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摘要：输电线路张力架线是输电线路施工中的一个重要环节，开发辅助设计软件，有利于提高施工效率。目前，施工架线的方式已经成熟，但已有的工程软件在实际使用过程中，不能较好贴合工程施工人员实际操作需求，缺乏对连续上下山放线过程的动态显示，导致可用性不高。本文在综合输电线路张力架线施工及技术支持需求的基础上，对贴合工程实际的输电线路张力架线计算及动态仿真系统的软件架构进行了分析，提出了软件实现的框架，给出了软件计算模块的计算原理，并基于C++和AutoCAD的俄二次开发实现了软件开发。
关键词：张力放线计算与动态仿真软件架构
中图分类号： Te832文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10 （C）-0000-00
0引言
我国目前的电力供应存在供需不平衡的问题，而电力供需的不平衡会影响到未来经济社会的稳定与发展。采用超高压、特高压输电线路将分散的电力系统连接起来进行适当容量的互联输电，对降低发电成本、提高供电可靠性、最大限度的满足国民经济发展和社会用电需求有重要意义。随着电网的不断的扩大与发展，而在电力系统建设中输电线路设是非常重要的一个环节，因此越来越多的受到各电力系统的高度关注与重视。并且国家建设部门也在将大量的资金投入输电线路的建设方面，建成了一批110KV/220kV、330kV、500kV、750kV超高压输电线路，并且它们正成为配电网的主干网架，随着±800kV、1000kV的特高压输电线路不断的在电力系统中使用。但是，布线施工效率较低的问题普遍存在在输电线路架设设计与施工过程中，需要为张力架线提供更方便施工人员使用、更贴近施工关切数据计算的计算软件及架线仿真系统。
1系统功能分析
输电线路张力架设仿真系统要实现的的功能有：张力放线施工计算、显示校正、放线施工作业图绘制和三维仿真。本系统能够信息提取智能化，具备友好的操作和显示界面，能够提取架设导线的挂点，转向点坐标信息，对危险点进行设置并且校正，具有生动的三维仿真显示。
根据工程需要，软件应具备放线张力计算和观测弧垂计算相关计算的能力。主要功能包含：①自动识别CAD图；
②常用导线、导引绳、钢丝绳以及放线滑车参数的点选；③张力机、牵引机以及杆塔挂点手动点选；④放线区段控制弧垂点手动点选；⑤能够自动找到最大张力控制点；⑥牵引绳牵放导线过每一基塔对应的曲线图；⑦牵引绳与导线用两种颜色显示，能够显示每基滑车包络角和垂直荷载；⑧针对耐张塔双滑车挂距差，能够显示大小号方向；⑨连续上下山滑车口垂高及紧线张力手动输入，显示绝缘子偏移方向；⑩输电线路张力架线牵放动态显示。
2 软件架构设计
输电线路张力架线计算及动态仿真系统是一款工程应用软件，要具有工程项目管理的功能，对已存在CAD图纸中的数据进行读取和标准，同时，实现张力架线的相关计算和连续上下山放线过程的动态仿真。本节对软件的主要功能模块进行设计。
2.1主要功能块
对输电线路张力架线计算及动态仿真系统必须实现的功能进行分析，将系统分为六个主要功能块，即文件读取模块、数据提取模块、参数计算模块、表格生成模块、曲线绘制模块和动态仿真模块，如图1所示。
文件处理功能主要针对DWG型文件，以下4点为必须实现的功能：1）必须能够识别并打开 DWG 文件；2）必须具有测量的功能，能够在 DWG 文件上制定绘图的比例；3）必须具有校正的功能：能够对标注完毕的 DWG 文件进行校正，以下为校正的5个部分内容：重设牵引方式、重设控制点、更改相对净空距离、更改绳索参数及设备参数、更改滑车参数。4） 必须能够标注计算结果，包括：导线张力、导引绳张力、牵引绳牵引导线时牵引绳张力、挂双滑车塔位、导引绳牵引牵引绳时牵引绳张力、上扬塔位的上扬绳索类型和上扬力。
数据提取的功能主要是在计算模块中提取出所需要的初始数据，要求实现以下2点：1） 在 DWG 文件提取杆塔的坐标；2） 在 DWG 文件中设置危险点，具有设置相对净空距离的功能；
在对应的图例中绘制的曲线，能够直观反映牵引绳，系统必须能够绘制图形来显示计算结果，包括：1）展放导线时的牵引绳放线曲线；2）导线放线曲线；3） 牵引绳的放线曲线；4） 展放牵引绳的导引绳放线曲线。
张力计算功能包含整个放线计算过程的相关计算，以下13点为必须实现的功能：1）要求各种所需放线参数的配置：导线、地线、地锚、牵引绳、张力机和牵引机的参数选择；2）要求配置转角度数的输入接口，在放线参数的计算过程中充分应用转角度数；3）要求配置滑车摩擦系数的输入接口，在放线参数计算的过程中充分应用滑车的摩擦系数；4）对张力场的左右两边进行初算，分析粗算的结果并且选择合适的张力场位置。5）牵展计算过程所需的参数包括：双滑车计算、导线、牵引绳放线线长、张力机出口张力、导线、牵引绳水平张力、控制档张力、导线、牵引绳曲线方程、牵引机最大入口牵引力、上扬力计算；6） 完成牵引级数的推荐，即牵引的级数和各个等级牵引绳的规格；7）要求具有报警的功能，在相应长生的表格中用显眼的颜色标注，在计算过程中出现如下情况时进行报警：牵引绳受力超標、张力机或牵引机超载、导线张力超标、控制点设置不当；8）依据影响牵引方式的因素导线根数、牵引绳规格和牵引相数进行粗算，根据粗算的结果来确定牵引方式；9）完成牵展计算，并根据计算结果确定工具集，工具集包括张牵设备配置表和牵引绳配置表。10）能够在不同区段的不同温度值下实现紧线弧垂、线夹移位和竣工弧垂的计算；11）能够完成对地锚的计算，即计算张牵设备的各个锚点埋设深度；12）能够完成对布线的计算，提供合理的放线方案；13）能够完成对布线结果的标注，能够更加生动直观显示布线后压接管位置；
表格生成模块主要将计算结果以工程图表的方式保存起来，主要包含：1）地线挂点坐标；2）放线计算表；3）挂点坐标；4）张力架线施工工器具表。 最后，动态仿真功能必须实现的功能主要概括为以下4点：1） 放线参数；2） 滑车参数；3） 动态展放；4） 回放。
2.2张力架线计算软件系统模块设计
除了文件处理模块、张力参数计算模块（包含数据读取、曲线绘制和表格生成等）和动态仿真模块，增加工程管理模块对系统进行设计，主要包含新建工程和打开工程，实现对整个工程项目的管理。根据工程思想所构造出来的工程项目管理模块允许用户以工程的形式创建、设置与保存组态文件。用户可以根据需求构建模型并且保存起来，从而避免了重复构建的工作。软件设计时必须重点考虑工程管理模块，针对张力放线计算及动态仿真系统，工程管理模块对工程和区段两个层次进行管理，一个工程可能有多个区段，可以对已有工程进行新增、删除和新建区段的操作。文件处理模块实现DWG文件的数据提取和DWG信息标注。DWG数据提取对DWG文件中的数据进行提取。包括：控制点设定、绳索及设备参数导入、杆塔挂点坐标提取、图纸比例设定等。DWG信息标注：对DWG 文件内信息标注和校正。包括：放线的曲线绘制、双滑车标注、上扬力标注、受力结果标注等。其组成如图2所示。
图3是张力计算模块组成框图，其主要包括8种计算，即放线区段控制档计算、张力机出口张力计算、由出口张力反算任意档的放线张力、牵引导线时牵引绳力计算、放线滑车上扬校核、放线时所需导线长度计算、直线塔及耐张塔悬挂双放线滑车判断和连续倾斜地形放线计算。将曲线方程以及受力结果提供给DWG处理模块来进行信息标注。
在仿真系统各个模块之间，通过文件形式实现数据的交互，从导入原始DWG图纸，到最终包含标注信息信息流，如图4所示：
用户界面完成对DWG前台处理模块的设计，DWG前台处理模块包括DWG 图纸的数据提取，DWG图纸导入导出和DWG图纸的信息标注。整理提取的数据，供参数后台计算模块进行计算，对生成的作业图表进行曲线的绘制和信息的标注。参数后台计算模块能够实现牵展计算、布线计算以及地锚计算的功能。首先从DWG处理模块中读取所需数据，然后将各步计算结果输出，生成作业图表，供DWG处理模块进行曲线绘制和信息标注。
2.3系统软件实现技术分析
该软件主要考虑以下三点因素：第一，平台的多样性，尽可能使该软件能够在主流的Windows平台下运行，例如目前的Windows XP，Vista以及即将发布的Windows 7及Windows 10，其用户的数量都比较大。那么最好就使用Net Framework2.0版本，因为比较成熟并且安装程序较小。第二，由于要读取的 DWG 文件中的数据，这就需要使用AutoCAD 平台，通过后台调用AutoCAD 操作 DWG 图纸，这就要求使用过程中支持尽可能高版本的CAD软件或者能兼容多种CAD软件。第三，参数计算要求较高的专业性，依靠经验设计流程流程，关鍵是保证设计流程的合理可靠。基于以上分析，该软件的实现技术如表1所示：
3 小结
本文首先对输电线路张力架设仿真系统的需求进行分析，对软件应该实现的功能进行了描述；然后对系统进行架构设计，首先进行软件功能结构设计，然后基于需求分析进行主要模块划分以及分解模块组成，最后给出了系统实现的相关技术需求，为软件的实现奠定了基础。
关键词：张力放线计算与动态仿真软件架构
中图分类号： Te832文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10 （C）-0000-00
0引言
我国目前的电力供应存在供需不平衡的问题，而电力供需的不平衡会影响到未来经济社会的稳定与发展。采用超高压、特高压输电线路将分散的电力系统连接起来进行适当容量的互联输电，对降低发电成本、提高供电可靠性、最大限度的满足国民经济发展和社会用电需求有重要意义。随着电网的不断的扩大与发展，而在电力系统建设中输电线路设是非常重要的一个环节，因此越来越多的受到各电力系统的高度关注与重视。并且国家建设部门也在将大量的资金投入输电线路的建设方面，建成了一批110KV/220kV、330kV、500kV、750kV超高压输电线路，并且它们正成为配电网的主干网架，随着±800kV、1000kV的特高压输电线路不断的在电力系统中使用。但是，布线施工效率较低的问题普遍存在在输电线路架设设计与施工过程中，需要为张力架线提供更方便施工人员使用、更贴近施工关切数据计算的计算软件及架线仿真系统。
1系统功能分析
输电线路张力架设仿真系统要实现的的功能有：张力放线施工计算、显示校正、放线施工作业图绘制和三维仿真。本系统能够信息提取智能化，具备友好的操作和显示界面，能够提取架设导线的挂点，转向点坐标信息，对危险点进行设置并且校正，具有生动的三维仿真显示。
根据工程需要，软件应具备放线张力计算和观测弧垂计算相关计算的能力。主要功能包含：①自动识别CAD图；
②常用导线、导引绳、钢丝绳以及放线滑车参数的点选；③张力机、牵引机以及杆塔挂点手动点选；④放线区段控制弧垂点手动点选；⑤能够自动找到最大张力控制点；⑥牵引绳牵放导线过每一基塔对应的曲线图；⑦牵引绳与导线用两种颜色显示，能够显示每基滑车包络角和垂直荷载；⑧针对耐张塔双滑车挂距差，能够显示大小号方向；⑨连续上下山滑车口垂高及紧线张力手动输入，显示绝缘子偏移方向；⑩输电线路张力架线牵放动态显示。
2 软件架构设计
输电线路张力架线计算及动态仿真系统是一款工程应用软件，要具有工程项目管理的功能，对已存在CAD图纸中的数据进行读取和标准，同时，实现张力架线的相关计算和连续上下山放线过程的动态仿真。本节对软件的主要功能模块进行设计。
2.1主要功能块
对输电线路张力架线计算及动态仿真系统必须实现的功能进行分析，将系统分为六个主要功能块，即文件读取模块、数据提取模块、参数计算模块、表格生成模块、曲线绘制模块和动态仿真模块，如图1所示。
文件处理功能主要针对DWG型文件，以下4点为必须实现的功能：1）必须能够识别并打开 DWG 文件；2）必须具有测量的功能，能够在 DWG 文件上制定绘图的比例；3）必须具有校正的功能：能够对标注完毕的 DWG 文件进行校正，以下为校正的5个部分内容：重设牵引方式、重设控制点、更改相对净空距离、更改绳索参数及设备参数、更改滑车参数。4） 必须能够标注计算结果，包括：导线张力、导引绳张力、牵引绳牵引导线时牵引绳张力、挂双滑车塔位、导引绳牵引牵引绳时牵引绳张力、上扬塔位的上扬绳索类型和上扬力。
数据提取的功能主要是在计算模块中提取出所需要的初始数据，要求实现以下2点：1） 在 DWG 文件提取杆塔的坐标；2） 在 DWG 文件中设置危险点，具有设置相对净空距离的功能；
在对应的图例中绘制的曲线，能够直观反映牵引绳，系统必须能够绘制图形来显示计算结果，包括：1）展放导线时的牵引绳放线曲线；2）导线放线曲线；3） 牵引绳的放线曲线；4） 展放牵引绳的导引绳放线曲线。
张力计算功能包含整个放线计算过程的相关计算，以下13点为必须实现的功能：1）要求各种所需放线参数的配置：导线、地线、地锚、牵引绳、张力机和牵引机的参数选择；2）要求配置转角度数的输入接口，在放线参数的计算过程中充分应用转角度数；3）要求配置滑车摩擦系数的输入接口，在放线参数计算的过程中充分应用滑车的摩擦系数；4）对张力场的左右两边进行初算，分析粗算的结果并且选择合适的张力场位置。5）牵展计算过程所需的参数包括：双滑车计算、导线、牵引绳放线线长、张力机出口张力、导线、牵引绳水平张力、控制档张力、导线、牵引绳曲线方程、牵引机最大入口牵引力、上扬力计算；6） 完成牵引级数的推荐，即牵引的级数和各个等级牵引绳的规格；7）要求具有报警的功能，在相应长生的表格中用显眼的颜色标注，在计算过程中出现如下情况时进行报警：牵引绳受力超標、张力机或牵引机超载、导线张力超标、控制点设置不当；8）依据影响牵引方式的因素导线根数、牵引绳规格和牵引相数进行粗算，根据粗算的结果来确定牵引方式；9）完成牵展计算，并根据计算结果确定工具集，工具集包括张牵设备配置表和牵引绳配置表。10）能够在不同区段的不同温度值下实现紧线弧垂、线夹移位和竣工弧垂的计算；11）能够完成对地锚的计算，即计算张牵设备的各个锚点埋设深度；12）能够完成对布线的计算，提供合理的放线方案；13）能够完成对布线结果的标注，能够更加生动直观显示布线后压接管位置；
表格生成模块主要将计算结果以工程图表的方式保存起来，主要包含：1）地线挂点坐标；2）放线计算表；3）挂点坐标；4）张力架线施工工器具表。 最后，动态仿真功能必须实现的功能主要概括为以下4点：1） 放线参数；2） 滑车参数；3） 动态展放；4） 回放。
2.2张力架线计算软件系统模块设计
除了文件处理模块、张力参数计算模块（包含数据读取、曲线绘制和表格生成等）和动态仿真模块，增加工程管理模块对系统进行设计，主要包含新建工程和打开工程，实现对整个工程项目的管理。根据工程思想所构造出来的工程项目管理模块允许用户以工程的形式创建、设置与保存组态文件。用户可以根据需求构建模型并且保存起来，从而避免了重复构建的工作。软件设计时必须重点考虑工程管理模块，针对张力放线计算及动态仿真系统，工程管理模块对工程和区段两个层次进行管理，一个工程可能有多个区段，可以对已有工程进行新增、删除和新建区段的操作。文件处理模块实现DWG文件的数据提取和DWG信息标注。DWG数据提取对DWG文件中的数据进行提取。包括：控制点设定、绳索及设备参数导入、杆塔挂点坐标提取、图纸比例设定等。DWG信息标注：对DWG 文件内信息标注和校正。包括：放线的曲线绘制、双滑车标注、上扬力标注、受力结果标注等。其组成如图2所示。
图3是张力计算模块组成框图，其主要包括8种计算，即放线区段控制档计算、张力机出口张力计算、由出口张力反算任意档的放线张力、牵引导线时牵引绳力计算、放线滑车上扬校核、放线时所需导线长度计算、直线塔及耐张塔悬挂双放线滑车判断和连续倾斜地形放线计算。将曲线方程以及受力结果提供给DWG处理模块来进行信息标注。
在仿真系统各个模块之间，通过文件形式实现数据的交互，从导入原始DWG图纸，到最终包含标注信息信息流，如图4所示：
用户界面完成对DWG前台处理模块的设计，DWG前台处理模块包括DWG 图纸的数据提取，DWG图纸导入导出和DWG图纸的信息标注。整理提取的数据，供参数后台计算模块进行计算，对生成的作业图表进行曲线的绘制和信息的标注。参数后台计算模块能够实现牵展计算、布线计算以及地锚计算的功能。首先从DWG处理模块中读取所需数据，然后将各步计算结果输出，生成作业图表，供DWG处理模块进行曲线绘制和信息标注。
2.3系统软件实现技术分析
该软件主要考虑以下三点因素：第一，平台的多样性，尽可能使该软件能够在主流的Windows平台下运行，例如目前的Windows XP，Vista以及即将发布的Windows 7及Windows 10，其用户的数量都比较大。那么最好就使用Net Framework2.0版本，因为比较成熟并且安装程序较小。第二，由于要读取的 DWG 文件中的数据，这就需要使用AutoCAD 平台，通过后台调用AutoCAD 操作 DWG 图纸，这就要求使用过程中支持尽可能高版本的CAD软件或者能兼容多种CAD软件。第三，参数计算要求较高的专业性，依靠经验设计流程流程，关鍵是保证设计流程的合理可靠。基于以上分析，该软件的实现技术如表1所示：
3 小结
本文首先对输电线路张力架设仿真系统的需求进行分析，对软件应该实现的功能进行了描述；然后对系统进行架构设计，首先进行软件功能结构设计，然后基于需求分析进行主要模块划分以及分解模块组成，最后给出了系统实现的相关技术需求，为软件的实现奠定了基础。