復雜情況下架空輸電線路交跨距離精準測量方法分析

國網山西省電力公司晉中供電公司 要糧安 劉 軍 王 春 申 洲 杜 娟

引言

在輸電方式的多種方式下，在不同環境下使用架空電力路線的運行方法更加適用于復雜輸電環境。加工電力線路的搭建方式，主要是通過鐵塔間的橫向距離進行搭建，因此具有一定的可變化性，在搭建過程中，幾公里到幾百公里的不同距離會影響輸電的穩定性。在實施架空輸電線路搭建過程中，所應用到的包括支架、絕緣體及導體等，在各個部分的使用過程中，從而確定出輸電線路運行情況及安全性作用。架空電力線路所規劃設計的交叉路線距離長短會影響輸電線路的穩定性，如所設計的距離不當，很容易造成電力線路停電。

構建輸電設備物聯網，主要是通過人工智能、無線傳感器、電力傳感器及邊緣計算等技術手段，將其構建后可實現輸電設備的立體感知、數據云邊處理、安全智能管控、通道全景監控、狀態輔助預判以及運檢效益提升等，可推進輸電系統模式向更加智能化、更高效及更安全的方向轉變，這樣可實現輸電系統智能電網以及物聯網的深度融合，從而提高輸電線路的應用性。利用激光測量技術對電力線路交跨距離進行測量，在電力線路交跨距離監測過程中，激光測量技術有助于保障電網的安全運行及生產，從而可以提高電力設備使用效率。

基于此，本文運用物聯網技術，主要針對高壓輸變電線路交叉跨越對地距離監測，實時監測導線弧垂、導線溫度、導線拉力、導線舞動等，保護輸電線路的安全運行，提出了一種檢查跨越架空電力線范圍的方法的研究。

根據不同環境的情況，了解到電力線路交叉點的具體位置，測量相交點的位置，利用插值方法來找到輸電線路所對應的中心點，從而確定出在不同輸電線路所實際投影的精確位置。要實時對所監測到的數據進行記錄，根據所記錄的數據進行計算，所得結果準確得出懸吊的高度差值，從而得到輸電線路的凈空高度，同時要對架空電力線所穿越的距離進行測量，檢查其距離是否符合施工標準要求。該方法解決了架空電力線路交叉距離不同所造成的輸電線路不穩定等問題，為我國的輸電線路工作提供了很大的實踐依據。

1 復雜情況下架空輸電線路交跨距離檢查方法設計

1.1 無線通信的雙接電路設計

架空電力輸電線路的建設，為輸電線路提供了優越的條件，在相鄰鐵塔間的距離可達到幾百米或幾公里，激光探測站與地面控制站之間無線通信信道的穩定性將直接取決于操作設備是否正常。控制下的最終檢測結果是否能準確輸入到地面控制點[1]。對此，在實際工程中可以采用三種方法，從而確保智能輸電線路網絡在進行數據傳輸過程中的穩定性。

在輸電線路智能測量平臺，只能使用模擬輸入方式對處理后的信息進行傳輸，這樣即可以使輸電線路數據在傳輸過程中的速率更為明顯，減少了信號傳輸數據丟包現象的發生，同時也減少了數據錯誤率和延遲條件的發生[2]。在具體的實現方法上，激光測量系統設計對無線串行鏈路進行了長時間的測試，當其失效的時候將其轉換為移動網絡環境中的連接。

1.2 在線監測系統的建立

激光測量系統可以使用無線技術和實際轉移進行構建。該機構所使用的設備包括：用于測量溫度設備、數據傳輸設備，數據監控設備和監視中心的設備。在所應用其設備時，所測量到的數據都將傳輸到控制中心平臺上，方便對所測得數據進行審核計算。

1.3 在線檢測交跨點的定位

為了解架空輸電線路的精準交叉距離，首先要對輸電線路的交叉跨點進行準確定位，針對不同的情況進行實際交叉跨點定位精準測量。當輸電線路所建立的交叉點在平坦的地勢環境下，明確交叉點的位置。選擇輸電線路位置的兩個邊緣點與中心點，將所設定出的三個點來標示所測得地表投影點，選取地面上最短距離作為交點間隙的測量值。將垂直點相鄰位置畫一條簡化線，利用激光測距傳感器進行測量。在簡易在線模式下選擇對應的控制點，編號為A、B、C的三個觀測點，設置全站號為O點，交點的地面投影點為D點（圖1）。

圖1中，使得OA=La、OB=Lb、OC=Lc，通過解析計算得出OD的長度與角度值，進而找出交跨點的具體方位，實現交跨點的定位檢測。

1.4 基于激光測距傳感器測量架空輸電線路凈空交跨距離

上述所檢測到的輸電線路交叉點，利用了激光測距傳感器進行測量，可以精準測量架空輸電線路的交叉點距離。通過對工程閉角的測量，將所測得的數據通過計算機傳輸到電力線路監控中心，從而可以計算它們之間的垂直距離是否合理，所應用的輸電線路是否穩定。

在輸電線路跨度測量過程中，激光測量方法主要是通過塔尺進行測量，根據在地面上所投影出的觀測水平距離，其所測得的溫度一般在-10~45℃之間，這樣可以減少環境溫度對輸電線路系統所造成的影響。

在一般情況下，對電路線路運營距離進行測量主要目的，是為了確定出輸電線路各個點之間的投影距離，由于復雜的地勢情況，形成了有限的地形，從而增加測量難度。可以通過增加了輸電線路觀測點的精準位置，經其對準電力線路測量塔頂，從而可以得到線路交叉點與地面的投影點（圖2）。

將監控的投影點轉換成坐標系的過程中，要確定好交叉點的位置與方向，同時也要確定好其方位角與架空輸電線路之間的交叉點，從而可以提高所測量數據的精準性。將數據監控設備安裝在架空輸電線路的平分線上，要通過插值方法找到線路上的各個對應中心點，并在中心點位置設置標記，實時記錄輸電線路運營過程中的變化。

測量間隙時，由于架空輸電線路交跨距離不同，以及所處地勢以及環境的不同，其導線溫度與實際溫度存在一定的差異性，為了確保不同工作情況下所測量的溫度的精準性，需要在架空輸電線路中安裝控溫裝置。電源線導體的在溫度測量中，所設定的問題度要進行實時記錄，記錄每個觀測點的溫度變化。

1.5 參數化換算凈空交跨距離

根據所處的不同環境，測量輸電線路架空跨境距離的實際測量值，即導線垂度。在一般情況下所測量到的數據不為最佳值，因此要將所測量到的數據進行換算、得出最佳的下垂距離，從而完成架空交跨距離測量。綜合情況下，考慮到輸電線路垂度所進行的初始變化，從而完成線路的轉換穿越距離，其檢驗公式如下：Hg=Hc-?f，式中：Hg為輸電線路傳輸數據驗算后的初始化比較差的跨越距離；Hc為輸電線路施工現場測量的架空交跨凈空距離；?f為輸電線路數據初始化換算后的運行溫度的弧垂。

當架空輸電線路的交跨測量距離接近運行允許的最小數值時，對輸電線路進行精細化管理。計算檢查架空輸電線路交跨狀態：a=h/(2σ0/γshγl/(2σ0))，式中：a為架空輸電線最低點距離相鄰桿塔的水平長度；σ0為輸電線路架空線的應力；l為輸電線路架空線的長度；γ為架空線的高差角。

結合不同輸電線路的環境條件設置出導地線，從而保障輸電線路運營的安全性，也確保了所測得參數的準確性。依據架空輸電線路相關原理，架空交跨輸電線路電力狀態檢測方程式為：L1=[1-σp1/E-a(t1-t0)]=L2[1-σp2/E-a(t2-t0)]，式中 ：L1、L2分別表示在輸電線路不同應力狀態下的架空輸電線的長度；E表示架空輸電線的彈性系數；t1、t2分別表示架空輸電線兩種狀態下的運行溫度。

根據檢測方程計算結果可知，確定出了輸電線路所在的交叉口區域臨界跨度距離。觀察輸電線路的最高溫度變化，對電力線交叉點的距離進行參數化和變換，同時得到交叉點的不同斷面，從而獲得電力線交叉點觀測文件的導線變化和垂度變化的參數。根據表1中的參數數據可知，通過參數轉換，將測量的間隙距離進行轉換，這與傳輸線站點的實際傳輸情況相對應，從而完成架空電力線穿越距離的測試。

表1 交跨測量觀測檔弧垂變化參數

2 實驗分析

2.1 實驗準備

為驗證本文中提出的方法，對在復雜地勢環境下建立的傳輸的有效性，將其輸電線路運行過程進行實驗，內容是在特定位置選擇500kV傳輸線，根據激光測量所測量結果進行計算，所得出的跨度尺寸符合輸電線路運營標準，其滿足工作溫度范圍值。另外，設置平面直角坐標系，得到架空線的長度因子和仰角，在接近輸電線路要求的情況下，按公式計算并校核架空線的交匯點狀態，在檢查電力線交叉點的狀態后，對架空線進行在線監測電力線導體的溫度變化。采用參數化轉換方法對激光測量的實測穿越距離進行轉換，根據轉換結果得出架空輸電線路穿越距離存在偏差的結論。

2.2 結果分析

以本文提出的架空電力線交叉距離校核方法為實驗組，以傳統的簡化公式法為對照組。由表2可知，與傳統控制方法相比，本文提出實驗組架空電力線穿越距離控制方法對導線下垂控制結果的精度更高，實際結果的誤差率更小，因此本文提出的實驗組方法對于控制跨越架空電力線的距離更為有效。該方法可在復雜條件以及環境下調整交點線以及交點的位置，利用激光測量在線監測方法測量所建立的交叉點位置，明確電力線路的平面直角坐標系，從而可以精準的找到交點的具體方位，將所測量的數據通過計算得到最佳的垂直距離，從而完成架空輸電線路交跨距離的測量。當架空輸電線穿越測量距離時，所測得的距離允許其為最小值，從而可以改善架空輸電線路距離測試的精準度。

表2 兩種交跨距離檢查方法導線弧垂誤差對比

3 結語

本文所提出了一種復雜條件下的架空線路穿越距離檢測方法，分析了架空線路穿越距離的運行檢測系統，并基于架空電力傳輸和信息傳輸的組合機制對系統進行了調整。復雜地形影響交叉點的距離，因此很難進行精準測量，為了通過實驗分析提高傳輸線相交的準確性，本文利用激光測量方法所測得的數據比傳統方法測得數據更為準確、誤差的頻率更小，這有助于輸電工作網的穩定性。由于線性渠道環境的可變性，本文研究的結果仍然存在一些缺點，有必要在未來的研究中對其進行糾正。