关于输电线路弧垂计算简易计算器的制作和应用

关于输电线路弧垂计算简易计算器的制作和应用
发表时间：2017-01-06T15:15:18.793Z 来源：《电力技术》2016年第10期作者：郭元东
[导读] 针对上述问题，经过反复研究思考，理论联系实际，认为通过计算机实现手动输入自动计算显得十分必要。

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摘要：为了保证架空输电线路的安全运行和弧垂验收等工作，我们经常会使用档端角度法检测导地线的弧垂，但是，对于测量结果如果使用传统的手工方法来进行计算，不仅计算量大，而且容易出错。

针对这一情况，我们研发出了简易的弧垂计算器，巧妙地利用excel表格自带的函数计算功能轻松地实现了弧垂的自动计算。

采用弧垂计算器，只要手动输入自变量，就可以自动完成导地线测量弧垂的计算、分析和判断，并显示结果是否合格，对于不合格的项用加粗红色字体醒目显示。

大大提高了工作效率，降低了计算强度，节约了计算时间（约需手动计算时间的20%），易于广泛推广应用。

关键词：档端角度法；函数；十进制角度；弧垂换算
弧垂计算包括观测弧垂计算、标准弧垂计算、误差计算、结果分析、制作数据报表和存档等等内容。

不仅需要计算人员掌握一定的理论水平，而且由于涉及参数多，计算过程复杂，使用计算器计算时间较长，工作效率较低，还会带来许多人为的错误。

针对上述问题，经过反复研究思考，理论联系实际，认为通过计算机实现手动输入自动计算显得十分必要。

1档端角度法测量弧垂的原理
档端角度法测量弧垂单线示意图如下：图中A、B两点分别为导地线弧垂切线与杆塔的交差点，f为中点弧垂，a、b为相对于测量仪器位
置的导地线近悬点和远悬点的垂直截距，则
2计算器的设计思路
2.1设计思路
在excel表格中，根据角度的输入方式不同，分为“三格输入法”和“单格输入法”两种。

“三格输入法”比较简单，但输入麻烦，需要把度、分、秒三个值分别输入到三列表格中；“单格输入法”输入和转换计算比较复杂，但是输入比较简单，可以在一列中一次性输完度分秒值。

综合考虑和比较两者方案后，得出“单格输入法”方案麻烦在制作上，不在使用上，而“三格输入法”简单在设计制作上，麻烦在使用上，这里选取“单格输入法”方案进行制作和设计。

2.2界面设计
软件界面分为五栏，一是线路位置名称栏，二是计算结果显示栏，三是计算结果自动判研栏，四是自变量手动输入栏，五是变量自动计算栏。

前四栏使用者能够直观清楚地看到，而第四栏是在制作完毕后隐藏在后台自动运行的。

3计算器的制作步骤（以在excel2003版中第六行制作为例）
3.1解决度分秒的输入问题（例：输入83°6′6″）
在excel单个表格中是无法直接输入度分秒数据的，但是度分秒和时间的进制有点像，都是60进制关系，我们可以借助时间的格式输入度分秒。

首先设置输入单元格的格式，在菜单“格式”-“单元格”-“数字”-“自定义”-“类型”中输入[hh]"°"mm"′"ss"″"（"°"、"′"、"″"是英文格式下特殊符号）-确定，这样单元格格式就设置好了。

设S6为悬点测量读数，S6输入83：06：06，则显示83°06′06″。

3.2解决度分秒的加减法运算问题（例：90°0′0″-83°6′6″=6°53′54″）
在弧垂测量中，我们使用经纬仪测量导、地线挂点和弧垂最低点的垂直角度时，直接读出来的数值不是垂直角度，因为目镜水平时读数是90°，需要用90°减去相应的读数之后才是垂直角度，正为仰角，负为俯角。

实现这一步要用到三个函数，TEXT函数（将数值转换为按指定数字格式表示的文本）、IF函数（条件函数）、ABS函数（绝对值）。

表格中S6为悬点测量读数，前面已经输入，显示为83°6′6″；设
U6为90度常数，输入90°0′0″；设X6为垂直角度，输入公式“=IF（S6>=U6，TEXT（S6-U6，"-[h]°mm′ss〃"），TEXT（ABS（S6-U6），"[h]°mm′ss〃"））”，显示计算结果为6°53′54″。

3.3解决度分秒的十进制转换问题（例：6°53′54″=6.90°）
在excel中有了垂直角度，我们还是无法直接带入tan进行计算，因为excel表格默认的是弧度三角函数计算，对于度分秒是不识别的，也无法将其直接转换为弧度，所以我们必须首先将度分秒转换为十进制的数据（带小数点的），然后再转换为弧度。

表格中S6为悬点测量读数，前面已经输入，显示为83°6′6″；U6为90度常数，前面已经输入，显示90°0′0″；设V6为悬点垂直角度度分秒值的绝对值，输入公式
“=IF（S6>=U6，TEXT（S6-U6，"[h]°mm′ss〃"），TEXT（ABS（S6
-U6），"[h]°mm′ss〃"））”，显示计算结果为6°53′54″；设Z6为悬点垂直角度的十进制值，输入公式“=IF（S6>=U6，SUBSTITUTE （SUBSTITUTE（SUBSTITUTE（V6，"°"，"："），"′"，"："），"〃"，）*（-24），SUBSTITUTE（SUBSTITUTE（SUBSTITUTE （V6，"°"，"："），"′"，"："），"〃"，）*24）”，显示计算结果为6.90，其中函数 SUBSTITUTE是将某一文本字符串中替换为指定的文本。

3.4解决度分秒值的弧度转换问题（例：6.90°=0.12039863 rar）
在这一步我们就可以使用excel中的三角函数RADIANS直接进行转换了，表格中Z6为悬点垂直角度的十进制值，前面已经输过，显示为6.90°；设AB6为悬点垂直角度弧度值，输入公式“=RADIANS（Z6）”，显示自动计算结果为0.12039863，RADIANS为角度转换弧度的函数。

3.5 a值的计算（公式：a= h-h0-λ）
设P6为仪高h0，Q6为绝缘子串长λ，R6为呼称高h，手动分别输入1.5、1.7和24；设AH6为a值，输入公式“=R6-P6-Q6”，自动显示计算结果20.8。

3.6 b值的计算（公式：b=（tanα- tanθ）*D）
设AD6为tanα，显示结果为0.120983782；设AE6为tanθ，显示结果为0.097737603；设O6为档距D，手动输入300；设AG6为b值，输入公式“=ABS（（AD6
-AE6）*O6）”，自动显示计算结果65.61641552。

其中，α为悬挂点的垂直角度，θ为弧垂最低点的垂直角度，D为档距。

3.9弧垂的校验
依据《10KV-35KV架空线路施工验收规范》和《110kV～500kV架空送电线路施工及验收规范》，下面以35kv~110kv为例说明。

3.9.1弧垂允许偏差校验（35kv~110kv为+5%，-2.5%；220kv~500kv为±2.5%）
3.9.1.1设D6为折算至某一温度下的弧垂f2，在上一步已经计算过，只需从新建的表格中等过来就行，自动显示为40.06；设N6为某一温度下的设计弧垂fs，手动输入11；设单相误差为F6，输入公式“F6=（D6-N6）/N6”，自动显示计算结果为26
4.2%；
3.9.1.2设G6为单相误差是否合格，输入公式“=IF（F6>5%，"不合格"，IF（-2.5%
>F6，"不合格"，"合格"））”，合格自动显示为黑色不加粗字体，不合格则自动显示为红色加粗字体。

3.9.2相间弧垂允许偏差最大值校验（35kv~110kv为200mm，220kv~500kv为300mm）
3.9.2.1设H8为测量弧垂相间误差，输入公式“=ABS（D8-D9）*1000”，自动显示计算结果；D8和D9为任意两相导线的测量弧垂温度折算值。

3.9.2.2设I8为相间误差是否合格，输入公式“=IF（H8>200，"不合格"，"合格"）”，合格显示为黑色不加粗字体，不合格则显示为红色加粗字体。

截图如下：
4结束语
采用弧垂计算器，实用性强，效果良好，计算速度快，准确性高，极大地提高了工作效率，降低了劳动强度，且对计算人员要求不高，很好的实现了办公自动化。

同理，我们可以尝试运用此方法在excel表格中实现平视法位移值计算、施工弧垂角度值计算、任意点弧垂计算、不等高弧垂计算、档侧角度法、档内角度法和档外角度法以及各种比载等复杂计算的自动计算，拓展应用空间十分广阔，在这里仅以此法起到抛砖引玉、开启智慧的大门的作用。

作者简介：郭元东（1978-），男，中级工程师，主要从事输电线路运维检修管理工作。