復(fù)雜情況下架空輸電線路交跨距離精準(zhǔn)測量方法分析

國網(wǎng)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(huán)境下使用架空電力路線的運(yùn)行方法更加適用于復(fù)雜輸電環(huán)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(jìn)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(wěn)定性。在實施架空輸電線路搭建過程中，所應(yīng)用到的包括支架、絕緣體及導(dǎo)體等，在各個部分的使用過程中，從而確定出輸電線路運(yùn)行情況及安全性作用。架空電力線路所規(guī)劃設(shè)計的交叉路線距離長短會影響輸電線路的穩(wěn)定性，如所設(shè)計的距離不當(dāng)，很容易造成電力線路停電。

構(gòu)建輸電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)，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(shù)手段，將其構(gòu)建后可實現(xiàn)輸電設(shè)備的立體感知、數(shù)據(jù)云邊處理、安全智能管控、通道全景監(jiān)控、狀態(tài)輔助預(yù)判以及運(yùn)檢效益提升等，可推進(jìn)輸電系統(tǒng)模式向更加智能化、更高效及更安全的方向轉(zhuǎn)變，這樣可實現(xiàn)輸電系統(tǒng)智能電網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)的深度融合，從而提高輸電線路的應(yīng)用性。利用激光測量技術(shù)對電力線路交跨距離進(jìn)行測量，在電力線路交跨距離監(jiān)測過程中，激光測量技術(shù)有助于保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行及生產(chǎn)，從而可以提高電力設(shè)備使用效率。

基于此，本文運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，主要針對高壓輸變電線路交叉跨越對地距離監(jiān)測，實時監(jiān)測導(dǎo)線弧垂、導(dǎo)線溫度、導(dǎo)線拉力、導(dǎo)線舞動等，保護(hù)輸電線路的安全運(yùn)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(jù)不同環(huán)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(yīng)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(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，所得結(jié)果準(zhǔn)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(jìn)行測量，檢查其距離是否符合施工標(biāo)準(zhǔn)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(wěn)定等問題，為我國的輸電線路工作提供了很大的實踐依據(jù)。

1 復(fù)雜情況下架空輸電線路交跨距離檢查方法設(shè)計

1.1 無線通信的雙接電路設(shè)計

架空電力輸電線路的建設(shè)，為輸電線路提供了優(yōu)越的條件，在相鄰鐵塔間的距離可達(dá)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(wěn)定性將直接取決于操作設(shè)備是否正常。控制下的最終檢測結(jié)果是否能準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過程中的穩(wěn)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(jìn)行傳輸，這樣即可以使輸電線路數(shù)據(jù)在傳輸過程中的速率更為明顯，減少了信號傳輸數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象的發(fā)生，同時也減少了數(shù)據(jù)錯誤率和延遲條件的發(fā)生[2]。在具體的實現(xiàn)方法上，激光測量系統(tǒng)設(shè)計對無線串行鏈路進(jìn)行了長時間的測試，當(dāng)其失效的時候?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為移動網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的連接。

1.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)的建立

激光測量系統(tǒng)可以使用無線技術(shù)和實際轉(zhuǎn)移進(jìn)行構(gòu)建。該機(jī)構(gòu)所使用的設(shè)備包括：用于測量溫度設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備，數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)備和監(jiān)視中心的設(shè)備。在所應(yīng)用其設(shè)備時，所測量到的數(shù)據(jù)都將傳輸?shù)娇刂浦行钠脚_上，方便對所測得數(shù)據(jù)進(jìn)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(zhǔn)交叉距離，首先要對輸電線路的交叉跨點進(jìn)行準(zhǔn)確定位，針對不同的情況進(jìn)行實際交叉跨點定位精準(zhǔn)測量。當(dāng)輸電線路所建立的交叉點在平坦的地勢環(huán)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(shè)定出的三個點來標(biāo)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(jìn)行測量。在簡易在線模式下選擇對應(yīng)的控制點，編號為A、B、C的三個觀測點，設(shè)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(jìn)而找出交跨點的具體方位，實現(xiàn)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(jìn)行測量，可以精準(zhǔn)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(shù)據(jù)通過計算機(jī)傳輸?shù)诫娏€路監(jiān)控中心，從而可以計算它們之間的垂直距離是否合理，所應(yīng)用的輸電線路是否穩(wěn)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(jìn)行測量，根據(jù)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(huán)境溫度對輸電線路系統(tǒng)所造成的影響。

在一般情況下，對電路線路運(yùn)營距離進(jìn)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(fù)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(zhǔn)位置，經(jīng)其對準(zhǔn)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(jiān)控的投影點轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)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(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。將數(shù)據(jù)監(jiān)控設(shè)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(yīng)中心點，并在中心點位置設(shè)置標(biāo)記，實時記錄輸電線路運(yùn)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(huán)境的不同，其導(dǎo)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(zhǔn)性，需要在架空輸電線路中安裝控溫裝置。電源線導(dǎo)體的在溫度測量中，所設(shè)定的問題度要進(jìn)行實時記錄，記錄每個觀測點的溫度變化。

1.5 參數(shù)化換算凈空交跨距離

根據(jù)所處的不同環(huán)境，測量輸電線路架空跨境距離的實際測量值，即導(dǎo)線垂度。在一般情況下所測量到的數(shù)據(jù)不為最佳值，因此要將所測量到的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行的初始變化，從而完成線路的轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)驗算后的初始化比較差的跨越距離；Hc為輸電線路施工現(xiàn)場測量的架空交跨凈空距離；?f為輸電線路數(shù)據(jù)初始化換算后的運(yùn)行溫度的弧垂。

當(dāng)架空輸電線路的交跨測量距離接近運(yùn)行允許的最小數(shù)值時，對輸電線路進(jìn)行精細(xì)化管理。計算檢查架空輸電線路交跨狀態(tài)：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(yīng)力；l為輸電線路架空線的長度；γ為架空線的高差角。

結(jié)合不同輸電線路的環(huán)境條件設(shè)置出導(dǎo)地線，從而保障輸電線路運(yùn)營的安全性，也確保了所測得參數(shù)的準(zhǔn)確性。依據(jù)架空輸電線路相關(guān)原理，架空交跨輸電線路電力狀態(tài)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(yīng)力狀態(tài)下的架空輸電線的長度；E表示架空輸電線的彈性系數(shù)；t1、t2分別表示架空輸電線兩種狀態(tài)下的運(yùn)行溫度。

根據(jù)檢測方程計算結(jié)果可知，確定出了輸電線路所在的交叉口區(qū)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(jìn)行參數(shù)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(dǎo)線變化和垂度變化的參數(shù)。根據(jù)表1中的參數(shù)數(shù)據(jù)可知，通過參數(shù)轉(zhuǎn)換，將測量的間隙距離進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這與傳輸線站點的實際傳輸情況相對應(yīng)，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(shù)

2 實驗分析

2.1 實驗準(zhǔn)備

為驗證本文中提出的方法，對在復(fù)雜地勢環(huán)境下建立的傳輸?shù)挠行?，將其輸電線路運(yùn)行過程進(jìn)行實驗，內(nèi)容是在特定位置選擇500kV傳輸線，根據(jù)激光測量所測量結(jié)果進(jìn)行計算，所得出的跨度尺寸符合輸電線路運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)，其滿足工作溫度范圍值。另外，設(shè)置平面直角坐標(biāo)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(tài)，在檢查電力線交叉點的狀態(tài)后，對架空線進(jìn)行在線監(jiān)測電力線導(dǎo)體的溫度變化。采用參數(shù)化轉(zhuǎn)換方法對激光測量的實測穿越距離進(jìn)行轉(zhuǎn)換，根據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果得出架空輸電線路穿越距離存在偏差的結(jié)論。

2.2 結(jié)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(tǒng)的簡化公式法為對照組。由表2可知，與傳統(tǒng)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(dǎo)線下垂控制結(jié)果的精度更高，實際結(jié)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(fù)雜條件以及環(huán)境下調(diào)整交點線以及交點的位置，利用激光測量在線監(jiān)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(biāo)系，從而可以精準(zhǔn)的找到交點的具體方位，將所測量的數(shù)據(jù)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(dāng)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(zhǔn)度。

表2 兩種交跨距離檢查方法導(dǎo)線弧垂誤差對比

3 結(jié)語

本文所提出了一種復(fù)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(yùn)行檢測系統(tǒng)，并基于架空電力傳輸和信息傳輸?shù)慕M合機(jī)制對系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整。復(fù)雜地形影響交叉點的距離，因此很難進(jìn)行精準(zhǔn)測量，為了通過實驗分析提高傳輸線相交的準(zhǔn)確性，本文利用激光測量方法所測得的數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)方法測得數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確、誤差的頻率更小，這有助于輸電工作網(wǎng)的穩(wěn)定性。由于線性渠道環(huán)境的可變性，本文研究的結(jié)果仍然存在一些缺點，有必要在未來的研究中對其進(jìn)行糾正。