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摘 要：在Window环境下，利用AutoCAD作为工具，开发出一套避雷针布置和保护范围的计算、绘图软件。在发电厂或变电站设计避雷保护时，利用该软件可实现设计、计算和绘图的综合自动化，减轻设计人员的劳动，提高工作效率，并得到规范的设计图纸。
关键词：避雷针 保护范围 布置图
为保护电气设备免受直接雷击，通常采用装设避雷针的措施。避雷针一般用于保护发电厂和变电所，其作用是将雷电流吸引到避雷针上，并安全地将雷电流引入大地，从而保护设备。
在实际工作中，避雷针的布置、保护范围计算和绘制显得非常繁杂、耗时且很容易出错。特别是对于大型变电所，例如330 kV HL变电所，装设不同高度避雷针20支，保护高度5种，布置、计算和绘制的工作量很大，且布置时带有一定盲目性，这更加大了设计工作量。针对上述情况，开发了“发电厂和变电所避雷针布置、保护范围计算绘图软件”(以下简称防雷保护软件)，该软件实现了发电厂、变电所避雷针布置、保护范围计算和绘图一体化、自动化。过去，一个330 kV变电所由布置、计算到出图需要2～3天，而使用该软件仅需40 min左右，大大地提高了设计效率，减轻了设计人员的劳动强度，保证了设计质量。
1 软件的设计思想
1.1 利用AutoCAD12.0和VB6软件的优点
AutoCAD绘图软件包以其强大的绘图功能已被广泛应用于设计领域，其所带的AutoLISP程序计算功能不强，但可以编制绘图小程序。VB6.0具有很强的计算功能，它的面向对象及可视化编程方法极大地提高了软件的开发效率，且在计算机辅助设计中得到了普遍应用，它不仅可以进行非常复杂的数值计算，而且还可用来编制绘图程序，生成AutoCAD图形数据交换文件，由AutoCAD软件调用，生成图形。
1.2 软件的适用范围及所引用的规范
本软件适用于变电所、发电厂的避雷针防雷保护计算及保护范围绘制。软件的设计依据是根据现行《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T 620—1997规程编制而成，有关部分还参照了《电力工程电气设计手册》第一册。
2 软件的功能
本软件由3部分组成：避雷针的布置距离；防雷保护计算；绘制保护范围图。其具体功能是：
(1) 避雷针的布置距离：本程序模块主要对任意等高或不等高避雷针，在给出两针高度及两针间的最小保护宽度bx后，计算出这两针间所能布置的最远距离。这样，两针在这距离之内任意布置，它的保护宽度bx都大于或等于前面所给的最小保护宽度。避免了设计人员在布置避雷针时的盲目性，提高了设计效率。
(2) 避雷针的布置及防雷保护计算：在AutoCAD12.0软件运行环境下，通过编制的AutoLISP程序，在电气总平面图上，用鼠标布置避雷针，同时生成有关避雷针的数据文件，它包括避雷针的序号、高度和位置坐标等。在避雷针布置完成后，计算机将对保护范围作精确计算，由计算结果确定是否对个别避雷针进行调整 ，如果有调整，则调整后再进行计算，最后生成防雷保护计算书数据文件，并从打印机上输出原始数据及防雷保护计算书，以便校核存档。
(3) 绘制保护范围图：用VB6.0编程的绘图程序必须生成图形数据交换文件才能进入AutoCDA12.0系统。为此，编制了和AutoCAD12.0的接口软件，编制了绘图、绘直线、绘圆弧等基本功能模块。通过读取保护范围计算的数据文件，生成AutoCAD12.0图形数据交换文件，然后由AutoCAD调用，在电气总平面布置图上自动绘制出避雷针的保护范围图，绘制出避雷针的序号、高度及避雷针的保护高度，自动标注尺寸，生成的图形由绘图机输出。软件的上述3个功能可单独使用，用于校核。
3 软件的运行环境及过程
3.1 运行环境
PC486及以上的微机，配相应软驱、硬驱及其它外设；操作系统为Windows95、Windows98、Windows2000 。应用软件为AutoCAD12.0、AutoCAD14.0或AutoCAD2000。
3.2 运行过程
软件运行过程见框图1，需要说明的是，在进行避雷针的布置、计算和绘图时，本软件和AutoCAD软件要同时运行，相互调用数据，最终完成发电厂、变电所的防雷保护图。具体步骤如下：
(1) 运行Windows95。
(2) 运行AutoCAD12.0软件，调入电气总平面布置图。
(3) 运行避雷针防雷保护软件，在下拉菜单中选择“避雷针布置距离”功能。输入原始数据，计算结果由打印机输出。
(4) 用鼠标切换至电气总平面布置图，用鼠标根据(3)的计算结果布置避雷针，并生成有关避雷针数据文件。
(5) 用鼠标切换至避雷针防雷保护软件，在下拉菜单中选择“避雷针的防雷保护计算”功能，调用“有关避雷针数据文件”，计算保护范围，输出“防雷保护计算书”，生成“绘图数据文件”。如果保护范围不满足要求，修改避雷针数据后，可重复以上(3)、(4)、(5)步骤。
(6) 在下拉菜单中选择“绘制保护范围图”功能，输入绘图比例，调用“绘图数据文件”，生成“dxf为名的图形文件”。
(7) 用鼠标切换至电气总平面布置图，调用“dxf为名的图形文件”，在电气总平面布置图上生成避雷针的防雷保护图。并由绘图机输出成品图。
4 数学模型避雷针保护范围计算公式
(1) 单支避雷针保护范围。
(2) 两支等高避雷针保护范围。
(3) 两支不等高避雷针保护范围
两支不等高避雷针高度分别是h1、h2，且h1＞h2。
以上式中，
rx——避雷针在hx水平面上的保护半径，m；
h——避雷针高度，m；
hx——被保护物高度，m；
ha——避雷针保护的有效高度，m；
h0——两针间保护最低点的高度，m；
D——两支等高或不等高避雷针间距离，m；
D′——化成等高避雷针间距离，m；
p——避雷针高度影响系数，
当h＞120 m时，暂按h＝120 m考虑。
限于篇幅，对绘图数学模型的推导不再讨论。
5 应用举例
以330 kV SM变电所、330 kV配电装置、185 m高保护高度为例说明，绘制的保护范围图见图2。
(1) 首先，对避雷针之间的布置距离进行计算，这样可以减少布置避雷针时的盲目性。根据计算结果在电气总平面上用鼠标布置避雷针，生成有关避雷针所在的位置坐标、高度、序号的原始数据文件。见防雷保护计算书。
(2) 分析计算结果在下拉菜单中选择“避雷针的防雷保护计算”功能，计算保护范围，由计算结果可知，在等高或不等高避雷针所组成的三角形中，bx值均大于零，满足保护要求。
(3) 选择“绘制保护范围图”，输入绘图比例，生成dxf图形文件，在AutoCAD绘图环境中调入该文件，即可以在电气总平面上绘制出防雷保护范围图。
6 总结
该软件实现了发电厂、变电所避雷针的布置、防雷保护计算和绘图的计算机化，大大地提高了设计效率和质量，该软件先后试用于我院的几个工程，取得了较好的效果。
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