变电站工程软导线装配三维仿真测控系统

摘要

本发明涉及一种变电站工程中软导线的测控技术，特别是一种变电站工程软导线装配三维仿真测控系统，采用无棱镜式全站仪加三维立体模拟仿真模型系统，以完成软导线坐标测量与计算机模拟电缆整体三维空间效果，进而高效安全完成导线实地安装。采用的全站仪进行非接触式测量，对变电工程软导线下料长度的数学模型进行研究和验证，并通过计算机设计导线三维空间布局安装效果图。技术效果在于：1、在变电站架空导线及引下线安装中使用，提高施工效率；2、改扩建工程中减少停电时间及降低施工中高空作业风险；3、提高软导线安装的精确性，观感达到施工质量优质；4、良好的人机对话界面，操作简单方便；5、通用性强，多种材质多种规格软导线适用。

权利要求

1.变电站工程软导线装配三维仿真测控系统，其特征在于，包括如下组成：

提供全站仪，其能够测量角度、坐标、距离，对测量数据进行自动记录、储存、计算和通讯；固定好全站仪并调整好全站仪本身的坐标系，全站仪为坐标系原点，测量单相或者三相的每根软导线的两个悬挂点的空间坐标值，绝缘子金具串长、导线的档距以及高差，并保存在全站仪的数据存储空间中；

提供参数输入设置模块，将标准参数以及全站仪所测量的参数传送给该参数输入设置模块，所述标准参数包括软导线在内的与软导线架设连接的变电站设备的标准参数，包括耐张串、间隔棒、绝缘子、软导线、气象区；测量参数为绝缘子金具串长，分为左边和右边长度，对软导线下料长度进行建模，建模步骤如下：

1)利用导线在各状态下的荷重、支点反力、剪力、力矩以及荷重因数的计算获得导线在各状态时的水平应力、水平张力和导线的弧垂：σn2(σn-A)＝Cn

其中Cn＝ξDncos2γ，A＝σm-ξDm/σm2-αE(tn-tm)cosγ；

σm，Dm和tm分别为在已知条件m时的导线应力，导线荷重因数和导线温度；σn、Dn和tn分别在待求条件m时的导线应力、导线荷重因数和导线温度；α为导线的温度线膨胀系数，E为导线材料的弹性系数；ξ为导线材料的弹性模量，ξ＝(Ecosγ)/(2ld S2)，S为导线截面；γ为悬挂点连线与水平线间的夹角，ld为档距减去两端绝缘子串的长度；

2)先假定最大弧垂fmax发生在某一状态，用牛顿迭代法求出此状态的水平拉力H，求出应力σ；

3)然后由步骤2)的结果作为已知条件，求解另一状态时的σ，进而求出H，最后得到弧垂f的数学模型；

4)若解得其他状态的弧垂均小于fmax，则假定正确，否则重新假定fmax发生在另一状态，跳到步骤(2)，并且进行一样的计算，直至假定正确；从而获得导线的控制状态；

5)根据导线的控制状态获得施工条件下的弧垂，并由该弧垂获得下料长度的数学模型；

对获得的下料长度的数学模型进行如下校验：

A通过全站仪对现场实际的导线在某一档距下的弧垂进行测量，并提取该实际测量导线的下料长度；

B以全站仪所测量的数据，以及实际测量导线上的各设备标准数据通过上述步骤5)获得的下料长度数学模型进行计算，比较计算获得的下料长度值和实际测量导线的下料长度值，获得模型误差；

C根据误差对下料长度的数学模型进行改进，并获得最终的弧垂和下料长度的数学模型；

根据校验后的下料长度数学模型计算获得最终的施工用下料长度；

提供变电站仿真系统，导入变电站的场景模型和设备模型，以及变电站标准数据，并根据导线形态数学模型以及连接方式模型将最终获得的施工用下料长度的软导线，以装配三维模拟图的形式进行生成和显示。

2.根据权利要求1所述的变电站工程软导线装配三维仿真测控系统，其特征在于，全站仪包括有测角部分、补偿部分、测距部分、中央处理器、输入/输出模块、电源和数据通信单元；其中测角部分、补偿部分和测距部分分别与中央处理器连接，中央处理器则通过输入/输出模块与数据通信单元连接。

3.根据权利要求1所述的变电站工程软导线装配三维仿真测控系统，其特征在于，所述的导线形态模型具体为：导线两端的悬挂点坐标分别为A(x1,y1,z1)和B(x2,y2,z2)，则两点间的档距高差h＝y2-y1，把档距l和AB两点在X轴、Z轴方向上的距离分别作N等分，那么AB两点接连的导线第n个点的空间坐标为：

当h/l≤0.15时，采用平抛物线方程；当h/l>0.15时，采用斜抛物线方程，其中，γ表示输电线比载，σ0表示输电线最低点的应力。

4.根据权利要求1所述的变电站工程软导线装配三维仿真测控系统，其特征在于，所述连接方式模型具体为：第一层线路连接：第一层母线管为东西向的，母线管双联悬垂串一端接第一层横担，另一端与母线管进行连接，然后母线管分别与前排单元中最外层的HGIS接线柱、后排单元中最外层的HGIS接线柱相连，设置母线管的相序和HGIS相序，保持三相一致地连接；

第二层线路连接：第二层导线是南北向的，单联悬垂串一端与第二层的横担相连，另一端与导线分别和前排单元中最里层的HGIS接线柱、后排单元中最里层的HGIS接线柱相连；

第二层导线相序与HGIS相序一致，由HGIS相序设定来控制；

第三层线路连接：第三层导线是东西向的；单联悬垂串一端接第三层横担，另一端接导线，当相邻串的横担层数为3或4层时，横担两边的绝缘子串的另一端接跳线接到横担下的V型双联悬垂串，否则无跳线，第三层和第二层的三相导线可设置是否连接，并根据相序的情况保证三相一致；

完成连接后，将三维仿真模拟全景进行全角度的输出。

5.根据权利要求4所述的变电站工程软导线装配三维仿真测控系统，其特征在于，当横担具有第四层时，还包括第四层线路连接：第四层导线是南北向的，单联悬垂串一端接第四层横担，另一端接导线，当横担为四层时，单联悬垂串与导线连接处通过跳线接到横担下的V型双联悬垂串，再接到另一排第二层的的单联悬垂串与导线连接处；第四层和第三层的三相导线进行连接，并根据相序的情况保证三相一致；第四层导线的相序与HGIS相序一致，也由HGIS相序的设定来控制。

6.根据权利要求4所述的变电站工程软导线装配三维仿真测控系统，其特征在于，变电站仿真系统中，具有设计参数模块，其具体包括如下7个参数设置模块：1)地面参数设置：地面的长和宽；2)各线路单元参数设置：各线路的长及前、后排宽；3)变电站横担参数设定：横担各层高度和母线管高度；4)软导线相间距设定：每层横担上各线路相间距设置；5)HGIS参数设置：HGIS相间距、排间距、接线柱高度；6)相序及连接方式设置：相序排列、引下线连接方式的选择；7)线路单元设置：包括串名、层数、2层和3层是否连接设置。

说明书

变电站工程软导线装配三维仿真测控系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种变电站工程中软导线的测控技术，特别是一种变电站工程软导线装配三维仿真测控系统。

背景技术

[0002] 随着变电架空线向高压迅速发展和环保的要求，变电站结构越来越复杂，电塔在软导线架设中普遍应用。电塔高度高、结构根开大以及电塔斜率大，变电站中横担高、线路多，给软导线测量、架设与施工带来质量误差、效率低下与安全隐患。

[0003] 在导线施工中，软导线安装的步骤有：测量、计算、放样压接、架线安装。在改扩建工程中，软导线的档距测量必须在相邻设备或者主导线停电后，使用钢卷尺等硬尺寸工具进行实地测量，并经过现场计算后得出实际需要的软导线长度。关于软导线长度的计算，由于涉及参数多，计算过程复杂，计算时间长，工作效率低，同时还会带来许多人为的误差。这种安装流程增加了施工人员多次上下塔架高空作业的危险性，同时严重浪费大量的停电时间，造成电网经济损失。例如，2011年，在宁德500kV变电站核电间隔扩建工程软导线安装中，需要更换2档高空导线及安装6档高空导线。停电施工需要10个阶段，每个阶段都必须有设备停役时间按在8天以上。2012年，在东台500kV变电站福清核电间隔扩建工程软导线安装中，需要更换4档高空导线及安装6档高空导线。停电施工需要9个阶段，每个阶段都必须有设备停役时间按在6天以上，有些甚至需要停电10天。诸如此类的事情，造成经济损失的情况下，还严重影响电网的运行安全，并增加了施工中安全风险的管控难度。

[0004] 伴随着计算机软件和硬件技术的快速发展，计算机图形学也得到了质的发展并在各个行业中广泛应用。电力行业中，如输电线连接设计大多是基于AutoCAD的二维平面制图，500kV变电站设备多，结构复杂，整个变电站的设计施工图大多也是由基于AutoCAD的十几张二维平面图纸组成。这些图纸画面粗糙、制图时间久、且可设置性差。输电线电塔连接和变电站建设缺乏预先观察设计效果，往往会造成设计失误、细节忽略、延长工期等后果。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够在安装前预先模拟导线安装效果，使得施工过程简化、工作效率高、避免人为误差，减少停电时间，确保导线精确安装的变电站工程软导线装配三维仿真测控系统。

[0006] 本发明的目的是通过以下途径来实现的：

[0007] 变电站工程软导线装配三维仿真测控系统，其要点在于，包括如下组成：

[0008] 提供全站仪，其能够测量角度、坐标、距离，对测量数据进行自动记录、储存、计算和通讯；固定好全站仪并调整好全站仪本身的坐标系，全站仪为坐标系原点，测量单相或者三相的每根软导线的两个悬挂点的空间坐标值，绝缘子金具串长、导线的档距以及高差，并保存在全站仪的数据存储空间中；

[0009] 提供参数输入设置模块，将标准参数以及全站仪所测量的参数传送给该参数输入设置模块，所述标准参数包括软导线在内的与软导线架设连接的变电站设备的标准参数，例如耐张串、间隔棒、绝缘子、软导线、气象区等标准输入参数；测量参数为绝缘子金具串长，分为左边和右边长度，

[0010] 对软导线下料长度进行建模，建模步骤如下：

[0011] 1）利用导线在各状态下的荷重、支点反力、剪力、力矩以及荷重因数的计算获得导线在各状态时的水平应力、水平张力和导线的弧垂：

[0012] σn2(σn-A)=Cn

[0013] 其中Cn=ξDncos2γ，A=σm-ξDm/σm2-αE(tn-tm)cosγ；

[0014] σm，Dm和tm分别为在已知条件m时的导线应力，导线荷重因数和导线温度；σn、Dn和tn分别在待求条件m时的导线应力、导线荷重因数和导线温度；α为导线的温度线膨胀系数，E为导线材料的弹性系数；ξ为导线材料的弹性模量，ξ=(Ecosγ)/(2ld S2)，S为导线截面；γ为悬挂点连线与水平线间的夹角；

[0015] 2）先假定最大弧垂fmax发生在某一状态，用牛顿迭代法求出此状态的水平拉力H，求出应力σ；

[0016]

[0017] 3）然后由步骤2）的结果作为已知条件，求解另一状态时的σ，进而求出H，最后得到弧垂f的数学模型；

[0018] 4）若解得其他状态的弧垂均小于fmax，则假定正确。否则重新假定fmax发生在另一状态，跳到步骤（2），并且进行一样的计算，直至假定正确；从而获得导线的控制状态；

[0019] 5）根据导线的控制状态获得施工条件下的弧垂，并由该弧垂获得下料长度的数学模型；

[0020] 对获得的下料长度的数学模型进行如下校验：

[0021] A通过全站仪对现场实际的导线在某一档距下的弧垂进行测量，并提取该实际测量导线的下料长度；

[0022] B以全站仪所测量的数据，以及实际测量导线上的各设备标准数据通过上述步骤5）获得的下料长度数学模型进行计算，比较计算获得的下料长度值和实际测量导线的下料长度值，获得模型误差；

[0023] C根据误差对下料长度的数学模型进行改进，并获得最终的弧垂和下料长度的数学模型；

[0024] 根据校验后的下料长度数学模型计算获得最终的施工用下料长度；

[0025] 提供变电站仿真系统，导入变电站的场景模型和设备模型，以及变电站标准数据，并根据导线形态数学模型以及连接方式模型将最终获得的施工用下料长度的软导线，以装配三维模拟图的形式进行生成和显示。

[0026] 本发明采用的全站仪进行非接触式测量，对变电工程软导线下料长度的数学模型进行研究和验证，并通过计算机设计导线三维空间布局安装效果图，为输变电工程改扩建工程提供快速有效的评估方案，能大大简化施工过程，改进安装工艺，提高工作效率和施工安全性，能够在安装前预先模拟导线安装效果，避免人为误差，减少停电时间，确保导线精确安装。本发明所述变电站工程软导线装配三维仿真测控系统整体造型简单轻便实用，单人可以使用，操作简单，使用方便。从根本上改善了传统的软导线安装模式，大大提高了安装效率，适用于多电压等级多类型软导线设备安装。

[0027] 本发明可以进一步具体为：

[0028] 全站仪包括有测角部分、补偿部分、测距部分、中央处理器、输入/输出模块、电源和数据通信单元；其中测角部分、补偿部分和测距部分分别与中央处理器连接，中央处理器则通过输入/输出模块与数据通信单元连接。

[0029] 除此之外还有显示屏和键盘，均与输入/输出模块连接。中央处理器根据用户的输入指令，确定各种测量方式，自行计算并并对数据进行处理；测角部分为电子经纬仪，主要用来测定水平和竖直角度；测距部分为光电测距仪，用于测量两个目标间的距离；补偿部分主要功能是针对仪器垂直轴倾斜引起的水平、垂直角度测量误差而进行自动补偿改正；输入输出由键盘、双向数据通讯接口和显示屏组成，键盘实现参数的设置、模式的选择，双向数据通讯接口实现全站仪和计算机之间的数据通讯，显示屏直观的显示操作界面及数据显示；电源是全站仪最重要的部件之一，电池的好坏、电量的多少决定了现场测量的时间，尤其对于免棱镜全站仪耗电量大的特点，电源的质量对工程测量具有非常大的影响。

[0030] 全站仪优选免棱镜全站仪，免棱镜全站仪作业灵活，实施速度快，可以在短短几分钟内完成测量，保证测量精度的同时避免了繁琐的计算。免棱镜全站仪在危险或者特殊地方测量中体现了明显的优越性，解决了普通全站仪难以解决的问题，减轻工作人员的作业危险性和劳动强度，大大缩短工期。

[0031] 全站仪中有多种测量方式，如对角测量、直接坐标测量等，软导线下料长度计算软件设计了两种测量数据计算方式，当采用对角测量方式，可以直接获得档距相对长度与高差，用于计算单相软导线下料长度，并单相软导线装配三维仿真模拟图；当采用直接坐标测量方式时，同时读入三相软导线坐标，共6个x，y，z坐标。

[0032] 参数输入设置模块由以下部分组成：

[0033] （1）全站仪测量数据读取及显示；

[0034] （2）耐张串线夹型号选取，显示数量、质量和吃线长度；

[0035] （3）间隔棒型号选取，显示数量及质量；

[0036] （4）绝缘子串型号选取，显示绝缘子片数及片重；

[0037] （5）导线型号选取，显示截面积、单位质量、直径、拉断力等；

[0038] （6）气象区选取，显示冰厚、最大风速、最高温度等；

[0039] （7）控制状态判定表，显示相应的温度、单位荷重等；

[0040] （8）输入参数区，包括期望弧垂、左右绝缘子金具串长度等。若点击“默认值”按钮，输入参数区里面的相关数据会默认赋给常用的值，用户可以直接修改相关参数，方便计算；

[0041] （9）输出参数区，包括线长、水平张力、弧垂等；

[0042] （10）线长计算示意图帮助理解；

[0043] （11）线长计算结果显示及保存；

[0044] （12）三维模拟仿真，显示单项导线详细的布局效果。

[0045] 所述的导线形态数学模型具体为：

[0046] 导线两端的悬挂点坐标分别为A（x1,y1,z1）和B（x2,y2,z2），则两点间的档距高差h=y2-y1，把档距l和AB两点在X轴、Z轴方向上的距离分别作N等分，那么AB两点接连的导线第n个点的空间坐标为：

[0047]

[0048]

[0049]

[0050] 当h/l≤0.15时，采用平抛物线方程；当h/l>0.15时，采用斜抛物线方程，其中，γ表示输电线比载，σ0表示输电线最低点的应力。

[0051] 所述连接方式模型具体为：

[0052] 第一层线路连接：第一层母线管为东西向的，母线管双联悬垂串一端接第一层横担，另一端与母线管进行连接，然后母线管与前、后排单元中最外层的HGIS接线柱相连，设置母线管的相序和HGIS相序，保持三相一致地连接；

[0053] 第二层线路连接：第二层导线是南北向的，单联悬垂串一端与第二层的横担相连，另一端与导线和前、后排单元中最里层的HGIS接线柱相连；第二层导线相序与HGIS相序一致，由HGIS相序设定来控制；

[0054] 第三层线路连接：第三层导线是东西向的；单联悬垂串一端接第三层横担，另一端接导线，当相邻串的横担层数为3或4层时，横担两边的绝缘子串的另一端接跳线接到横担下的V型双联悬垂串，否则无跳线，第三层和第二层的三相导线可设置是否连接，并根据相序的情况保证三相一致；

[0055] 完成连接后，将三维仿真模拟全景进行全角度的输出。

[0056] 本发明所述的仿真系统可以直接作为设计工具来模拟各个具体实际的变电站，对改扩建变电工程在实际施工前进行虚拟仿真展示，以满足方案设计、施工、线路检修、相关的投标、工程宣传等需求，起到了将“设计风险犯在计算上”的作用，从而降低了变电站设计错误风险，并且在实际系统未施工之前，能很好地将变电站全景展示出来，也保证工程顺利实施提供前期基础。

[0057] 在第二层线路连接时：其连接方式：或者是通过单联悬垂串与导线的连接处下拉与HGIS接线柱相连，或者是通过单联悬垂串与导线的连接处与横担下的V型双联悬垂串相连后接于HGIS接线柱。

[0058] 当横担具有第四层时，还包括第四层线路连接：第四层导线是南北向的，单联悬垂串一端接第四层横担，另一端接导线，当横担为四层时，单联悬垂串与导线连接处通过跳线接到横担下的V型双联悬垂串，再接到另一排第二层的的单联悬垂串与导线连接处；第四层和第三层的三相导线进行连接，并根据相序的情况保证三相一致；第四层导线的相序与HGIS相序一致，也由HGIS相序的设定来控制。

[0059] 这样，变电站中，母线管I、II分别与GIS第一行与最后一行接线柱连接，第二、三层软导线分别于第二、三行GIS接线柱连接，第四层软导线与相邻的后排或前排第二层软导线连接。所述的连接方式体现了变电站的模块化、可编程化或计算机半自动化生成，使得三维仿真能够简单、快速的完成，避免了耗时、繁复和专业的问题，提高了三维仿真系统的生成效率，缩短了设计时间，能够根据具体实际的变电站进行设计式模拟，实现施工前的仿真展示，降低变电站设计错误风险、保证工程顺利实施。

[0060] 本发明可以进一步具体为：

[0061] 变电站仿真系统中，具有设计参数模块，其具体包括如下7个参数设置模块：1）地面参数设置：地面的长和宽；2）各线路单元参数设置：各线路的长及前、后排宽；3）变电站横担参数设定：横担各层高度和母线管高度；4）软导线相间距设定：每层横担上各线路相间距设置；5）HGIS参数设置：HGIS相间距、排间距、接线柱高度；6）相序及连接方式设置：相序排列、引下线连接方式的选择；7）线路单元设置：包括串名、层数、2层和3层是否连接设置。

[0062] 这样，本发明只需要对上述各个参数根据具体实际的变电站进行设置，即可逼真的对500kV变电站进行仿真模拟。这些参数设置采用模块式设计，可以方便的从计算机中进行输入和设置，无需专业计算机人员，只需具备变电站电气知识人员就能简洁快速地完成500KV变电工程屋外配电装置三维模拟仿真设计，大大节省了设计时间。

[0063] 综上所述，本发明采用无棱镜式全站仪加三维立体模拟仿真模型系统，以完成软导线坐标测量与计算机模拟电缆整体三维空间效果，进而高效安全完成导线实地安装。其技术效果在于：1、在变电站架空导线及引下线安装中使用，提高施工效率；2、改扩建工程中减少停电时间及降低施工中高空作业风险；3、提高软导线安装的精确性，观感达到施工质量优质；4、良好的人机对话界面，操作简单方便；5、通用性强，多种材质多种规格软导线适用。

附图说明

[0064] 图1所示为本发明所述全站仪的原理框架示意图。

[0065] 图2所示为本发明所述软导线下料长度数学模型生成的流程图。

[0066] 图3所述为本发明所述软导线下料长度数学模型验证的流程示意图。

[0067] 图4所述为本发明所述变电站仿真系统中设计参数模块的参数设置流程图。

[0068] 下面结合附图对本发明做进一步的描述。

具体实施方式

[0069] 最佳实施例：

[0070] 本发明所述的软导线装配三维仿真测控系统主要围绕着软导线接头坐标测量、软导线空间三维数学模型、软导线长度与弧垂计算、软导线三维装配仿真模型等几个重要环节进行创新研究。以发明内容部分所述的系统组成结构为主线，对本发明进行进一步描述。

[0071] 首先是软导线空间坐标测量采用非接触式测量方案，采用免棱镜全站仪，以对边测量方法进行测量，其测距信号是激光，无需在目标点设置棱镜，接受物体漫反射回来的信号，通过计算得出所测目标点的距离。参照附图1，全站仪包括有测角部分、补偿部分、测距部分、中央处理器、输入/输出模块、电源和数据通信单元；其中测角部分、补偿部分和测距部分分别与中央处理器连接，中央处理器则通过输入/输出模块与数据通信单元连接。除此之外还有显示屏和键盘，均与输入/输出模块连接。

[0072] 固定好全站仪并调整好全站仪本身的坐标系，全站仪为坐标系原点，可以直接获得被测量物体相对于全站仪坐标系内的空间坐标A，即软导线悬挂点A坐标，x，y，z坐标值，然后测量软导线另一端悬挂点B空间坐标，x，y，z坐标值，并保存在全站仪的数据存储空间中。

[0073] 软导线空间三维数学模型主要是弧垂的数学模型，并由弧垂引出下料长度的数学模型，参照附图2，具体为：

[0074] 变电工程中一般档距都是在20-100m范围内，属于短档距。处于短档距时，软导线收到档距长短、弧垂、绝缘子、金具、软导线等因素影响很大。大致分析变电工程中，影响软导线数学模型因素。

[0075] 绝缘子串机械荷重：绝缘子在不同气象条件下分为几种：绝缘子串自重、绝缘子串冰重、绝缘子串冰重及自重、绝缘子串风压、绝缘子串覆冰风压、绝缘子串无冰时风压与自重、绝缘子串自重、冰重和风压荷重。

[0076] 导线集中荷重：导线上悬挂的引下线为集中荷重，即反正作用在一个点上的荷重。

[0077] Pi=pili+qi

[0078] 其中，pi为引下线单位荷重，单位为kgf/m；li为引下线长度，单位为m；qi为线夹重，单位为kgf。不过当有其他外力影响时，例如，上人检修状况的情况，此时就要考虑检修工人的重量，在上人的集中荷重处，Pi要再加上施工人员的重量。

[0079] 支点反力：导线在n状态垂直荷重作用下的简支梁A、B两支点的反力可根据所有力对悬挂点A、B力矩平衡条件得出。

[0080]

[0081]

[0082] 其中Gn为状态n时的绝缘子串荷重，单位为kgf；qn为状态n时的导线单位荷重，单位为kgf/m，H为导线水平张力，单位为kgf，γ悬挂点连线与水平线间的夹角；l为档距，ld为档距减去两端绝缘子串的长度，△l（i △ai和△bi）为集中荷重之间的距离，单位都为m。一般只计算出RnA即可求解，如为了对剪力计算进行校验，也可将RnB求出。

[0083] 各段剪力：各段剪力方向有左右之分，用Qnz和Qny分别表示n状态下向左和向右的剪力，单位为kgf，其计算公式为：

[0084]

[0085] Qny(i)=Qnz(i)-qn△li

[0086] 各点力矩：n状态下，对于受均布及集中荷载的各点简支梁有：

[0087]

[0088] 最大力矩可表示为：

[0089] Mnmax=∑△Mn(+)=∑△Mn(-)

[0090] 式中∑ΔMn(+)、∑ΔMn(-)分别表示为左侧和右侧各段力矩增量的总和，单位为kgf·m。对于简支梁，各段力矩增量的总和为零，即∑ΔMn=0，利用这个原则做校核。

[0091] 荷重因数：各段的荷重因数：

[0092] 总荷重因数：

[0093] Dn=∑△Dn(i)

[0094] 为了确保变电站导线安装后能安全可靠运行，也要进行控制条件状态的判定。控制状态有最高气温、最大风速、有冰有风和安装检修。在进行下料长度计算之前，要进行诸如支点反力、各段剪力、各段力矩等的计算，给出设计弧垂，进行控制状态的判定，求解状态方程式，得到施工时的应力及弧垂，最后求得下料长度。

[0095] 控制状态的判定：利用导线状态方程式计算导线在各状态时的水平应力、水平张力和导线的弧垂。

[0096]

[0097] 对上式进行转化，得一元三次方式为：

[0098] σn2(σn-A)=Cn

[0099] 其中Cn=ξDncos2γ，A=σm-ξDm/σm2-αE(tn-tm)cosγ。

[0100] σm，Dm和tm分别为在已知条件m时的导线应力，单位为（N/mm2），导线荷重因数，单位化为N2·m和导线温度（℃）；σn、Dn和tn分别在待求条件m时的导线应力、导线荷重因数和导线温度。S为导线截面（mm2）；α为导线的温度线膨胀系数（1/℃），E为导线材料的弹性系数（N/mm2）。ξ为导线材料的弹性模量（N/m·mm2），ξ=(Ecosγ)/(2ld S2)。

[0101] 控制状态的判断过程如下：

[0102] （1）先假定最大弧垂fmax发生在某一状态，用牛顿迭代法求出此状态的水平拉力H，求出应力σ。

[0103]

[0104]

[0105] （2）然后由第一步的结果作为已知条件，求解另一状态时的σ，进而求出H，最后得到弧垂f。

[0106] （3）若解得其他状态的弧垂均小于fmax，则假定正确。否则重新假定fmax发生在另一状态，跳到步骤（1），并且进行一样的计算，直至假定正确。并根据获得的弧垂得到下料长度。

[0107] 在超高压配电装置中，单根软导线往往满足不了负荷电流及电晕或者无线电干扰等要求，故变电站多采用分裂导线。上文中的张力及支点反力均按单根导线进行张力及支点反力的求解，而当导线为双分裂时，张力计算和支点反力的计算结果均要乘以2。

[0108] 此时，由于变电工程中软导线装配各个组成部分分析，并建立数学模型，由Matlab仿真验证模型准确性。另外软导线施工必须满足设定的弧垂，并且要求弧垂三相一致，即统一水平，关键在于准确计算导线下料长度。为了找到档距、弧垂和下料长度的关系，本文采用理论与实际相结合的原则，如图3所示：现场测量导线在某一档距下的弧垂，查询当时下料的实际长度。理论中按此档距、弧垂建立下料长度模型，软件计算结果和实际长度进行比较，得到误差，进一步对下料长度模型进行改进，直至把误差最大限度地降低到可接受的范围，最后由软件实现下料长度的计算。根据控制状态，求出施工条件下的弧垂，进而进行下料长度的计算。

[0109] 最后部分是软导线三维装配仿真模型，采用变电站三维仿真系统来实现。变电站三维仿真系统的目的是虚拟现实，呈现变电站设计效果。系统开发围绕以下3个阶段进行：物理模型的建立、连接方式模型的建立和系统整合。物理建模阶段主要包括设备模型（变电站设备）和场景模型（地面、天空、周围环境等）的建模；连接方式建模阶段主要完成软母线连接设计、参数设置、母线形态数学模型等；系统整合阶段主要工作是模型设置、功能优化、界面设计及动画流畅性等。

[0110] 首先是物理模型的建立：设备物理模型包括场景模型与设备模型；其中设备模型包括HGIS模型、人形架和横担模型、绝缘子串模型、母线管模型和电塔模型。

[0111] 物理模型完成后，计算机三维处理平台根据变电站的实际测量数据对设计参数模块中的各个参数进行设定，参照附图4；即数据模型：主要是对构建变电站屋外配电部分所需要的数据进行设置。需要的参数有：地面的长和宽，各串线路的前、后排的长及宽，横担的各层高度，母线管高度，4层线路三相导线之间的间距设定后，对HGIS的相间距、排间距及HGIS接线柱的高度进行设定，最后设置各串前、后单元的线路名称及第一串和最后一串的左、右线路名称。导线属性参数，如比载、弹性系数等，还有绝缘子串比载、水平投影长度、垂直投影长度均由VC++实现500kV变电站软母线弧垂和线长计算设计而得。由这些数据，可生成变电站屋外配电部分三维模拟图，与实际尺寸成比列地展现，虚拟设计效果。

[0112] 在根据变电站的实际测量数据对设计参数模块中的各个参数进行设定；并导入所述的各个设备物理模型和导线形态模型，然后根据连接方式模型进行连接。连接方式模型是变电站屋外配电部分三维建模中最重要也是最复杂的环节，必须保证设计的正确性、连接的多样性、可设置性及设置后相互之间的协调性，达到适用于不同变电站的效果，便于日后推广应用。

[0113] 本发明所述的变电站工程软导线装配三维仿真测控系统还基于以下的软件支持：

[0114] Visual C++既支持传统的软件开发方式，也支持面向对象和可视化的开发模式，具有代码自动生成和可视化编辑功能。MFC提供了Windows环境下面向对象的程序开发环境，本发明的所有软件开发都是由MFC实现的，它提供了大量的控件用于文字说明、数据编辑、条件选择、动作执行等，支持软件各种功能的实现。OpenGL是个专业的3D图形程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层图形库，具有跨平台和可移植性的特点，目前已经成为三维制图的标准，应用广泛，特别是在游戏领域发挥了巨大的作用。其四个坐标变换包括：视点变换、模型变换、投影变换以及视口变换。

[0115] 本发明未述部分与现有技术相同。