北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)在架空輸電線路覆冰監(jiān)測中的應(yīng)用研究

楊洪磊，司興登，梁仕斌，苗雪鵬

（1.昆明冶金高等?？茖W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(tǒng)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(tǒng)的安全穩(wěn)定運行造成重大威脅，會對人民正常生產(chǎn)生活產(chǎn)生諸多不利影響[1]。傳統(tǒng)的覆冰監(jiān)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(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)覆冰的產(chǎn)生，能夠根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)判斷線路覆冰的發(fā)展狀況，并且可以在融冰過程中為確定融冰速度提供技術(shù)支撐以免融冰速度過快造成跳線事故[3]。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國根據(jù)實際需要自行研制的全球定位系統(tǒng)，其與美國GPS、俄羅斯GLONASS和歐盟GALILEO并稱聯(lián)合國衛(wèi)星導(dǎo)航委員會四大供應(yīng)商[4]。隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的逐步成熟，該系統(tǒng)在救災(zāi)減災(zāi)、交通運輸、農(nóng)業(yè)自動化、森林狀態(tài)監(jiān)測、軍事等領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用，由于該系統(tǒng)定位精度高、在山區(qū)和城市中抗干擾能力強，該系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中也得到了廣泛應(yīng)用并具有廣闊的應(yīng)用前景[5]。

1 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)及其定位原理

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)采取了北斗一號、北斗二號和北斗三號導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展戰(zhàn)略，其中北斗三號導(dǎo)航系統(tǒng)于2020年完成組網(wǎng)并提供全球服務(wù)[6]。該系統(tǒng)由靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星共計30顆衛(wèi)星組成，目前可以提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種功能，開放服務(wù)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(quán)服務(wù)可向授權(quán)用戶提供更高性能的服務(wù)[7]。

2 架空線路覆冰北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)在線監(jiān)測

當輸電線路覆冰時，其導(dǎo)線重量增加會造成弧垂下降，弧垂與覆冰厚度具有對應(yīng)關(guān)系，將北斗定位監(jiān)測終端安裝于輸電線路的導(dǎo)線或地線上即可根據(jù)監(jiān)測終端的精確位置結(jié)合覆冰模型來判斷輸電線路覆冰的厚度。該系統(tǒng)還可指導(dǎo)直流融冰速度，當進行直流融冰時對弧垂進行實時監(jiān)測，當監(jiān)測到脫冰引起大幅度跳線時應(yīng)降低融冰速度。采用系統(tǒng)構(gòu)成如下：選取有特點的架空線路，在其導(dǎo)線或地線弧垂最低處安裝北斗定位系統(tǒng)監(jiān)測終端，隨著導(dǎo)線或地線覆冰量的增加，導(dǎo)線或地線由于覆冰重力作用會產(chǎn)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(jiān)測終端實時監(jiān)測，并通過相關(guān)通信手段發(fā)送至線路監(jiān)測中心，線路監(jiān)測中心將監(jiān)測數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行對比分析判斷覆冰狀況[9]。該監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)合覆冰模型可有效對架空線路覆冰進行監(jiān)測，但在監(jiān)測過程中需注意解決如下問題：

2.1 北斗定位監(jiān)測終端的電源供應(yīng)問題

北斗定位監(jiān)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(tǒng)在線路覆冰時需要高頻率監(jiān)測線路覆冰狀況，因此其電源供應(yīng)問題將面臨挑戰(zhàn)。如何應(yīng)用如太陽能、風能、高壓取電等方式進行北斗監(jiān)測終端電源供應(yīng)是后期需要重點解決的問題。

2.2 提高北斗監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測精度

覆冰在線監(jiān)測的意義在于及時發(fā)現(xiàn)架空輸電線路覆冰的存在并掌握覆冰的發(fā)展趨勢，因此提高監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測精度對系統(tǒng)監(jiān)測性能至關(guān)重要，目前北斗導(dǎo)航定位系統(tǒng)可以提供開放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)兩種功能，開放服務(wù)提供定位精度較低，授權(quán)服務(wù)可向授權(quán)用戶提供更高性能的服務(wù)，因此本系統(tǒng)應(yīng)采用高精度的授權(quán)服務(wù)，并且隨著北斗系統(tǒng)的后期完善升級，監(jiān)測精度會逐漸提高。

2.3 線路監(jiān)測點的選取研究

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

2.4 開發(fā)性能穩(wěn)定的監(jiān)測終端

該系統(tǒng)的核心原理是在導(dǎo)線弧垂最低點安裝北斗監(jiān)測終端，則該監(jiān)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(yè)，因此需開發(fā)出性能穩(wěn)定的監(jiān)測終端方可保證該系統(tǒng)的穩(wěn)定、有效運行。

3 結(jié)語

將北斗導(dǎo)航監(jiān)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(jiān)測可有效對架空輸電線路覆冰進行實時監(jiān)測，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義，為保證監(jiān)測該系統(tǒng)的監(jiān)測性能，后期需在監(jiān)測終端電源供應(yīng)、提高北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位精度、選取線路監(jiān)測點以及開發(fā)性能穩(wěn)定監(jiān)測終端等方面進行完善和研究。