北斗導航定位系統在架空輸電線路覆冰監測中的應用研究

楊洪磊，司興登，梁仕斌，苗雪鵬

（1.昆明冶金高等專科學校，云南 昆明 650032；2.云南電力試驗研究院（集團）有限公司，云南 昆明 650000；3.河南通達電纜股份有限公司，河南 洛陽 471922）

0 引言

架空輸電線路是電力系統的重要組成部分，由于覆冰引起的線路斷線和倒塔事故等對電力系統的安全穩定運行造成重大威脅，會對人民正常生產生活產生諸多不利影響[1]。傳統的覆冰監測采用人工巡檢方式進行，該種方式效率低、勞動強度高且無法做到對覆冰的定量分析[2]，對輸電線路進行實時在線監測可以及時發現覆冰的產生，能夠根據監測數據判斷線路覆冰的發展狀況，并且可以在融冰過程中為確定融冰速度提供技術支撐以免融冰速度過快造成跳線事故[3]。

北斗導航系統是我國根據實際需要自行研制的全球定位系統，其與美國GPS、俄羅斯GLONASS和歐盟GALILEO并稱聯合國衛星導航委員會四大供應商[4]。隨著北斗衛星導航系統的逐步成熟，該系統在救災減災、交通運輸、農業自動化、森林狀態監測、軍事等領域都得到了廣泛應用，由于該系統定位精度高、在山區和城市中抗干擾能力強，該系統在電力系統中也得到了廣泛應用并具有廣闊的應用前景[5]。

1 北斗導航系統及其定位原理

北斗導航系統的建設采取了北斗一號、北斗二號和北斗三號導航系統的發展戰略，其中北斗三號導航系統于2020年完成組網并提供全球服務[6]。該系統由靜止軌道衛星、傾斜地球同步軌道衛星和中圓地球軌道衛星共計30顆衛星組成，目前可以提供開放服務和授權服務兩種功能，開放服務免費提供米級定位精度、50納秒授時精度和0.2米/秒的測速精度，授權服務可向授權用戶提供更高性能的服務[7]。

2 架空線路覆冰北斗導航定位系統在線監測

當輸電線路覆冰時，其導線重量增加會造成弧垂下降，弧垂與覆冰厚度具有對應關系，將北斗定位監測終端安裝于輸電線路的導線或地線上即可根據監測終端的精確位置結合覆冰模型來判斷輸電線路覆冰的厚度。該系統還可指導直流融冰速度，當進行直流融冰時對弧垂進行實時監測，當監測到脫冰引起大幅度跳線時應降低融冰速度。采用系統構成如下：選取有特點的架空線路，在其導線或地線弧垂最低處安裝北斗定位系統監測終端，隨著導線或地線覆冰量的增加，導線或地線由于覆冰重力作用會產生縱向拉伸而造成弧垂增大，該弧垂的變化量被安裝在弧垂最低點的監測終端實時監測，并通過相關通信手段發送至線路監測中心，線路監測中心將監測數據與基礎數據進行對比分析判斷覆冰狀況[9]。該監測系統結合覆冰模型可有效對架空線路覆冰進行監測，但在監測過程中需注意解決如下問題：

2.1 北斗定位監測終端的電源供應問題

北斗定位監測終端安裝于線路的弧垂最低處，安裝完成后很難認為去更換電源，該系統在線路覆冰時需要高頻率監測線路覆冰狀況，因此其電源供應問題將面臨挑戰。如何應用如太陽能、風能、高壓取電等方式進行北斗監測終端電源供應是后期需要重點解決的問題。

2.2 提高北斗監測系統的監測精度

覆冰在線監測的意義在于及時發現架空輸電線路覆冰的存在并掌握覆冰的發展趨勢，因此提高監測系統的監測精度對系統監測性能至關重要，目前北斗導航定位系統可以提供開放服務和授權服務兩種功能，開放服務提供定位精度較低，授權服務可向授權用戶提供更高性能的服務，因此本系統應采用高精度的授權服務，并且隨著北斗系統的后期完善升級，監測精度會逐漸提高。

2.3 線路監測點的選取研究

目前北斗監測系統能夠提供的監測精度有限，為最大限度發揮基于北斗導航系統的架空輸電線路覆冰監測系統價值，需對架空輸電線路的監測點進行有效選取，可綜合考慮檔距、代表檔距、導線型號、導線分裂數、兩端掛點高差等因素，在典型輸電線路檔的導線弧垂最低點安裝北斗監測終端，通過少數監測終端的監測數據反映整條線路或該條線路在該冰區內的線路覆冰狀況。

2.4 開發性能穩定的監測終端

該系統的核心原理是在導線弧垂最低點安裝北斗監測終端，則該監測終端后期使用過程中將處于高壓、高空、強磁場、惡劣氣候條件下，而且后期維護和檢修都需要停電或者帶電作業，因此需開發出性能穩定的監測終端方可保證該系統的穩定、有效運行。

3 結語

將北斗導航監測終端安裝于架空輸電線路弧垂最低點對覆冰進行實時在線監測可有效對架空輸電線路覆冰進行實時監測，對電網的安全穩定運行具有重要意義，為保證監測該系統的監測性能，后期需在監測終端電源供應、提高北斗導航系統定位精度、選取線路監測點以及開發性能穩定監測終端等方面進行完善和研究。