧)，h1为高程(大号侧)，h2为高程(小号侧)，F为导线计算拉断力。

2 系统设计

2.1 系统功能分析

本系统遵循可靠性、易用性和可扩展性原则设计，主要分为四大模块：用户管理模块、系统配置管理模块、全生命周期管理模块和系统设置与维护模块，其功能分析如图 1所示[5]。

图1 系统功能结构图

主要实现以下功能：

(1)新建、登录、删除、修改用户信息；

(2)复杂环境下直线塔和耐张塔绝缘子串及金具类设备的荷载分析；

(3)依据检修作业标准化在停、带电作业环境下输电线路检修工器具智能配置；

(4)金具组合长度的自主选取，提高检修人员更换/检修绝缘子串操作时的灵活性；

(5)建立工器具台帐管理，实现工器具从采购到使用、报废的整个生命周期资料均可实时调取查看的管理；

(6)工器具信息可视化显示，配置结果报告单和标准化配置结果报告单导出、打印与保存；

(7)采用防卫式容错技术为用户提供各种人机接口，方便用户对系统进行维护与管理。

2.2 系统流程图

输电线路检修工器具智能配置系统总体操作流程图如图2所示。首次使用系统时，需完成台帐管理并入库。图2中虚线部分是指当查询条件录入完后系统提示“无查询结果”时，用户可选择“计算模式”，如果数据库中有相应信息，则进入“配置结果输出与查看”。

图2 配置系统总体操作流程图

系统重点描述的“计算模式”的操作流程图如图3所示。计算荷载前需要进行数据的录入，当数据录入不完整或不匹配时，系统弹出“输入信息不完整”的提示。计算完荷载后才能进行工具的配置，结合工器具在库情况配置工具完成后，当数据库中没有相关输电线路信息时，系统提示“工具信息导入数据库成功”；否则系统提示“是否更新数据库？”的信息，方便用户选择。

图3 系统计算模式操作流程图

3 系统实现

系统的开发依赖于良好的开发环境，综合需求分析，本文选择针对性强、交互性好的Microsoft Visual Studio 2010作为编程平台，主要采用C#窗体语言[6]和Microsoft SQL Server 2008数据库来开发基于检修作业标准化的输电线路工器具智能配置系统。

下面以直线塔悬垂绝缘子为例，已知条件：（1）电压等级为 500 kV，线路名称为宜华线，杆塔编号为 700，作业方式为带电，公司编号为HBWH，作业负责人为张三；（2）导线型号为 ACSR-720/50；（3）线路参数：垂直档距为 600 m，水平档距为 500 m，倾斜角度为 0°；（4）绝缘子型号为 FC160/155；（5）现场参数：风速为10 m/s，冰厚度为 0，金具重量为 220 kg，导线分裂数为 4；（6）工具参数：工具安全系数为 2.5，承重工具个数为 2，承重工具不平衡系数为1.2。

主要实现步骤如下：

（1）检修工器具台帐管理

按照国家规定，运行单位应定期对工器具的购置、保养、使用、试验等情况进行检查，确保安全工器具数量充足、质量满足要求，按时进行周期性试验并建立安全工器具台帐。台账管理界面如图4所示。

（2）检修工器具配置

在主界面（如图5所示）的【基本数据】区中录入或选择参数，单击“确定”按钮，【检修对象简图】区会给出检修对象信息，如图5中1所示。单击“查询”按钮，查询是否之前有配置过相应检修工器具。

图4 检修工器具台帐管理

图5 配置结果图

输入或者选择【参数输入】区的检修信息，按顺序单击“计算总荷载”、“配置工具”，如图 5中2所示。完成配置工具后，单击“导入数据库”将配置工具信息导入数据库中。在【标准化工具信息】区显示配置后的结果，如图5中3所示。

单击【标准化工具信息】区中“工具名称”列下的“手扳葫芦”，再单击【操作台】中的“查看图片”按钮，【工具图片信息】区会向用户提供工器具的具体实物图片信息，如图5中4所示部分。

（3）结果显示

完成上述操作后，为了便于用户保存、打印和携带工器具配置结果，可单击“导出工作单”按钮，得到Excel版“输电线路完整工具配置报告单”和“输电线路标准化配置工具单”，如图6所示。

4 结论

图6 配置结果Excel工作报告单

本文的核心原创工作在于：(1)依据检修作用标准化分析在复杂环境下的直线塔和耐张塔绝缘子及金具类设备故障的检修工器具配置方法；(2)依据检修作业标准版建立工器具台帐管理，实现工器具全生命周期管理并实时调取查看；(3)运用窗体界面设计工器具模块化管理，采用防卫式容错技术为用户提供各种人机接口，方便用户对系统进行操作和管理。本系统的研发成功缩短了检修工器具配置的时间，提高了检修效率和工器具管理水平。

[1]国家电网公司.国家电网公司电力安全工作规程（线路部分）[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]国家电网公司.《110kV～500kV架空输电线路检修规范》(国家电网生技[2005]173号文件附件)[S].2005.

[3]国家电网公司.《110(66)kV～500kV架空输电线路运行规范》(国家电网生技[2005]172号文件附件 1)[S].2005.

[4]国家电网公司人力资源部.输电线路检修上、下册[M].中国电力出版社，2010.

[5]房晓斌.通信系统设备管理系统的分析和设计[J].电子技术应用，2008，34(6)：113-116.

[6]汪小科，赵会东.C#全能速查宝典[M].北京：人民邮电出版社，2012.