一种新型二维杆塔编辑器的构建方法及杆塔建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种新型二维杆塔编辑器的构建方法及杆塔建模方法，本发明中的杆塔编辑器采用面向对象编程，抽象各种杆塔的属性，建立虚基类描述杆塔的属性和方法，派生出不同类型杆塔的描述文件(.XML格式)；通过可视化编辑，实例化杆塔，自动计算杆塔模型的参数。本发明主要用于输电线路防雷性能分析杆塔建模工作，提高输电线路防雷分析建模效率。
【专利说明】一种新型二维杆塔编辑器的构建方法及杆塔建模方法
【技术领域】
[0001]本发明属于输电线路防雷分析建模领域，具体涉及一种新型二维杆塔编辑器的构建方法及杆塔建模方法。
【背景技术】
[0002]雷击一直是电力系统十分关注的危害因素，是造成线路跳闸的首要环境因素。近些年来，随着电网规模的扩大，电压等级的提高，线路遭受雷击的概率也增大；同时，人们对环境的要求越来越高，线路路径选择的形势日益严峻，复杂的地形地貌、微气象环境也使得输电线路雷害事故频发。南方电网属于雷电多发地区，特别是近几年来，雷电活动呈现明显的增长趋势。随着社会对安全供电和电能质量需求的不断提高，给电网每一次雷击故障的预防和治理工作提出了更高的要求。因此更有效地评估输电线路耐雷性能水平，对输电线路雷击事故分析和防雷改造方案制定的意义重大。
[0003]更有效的评估方法需要建立输电线路更加详细的模型，即需要根据每级杆塔的实际结构和尺寸建立相应的模型。超、特高压输电线路长度长、杆塔数量庞大，如果没有能统一管理和编辑线路杆塔的可视化工具，编辑所有杆塔的信息和计算不同类型杆塔的等效电路时，效率很低，而且容易出错。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种新型二维杆塔编辑器的构建方法及杆塔建模方法，目的在于减小杆塔结构尺寸编辑和杆塔等效电路计算的工作量，提高输电线路防雷计算建模的效率。
[0005]本发明采用如下技术方案实现的，
一种新型二维杆塔编辑器的构建方法，采用面向对象编程，包括以下步骤:
1)归纳梳理目前电力系统输电线路中采用的杆塔类型，抽象出各种杆塔的共同属性，基于杆塔的共同属性建立虚基类，确定描述杆塔几何尺寸、导地线挂设方式、杆塔电路模型和杆塔绝缘子串参数的规则；
2)根据建立的虚基类派生出不同类型杆塔的描述文件，所述描述文件为XML格式文
件；
3)通过可视化编辑，输入相关参数实例化杆塔。
[0006]前述的步骤1)中，杆塔的共同属性包括杆塔结构尺寸表达方式、杆塔导地线挂设方式种类、杆塔电路计算模型、杆塔绝缘子串参数。
[0007]前述的步骤2)中，描述文件的内容包括:
a.杆塔类型,包括杆塔类型的名称、交流\直流、地线数量和杆塔画幅大小；
b.一般参数，用于描述杆塔实际几何尺寸，包括各尺寸变量名、默认值和单位，这些参数与实际图纸坐标对应，由用户通过可视化界面输入具体值；
c.复合参数，用于描述表征杆塔上地线挂点的几何位置，以及导线挂点的高度，其中地线纵坐标为杆塔高度、横坐标为上横担宽度决定，导线在杆塔上的挂点纵坐标由所在横担高度决定；
d.杆塔外形，用于描述杆塔外形以及进行尺寸标注，杆塔外形的几何元素包括在描述文件的XML语句中，包括直线和圆弧，对几何元素可定义大小、颜色和旋转角度；
e.导线挂点，通过在杆塔画幅内预置挂设热点，用户进行导线相序编辑时，热点激活，由用户拖动选择挂设位置和挂设方式，编辑器通过挂设点、绝缘子串长、横担宽度和横担高度计算导线挂设点的横纵坐标，同时确定绝缘子串与杆塔的连接节点号，若为V串，则和杆塔横担内外节点相连，若为I串，则和横担中间节点相连；
f.杆塔等效电路，包括固定波阻抗、多波阻抗、分层波阻抗三种杆塔电路模型；所述杆塔等效电路模型为一系列波阻抗相连而成，确定每个相连节点的编号，即可通过节点号描述杆塔等效电路拓扑结构，同时根据三种杆塔模型的波阻抗公式计算等效电路参数。
[0008]基于新型二维杆塔编辑器进行杆塔建模的方法，包含以下步骤:
(1)选择杆塔类型，根据杆塔类型基于搜索技术自动加载杆塔描述文件，并创建杆塔名 称；
(2)根据实际工程中杆塔的设计图纸，通过可视化界面输入杆塔的几何参数，杆塔编辑器根据输入的几何参数，计算得到杆塔上地线挂点的横纵坐标，以及导线挂点的高度；
(3)配置杆塔导线挂设方式，即选择每回每相导线的挂设位置及其绝缘子串形式；
(4)配置每回每相导线的几何参数和物理参数；
(5)配置每回每相导线对应的绝缘子串参数；
(6)配置每根地线的几何参数和物理参数；
(7)根据所述步骤(2)-步骤(6)的参数配置，杆塔编辑器计算导线对应挂设方式下的横纵坐标，以及绝缘子串与杆塔相连的节点号；
(8)杆塔编辑器用所述步骤(7)计算的节点号描述杆塔三种等效电路拓扑模型，并计算三种等效电路参数，由此杆塔编辑器生成一个实例化的杆塔文件，其中包含了用于雷电反击分析的杆塔电路模型参数和用于雷电绕击分析的导地线挂点的横纵坐标。
[0009]前述的步骤(1)中，杆塔类型包括直流线路的单回塔、双回塔、直线塔、耐张塔，交流线路的单回塔、双回塔、四回塔、直线塔、耐张塔和紧凑塔。
[0010]前述的步骤(3)中，每回每相导线的绝缘子串形式包括V串绝缘子和I串绝缘子。
[0011]前述的步骤(4)中，每回每相导线的几何参数包括分裂数、分裂间距、分裂角、子导线半径，物理参数包括直流电阻。
[0012]前述的步骤(5)中，每回每相导线绝缘子串参数包括绝缘子串长和干弧距离。
[0013]前述的步骤(6)中，地线的几何参数包括分裂数、分裂间距、分裂角、子地线半径，物理参数包括直流电阻。
[0014]本发明的有点具体为:1)界面友好，采用可视化界面完成杆塔尺寸和线路参数的配置；2)高效，自动加载杆塔文件，自动生成杆塔等效电路、导地线坐标信息；3)拓展性好，添加新的杆塔类型只需按照一定格式添加相应杆塔的描述文件；4)植入性好，模块化的设计可方便植入输电线路防雷防雷软件，为计算提供线路模型和参数。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明新型杆塔编辑器示意图；图2为本发明进行杆塔建模的操作流程框图；
图3为本发明具体实施例中酒杯塔结构图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0017]如图1所示，本发明的新型杆塔编辑器采用面向对象编程，交互界面友好，构建方法包括以下步骤:
1)归纳梳理目前电力系统输电线路中采用的杆塔类型，抽象出各种杆塔的共同属性，包括结构尺寸表达方式、杆塔导地线挂设方式种类、杆塔电路计算模型、杆塔绝缘子串参数，基于杆塔的共同属性建立虚基类，确定描述杆塔几何尺寸、导地线挂设方式、杆塔电路模型和杆塔绝缘子串参数的规则；
2)根据建立的虚基类派生出不同类型杆塔的描述文件，生成的描述文件为XML格式文
件；
3)通过可视化编辑，输入相关参数实例化杆塔。
[0018]在本发明中，杆塔描述文件是核心，其内容包括:
(1)杆塔类型(To werCategory ),包括杆塔类型的名称、交流\直流、地线数量和杆塔画幅大小，杆塔类型在描述文件里面设定，通过如下编程实现:
〈TowerCategory Name=〃*林〃 LoopbackCount=〃*〃 LoopbackTypes=〃林〃GroundWireCount=//;!<// Bound:"氺，氺，氺，氺">?
[0019](2) —般参数(GeneeralArguments)，用于描述杆塔实际几何参数，包括各尺寸变量名、默认值和单位，这些参数与实际图纸坐标对应，界面上由用户输入具体尺寸值，通过如下编程实现:
〈GeneralArguments Comment=〃 一般参数〃>
〈Item Name=〃*〃 DefaultValue=〃*〃 Discription=〃 单位 *〃/>
</GeneralArguments)
坐标定义如下:空间横坐标定义为杆塔底部所在直线，纵坐标定义为杆塔中轴线，坐标轴原点即为两者交点。
[0020](3)复合参数(MacroArguments),用于描述表征杆塔上地线挂点的几何位置，以及导线挂点的高度，其中地线横纵坐标为杆塔高度、横坐标为上横担宽度决定，导线在杆塔上的挂点纵坐标由所在横担高度决定，通过如下编程实现，
〈MacroArguments Comment=〃 复合参数〃>
〈Item Name=//*// Expression=//氺氺氺氺氺"/>
〈/MacroArguments〉。
[0021](4)杆塔外形(ShapeParts)，用于描述杆塔外形以及进行尺寸标注，杆塔外形的几何元素包括在描述文件的XML语句中，包括直线和圆弧，可以对几何元素定义大小、颜色、旋转角度等，通过如下编程实现，
<ShapeParts>〈Item Type=//Line// Points:"氺，氺，氺，氺"/>
〈Item Type="Arc" Bound="*，*，*，Color="*7>
〈Item ArgumentName=〃*〃 Type=〃Label〃 EditorOnly=〃*〃 Bound =〃*，*，*，*〃
Color?氺 7>
</ShapeParts>。
[0022](5)导线挂点(HangingPlaces)，通过在杆塔画幅内预置挂设热点，用户进行导线相序编辑时，热点激活，由用户拖动选择挂设位置和挂设方式(I串或V串)，编辑器通过挂设点、绝缘子串长、横担宽度和横担高度计算导线挂设点的横纵坐标，同时确定绝缘子串与杆塔的连接节点号，若为V串，则和杆塔横担内外节点相连，若为I串，则和横担中间节点相连。通过如下编程实现，
<HangingPlaces>
〈Item BasePointI=〃氺，氺〃 BasePointV=〃氺，氺〃
LinkPointsI=〃氺，氺〃 LinkPointsV=〃氺，氺，氺，氺〃
GapPoints1:"氺，氺，氺，氺"GapPointsV:"氺，氺，氺，氺"
LinkNodesI=〃氺〃 LinkNodesV=〃氺，氺〃
GapNodesI="*，*" GapNodesV="*，*"
XCI="*_" XCV="****〃
YCI="****" YCV="****"/>
〈/HangingPlaces>。
[0023](6)杆塔等效电路拓扑(Topologies)，包括固定波阻抗、多波阻抗、分层波阻抗三种杆塔电路模型。因杆塔等效电路模型为一系列波阻抗相连而成，确定每个相连节点的编号，即可通过节点号描述杆塔等效电路拓扑结构，同时根据三种杆塔模型的波阻抗公式计算等效电路参数。通过如下编程实现，
〈Topologies〉
〈Topology Option=〃Fixed〃>
〈Model Name="Resistor" Type="*" Tag="*" Ports="*，Arguments?*"/〉
</Topology>
〈Topology Option=〃Programmed〃>
〈Model Name="lineztl" Type="*" Tag="*" Ports="*，Arguments?*，*"/>
</Topology>
〈Topology Option=〃Segmented〃>
〈Model Name="lineztl" Type="*" Tag="*" Ports="*，Arguments?*，*"/>
</Topology>
〈/Topologies〉 。
[0024]如图2所示，基于本发明的新型二维杆塔编辑器进行杆塔建模的方法，包含以下步骤:(1)选择杆塔类型，根据杆塔类型基于搜索技术自动加载杆塔描述文件，并创建杆塔名称；杆塔类型包括直流线路的单回塔、双回塔、直线塔、耐张塔，交流线路的单回塔、双回塔、四回塔、直线塔、耐张塔和紧凑塔。
[0025](2)根据实际工程中杆塔的设计图纸，通过可视化界面输入杆塔的几何参数，杆塔编辑器根据输入的几何参数，计算得到杆塔上地线挂点的横纵坐标，以及导线挂点的高度。
[0026](3)配置杆塔导线挂设方式，即选择每回每相导线的挂设位置及其绝缘子串形式，具体操作方法为将表示导线的圆圈拖动至挂设的地方，基于热点技术，编辑器将自动识别挂点坐标和绝缘子串形式；其中，每回每相导线的绝缘子串形式包括V串绝缘子和I串绝缘子。
[0027](4)配置每回每相导线的几何参数和物理参数；其中每回每相导线的几何参数包括分裂数、分裂间距、分裂角、子导线半径，物理参数包括直流电阻。
[0028](5)配置每回每相导线对应的绝缘子串参数；其中，每回每相导线绝缘子串参数包括绝缘子串长和干弧距离。
[0029](6)配置每根地线的几何参数和物理参数；其中，地线的几何参数包括分裂数、分裂间距、分裂角、子地线半径，物理参数包括直流电阻。
[0030](7)根据步骤(2)_步骤(6)的参数配置，杆塔编辑器计算导线对应挂设方式下的横纵坐标，以及绝缘子串与杆塔相连的节点号。
[0031](8)杆塔编辑器用 步骤(7)计算的节点号描述杆塔三种等效电路拓扑模型，并计算三种等效电路参数，由此杆塔编辑器生成一个实例化的杆塔文件，其中包含了用于雷电反击分析的杆塔电路模型参数和用于雷电绕击分析的导地线挂点的横纵坐标。
[0032]下面通过500kV交流输电线路的酒杯塔为例，对本发明进一步说明。
[0033]用户使用本发明对一个酒杯塔建模的流程如图2所示。
[0034]第1步骤:选择杆塔类型为“酒杯塔”，并命名为B-32。
[0035]第2步骤:按照图3，配置杆塔结构尺寸、导线挂设方式、导地线参数，
2.1)根据实际工程杆塔结构图纸，配置酒杯塔的几何尺寸参数:H1 (4.16m)、H2(l.74m)、H3 (6.45m)、H4 (9.60m) ；L1 (5.45m)、L2 (6.25m)、L3 (5.55m)、L4 (4.4m)；td (3.6m) ；rt (0.178m)、Rt (0.203m)。
[0036]2.2)根据实际工程的导线排列方式，拖动导线点(1A、1B和1C)进行挂设，1A相挂于酒杯塔的左横担，绝缘子采用I串；1B相挂于酒杯塔的塔窗，绝缘子串采用V串；1C相挂于酒杯塔的右横担，绝缘子串采用I串，基于热点技术，编辑器自动识别导线相序和挂设位置。
[0037]2.3)配置每回每相导线的几何参数和物理参数:
1A相:分裂数4，分裂角0，分裂间距45cm，子导线1.5cm，直流电阻0.05912 Q ；
1B相:分裂数4，分裂角0，分裂间距45cm，子导线1.5cm，直流电阻0.05912 Q ；
1C相:分裂数4，分裂角0，分裂间距45cm,子导线1.5cm,直流电阻0.05912 Q。
[0038]2.4)配置每回每相导线对应的绝缘子串的几何参数:
1A相绝缘子串:绝缘子串长4.8m,干弧距离4.38m ；
IB相绝缘子串:绝缘子串长4.8m,干弧距离4.38m ；
1C相绝缘子串:绝缘子串长4.8m,干弧距尚4.38m。[0039]2.5 )配置每根地线的几何参数和物理参数:
1G—分裂数0，分裂角0，分裂间距0cm，直流电阻0.3935 Q ；
2G—分裂数0，分裂角0，分裂间距0cm，直流电阻0.3935 Q。
[0040]2.6)根据2.1)——2.5)配置的参数，杆塔编辑器可以计算出对应挂设方式下的空间坐标，以及绝缘子串与杆塔相连的节点号。
[0041]2.7)杆塔编辑器步骤2.6)计算的节点号描述杆塔三种等效电路拓扑模型，并计算三种等效电路参数，由此杆塔编辑器生成一个实例化的杆塔文件，其中包含了用于雷电反击分析的杆塔电路模型参数和用于雷电绕击分析的导地线挂点坐标信息，并通过接口输出，便于其他计算程序调用。
[0042]本发明采用可视化的界面，帮助用户高效地完成杆塔信息的编辑。内置输电线路常用杆塔描述文件，根据杆塔名称自动完成描述文件匹配与加载，并以可视化的方式供用户进行查看和编辑，提高杆塔信息录入的效率，减少出错的概率。自动生成和输出杆塔等效电路的拓扑和参数、导地线的挂设坐标信息，极大提高输电线路防雷性能计算的建模效率。
[0043]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种新型二维杆塔编辑器的构建方法，其特征在于，采用面向对象编程，包括以下步骤: 1)归纳梳理目前电力系统输电线路中采用的杆塔类型，抽象出各种杆塔的共同属性，基于杆塔的共同属性建立虚基类，确定描述杆塔几何尺寸、导地线挂设方式、杆塔电路模型和杆塔绝缘子串参数的规则； 2)根据建立的虚基类派生出不同类型杆塔的描述文件，所述描述文件为XML格式文件； 3)通过可视化编辑，输入相关参数实例化杆塔。
2.根据权利要求1所述的一种新型二维杆塔编辑器的构建方法，其特征在于，所述步骤1)中，杆塔的共同属性包括杆塔结构尺寸表达方式、杆塔导地线挂设方式种类、杆塔电路计算模型、杆塔绝缘子串参数。
3.根据权利要求1所述的一种新型二维杆塔编辑器的构建方法，其特征在于，所述步骤2)中，描述文件的内容包括: a.杆塔类型,包括杆塔类型的名称、交流\直流、地线数量和杆塔画幅大小； b.一般参数，用于描述杆塔实际几何尺寸，包括各尺寸变量名、默认值和单位，这些参数与实际图纸坐标对应 ，由用户通过可视化界面输入具体值； c.复合参数，用于描述表征杆塔上地线挂点的几何位置，以及导线挂点的高度，其中地线纵坐标为杆塔高度、横坐标为上横担宽度决定，导线在杆塔上的挂点纵坐标由所在横担高度决定； d.杆塔外形，用于描述杆塔外形以及进行尺寸标注，杆塔外形的几何元素包括在描述文件的XML语句中，包括直线和圆弧，对几何元素可定义大小、颜色和旋转角度； e.导线挂点，通过在杆塔画幅内预置挂设热点，用户进行导线相序编辑时，热点激活，由用户拖动选择挂设位置和挂设方式，编辑器通过挂设点、绝缘子串长、横担宽度和横担高度计算导线挂设点的横纵坐标，同时确定绝缘子串与杆塔的连接节点号，若为V串，则和杆塔横担内外节点相连，若为I串，则和横担中间节点相连； f.杆塔等效电路，包括固定波阻抗、多波阻抗、分层波阻抗三种杆塔电路模型；所述杆塔等效电路模型为一系列波阻抗相连而成，确定每个相连节点的编号，即可通过节点号描述杆塔等效电路拓扑结构，同时根据三种杆塔模型的波阻抗公式计算等效电路参数。
4.基于权利要求1所述的新型二维杆塔编辑器进行杆塔建模的方法，其特征在于，包含以下步骤: (1)选择杆塔类型，根据杆塔类型基于搜索技术自动加载杆塔描述文件，并创建杆塔名称； (2)根据实际工程中杆塔的设计图纸，通过可视化界面输入杆塔的几何参数，杆塔编辑器根据输入的几何参数，计算得到杆塔上地线挂点的横纵坐标，以及导线挂点的高度； (3)配置杆塔导线挂设方式，即选择每回每相导线的挂设位置及其绝缘子串形式； (4)配置每回每相导线的几何参数和物理参数； (5)配置每回每相导线对应的绝缘子串参数； (6)配置每根地线的几何参数和物理参数； (7)根据所述步骤(2)-步骤(6)的参数配置，杆塔编辑器计算导线对应挂设方式下的横纵坐标，以及绝缘子串与杆塔相连的节点号； (8)杆塔编辑器用所述步骤(7)计算的节点号描述杆塔三种等效电路拓扑模型，并计算三种等效电路参数，由此杆塔编辑器生成一个实例化的杆塔文件，其中包含了用于雷电反击分析的杆塔电路模型参数和用于雷电绕击分析的导地线挂点的横纵坐标。
5.根据权利要求4所述的杆塔建模方法，其特征在于，所述步骤(1)中，杆塔类型包括直流线路的单回塔、双回塔、直线塔、耐张塔，交流线路的单回塔、双回塔、四回塔、直线塔、耐张塔和紧凑塔。
6.根据权利要求4所述的杆塔建模方法，其特征在于，所述步骤(3)中，每回每相导线的绝缘子串形式包括V串绝缘子和I串绝缘子。
7.根据权利要求4所述的杆塔建模方法，其特征在于，所述步骤(4)中，每回每相导线的几何参数包括分裂数、分裂间距、分裂角、子导线半径，物理参数包括直流电阻。
8.根据权利要求4所述的杆塔建模方法，其特征在于，所述步骤(5)中，每回每相导线绝缘子串参数包括绝缘子串长和干弧距离。
9.根据权利要求4所述的杆塔建模方法，其特征在于，所述步骤(6)中，地线的几何参数包括分裂数、分裂间距、分裂角、子地线半径，物理参数包括直流电阻。
【文档编号】G06F17/50GK103995931SQ201410213180
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】周志成, 刘洋, 路永玲, 马勇, 陈杰, 高嵩 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力科学研究院