VisualBasic 6.0在摇摆角计算中的应用

摘要：本文首先具体介绍了摇摆角在铁塔设计中的作用及意义，以及对摇摆角计算公式进行分析，并着重讲解如何将摇摆角计算用VisualBasic 6.0编程语言来实现。

关键词：摇摆角、计算、VisualBasic 6.0

一、前言

随着计算机技术的发展，计算机应用给各行各业的生产和管理带来了极大的方便，计算机的普及使计算机的应用已渗透到社会生活的各个方面。

同样的，在电力系统的线路设计，线路施工及线路运行和管理等方面计算机应用也已发挥了很大的作用。由于计算机的引用，将人们从以前繁重、重复的手工计算以及手工绘图中解放出来，从而提高了人们的工作效率，大大减少了出图的错误率。

Visual Basic是由微软公司推出的一套完整的Windows系统软件开发工具，可用于开发Windows环境下的各类应用程序，是一种可视化、真正面向对象、采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言和工具的完美集成。编程简单、方便、功能强大，具有与其它语言及环境的良好接口，不需要编程开发人员具备C/C++或者Turbo Pascal 语言知识和特别高深的专业知识，只要懂得Windows的界面及其基本操作，就可以迅速上手，而VB在程序界面设计、多媒体开发方面更是独具优势。因此特别适合初学者和业余人员使用。

由于笔者有幸参加2010年由国家电网组织的国家电网公司输变电工程通用设计输电线路部分的编写工作，故在此就设计铁塔时摇摆角的计算以及用VisualBasic 6.0编写摇摆角计算程序的有关应用作一下简明介绍。

二、摇摆角的计算

在规划直线塔塔头时，需确定在工频电压、操作过电压及雷电过电压作用下塔头空气间隙数值，这种空气间隙数值是指在规定风速下绝缘子串应风偏后带电体对塔构所应保持的最小距离。因此，为了最终确定直线塔塔头见习尺寸，必须对绝缘子串的风偏大小进行计算。（即我们常说的摇摆角的计算）。

绝缘子串的风偏大小依其所产生的摇摆角大小来表示。绝缘子串的摇摆角可按下式计算

式中 φ――悬垂绝缘子串摇摆角，（°）；

Pl――悬垂绝缘子串风压，N；

G1――悬垂绝缘子串重力，N；

P――相应于工频电压、操作过电压及雷电过电压风速下的导线风荷载，N/m；

W1――导线自重力，N/m；

lH――悬垂绝缘子串摇摆角计算用杆塔水平档距，m；

lv――悬垂绝缘子串摇摆角计算用杆塔垂直档距，m；

a――塔位高差系数；

T――相应于工频电压、操作过电压及雷电过电压气象条件下的导线张力，N；

下面对公式中各种参数数值的选取进行说明。

（1）悬垂绝缘子串风压（Pl）按下式计算

式中 V――设计采用的10min平均风速，m/s；

A1――绝缘子串的受风面积，。单盘盘径为254mm的绝缘子，每片受风面积取0.02，大盘径及双盘径者取0.03。金具零件受风面积，对单导线每串取0.03，对两分裂导线，每串取0.04。对3～4分裂导线，每串取0.05。双联绝缘子串的受风面积，可取为单联的1.5～2倍。

（2）导线风荷载（P）可按下式计算

P=α•WO•μZ•μSC•βC•d•lH•B•sin²θ

WO=V²/1600

α――风压不均匀系数，应根据设计基本风速，按表1的规定确定，当校验杆塔电气间隙时，α随水平档距变化取值按表2的规定确定；

βC――500kV和750kV线路导线及地线风荷载调整系数，仅用于计算作用于杆塔上的导线及地线风荷载(不含导线及地线张力弧垂计算和风偏角计算)，c应按照表1确定；其它电压级的线路c取1.0；

μZ ――风压高度变化系数，基准高度为10m的风压高度变化系数按表3的规定确定；

μSC――导线或地线的体型系数：线径小于17mm或覆冰时(不论线径大小)应取μSC =1.2；线径大于或等于17mm，μSC取1.1；

d――导线或地线的外径或覆冰时的计算外径；分裂导线取所有子导线外径的总和，m；

lH――杆塔的水平档距，m；

θ ――风向与导线或地线方向之间的夹角，度；

WO ――基准风压标准值，kN/m2，应根据基准高度的风速V(m/s)计算。

B――覆冰时风荷载增大系数，5mm冰区取1.1，10mm冰区取1.2；

V――基准高度为10m的风速（m/s）。

表1 风压不均匀系数和导地线风载调整系数c

风速V

m/s 20 20V

 计算杆塔荷载 1.00 0.85 0.75 0.70

设计杆塔（风偏计算用） 1.00 0.75 0.61 0.61

c 计算500、750kV杆塔荷载 1.00 1.20 1.20 1.30

对跳线等档距较小者的计算，宜取1.0。

表2 风压不均匀系数随水平档距变化取值

档距

m 200 250 300 350 400 450 500 550 ≥600

 0.80 0.74 0.70 0.67 0.65 0.63 0.62 0.61 0.61

表3 风压高度变化系数Z

离地面或海平面高度m 地面粗糙度类别

A B C D

5 1.17 1.00 0.74 0.62

10 1.38 1.00 0.74 0.62

15 1.52 1.14 0.74 0.62

20 1.63 1.25 0.84 0.62

30 1.80 1.42 1.00 0.62

40 1.92 1.56 1.13 0.73

50 2.03 1.67 1.25 0.84

60 2.12 1.77 1.35 0.93

70 2.20 1.86 1.45 1.02

80 2.27 1.95 1.54 1.11

90 2.34 2.02 1.62 1.19

100 2.40 2.09 1.70 1.27

150 2.64 2.38 2.03 1.61

200 2.83 2.61 2.30 1.92

250 2.99 2.80 2.54 2.19

300 3.12 2.97 2.75 2.45

350 3.12 3.12 2.94 2.68

400 3.12 3.12 3.12 2.91

≥450 3.12 3.12 3.12 3.12

地面粗糙度类别：

A类指近海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；

C类指有密集建筑群的城市市区；

D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

（3）lv垂直档距可按下式计算

式中lv+40――+40℃时之垂直档距,m

T+40――+40℃时导线张力，N

T――雷电、操作或者工频条件下的导线张力，N

将上述各式代入缘子串的摇摆角计算公式中就可得出绝缘子串在雷电、操作或者工频条件下的摇摆角了。但是，由于上面公式参数繁多，步骤繁琐，很容易在计算中出错，导致最后结果产生偏差，为了避免这种事情发生，我们将VisualBasic 6.0编程语言引入，这样我们只用填写几个关键参数就能很快得到正确的结果了，将设计人员从繁重的计算中解脱出来，将时间用到更重要的地方去。

三、用VisualBasic 6.0编程语言所编写的摇摆角计算公式

根据摇摆角公式的构成，摇摆角计算程序将有三个模块构成，即1）悬垂绝缘子串风压计算模块；2）导线风荷载计算模块；3）垂直档距计算模块。

各模块简易流程图如下：

1）悬垂绝缘子串风压计算模块

2）导线风荷载计算模块

3）垂直档距计算模块

以下便是摇摆角计算程序的主界面

四、关于本程序还需改进的地方

由于开发时间较短，故本程序还有许多不足之处：

1）每次计算摇摆角时都需重新输入导线参数，可以将导线参数提前录入数据库中，在计算前直接选取导线型号就可以直接得到所有导线的相关数据；

2）表三中基准高度变化步长为5m，而当实际输入基准高度不为5的倍数时（如27m），应用插值法计算出基准高度所对应风压高度变化系数，这样可以提高最终结果的准确性；

3）程序界面较为单调，应适当进行美化，并增加一些人性化设置，从而方便使用者。

参考文献：

1．张殿生，2002，电力工程高压送电线路设计手册 : 第二版，中国电力出版社

2. 中国电力企业联合会，2010，110kv~750kv架空输电线路设计规范 GB50545-2010，中国计划出版社

3. 新智工作室，2001，VB6.0中文版教程，电子工业出版社

4. 刘瑞新，2011，Visual Basic程序设计教程（第4版），电子工业出版社

作者简介：

穆巍（1983-），男，宁夏回族自治区电力设计院，助理工程师，2006年参加工作，从事线路电气设计工作。