复杂情况下架空输电线路交跨距离精准测量方法分析

国网山西省电力公司晋中供电公司 要粮安 刘 军 王 春 申 洲 杜 娟

引言

在输电方式的多种方式下，在不同环境下使用架空电力路线的运行方法更加适用于复杂输电环境。加工电力线路的搭建方式，主要是通过铁塔间的横向距离进行搭建，因此具有一定的可变化性，在搭建过程中，几公里到几百公里的不同距离会影响输电的稳定性。在实施架空输电线路搭建过程中，所应用到的包括支架、绝缘体及导体等，在各个部分的使用过程中，从而确定出输电线路运行情况及安全性作用。架空电力线路所规划设计的交叉路线距离长短会影响输电线路的稳定性，如所设计的距离不当，很容易造成电力线路停电。

构建输电设备物联网，主要是通过人工智能、无线传感器、电力传感器及边缘计算等技术手段，将其构建后可实现输电设备的立体感知、数据云边处理、安全智能管控、通道全景监控、状态辅助预判以及运检效益提升等，可推进输电系统模式向更加智能化、更高效及更安全的方向转变，这样可实现输电系统智能电网以及物联网的深度融合，从而提高输电线路的应用性。利用激光测量技术对电力线路交跨距离进行测量，在电力线路交跨距离监测过程中，激光测量技术有助于保障电网的安全运行及生产，从而可以提高电力设备使用效率。

基于此，本文运用物联网技术，主要针对高压输变电线路交叉跨越对地距离监测，实时监测导线弧垂、导线温度、导线拉力、导线舞动等，保护输电线路的安全运行，提出了一种检查跨越架空电力线范围的方法的研究。

根据不同环境的情况，了解到电力线路交叉点的具体位置，测量相交点的位置，利用插值方法来找到输电线路所对应的中心点，从而确定出在不同输电线路所实际投影的精确位置。要实时对所监测到的数据进行记录，根据所记录的数据进行计算，所得结果准确得出悬吊的高度差值，从而得到输电线路的净空高度，同时要对架空电力线所穿越的距离进行测量，检查其距离是否符合施工标准要求。该方法解决了架空电力线路交叉距离不同所造成的输电线路不稳定等问题，为我国的输电线路工作提供了很大的实践依据。

1 复杂情况下架空输电线路交跨距离检查方法设计

1.1 无线通信的双接电路设计

架空电力输电线路的建设，为输电线路提供了优越的条件，在相邻铁塔间的距离可达到几百米或几公里，激光探测站与地面控制站之间无线通信信道的稳定性将直接取决于操作设备是否正常。控制下的最终检测结果是否能准确输入到地面控制点[1]。对此，在实际工程中可以采用三种方法，从而确保智能输电线路网络在进行数据传输过程中的稳定性。

在输电线路智能测量平台，只能使用模拟输入方式对处理后的信息进行传输，这样即可以使输电线路数据在传输过程中的速率更为明显，减少了信号传输数据丢包现象的发生，同时也减少了数据错误率和延迟条件的发生[2]。在具体的实现方法上，激光测量系统设计对无线串行链路进行了长时间的测试，当其失效的时候将其转换为移动网络环境中的连接。

1.2 在线监测系统的建立

激光测量系统可以使用无线技术和实际转移进行构建。该机构所使用的设备包括：用于测量温度设备、数据传输设备，数据监控设备和监视中心的设备。在所应用其设备时，所测量到的数据都将传输到控制中心平台上，方便对所测得数据进行审核计算。

1.3 在线检测交跨点的定位

为了解架空输电线路的精准交叉距离，首先要对输电线路的交叉跨点进行准确定位，针对不同的情况进行实际交叉跨点定位精准测量。当输电线路所建立的交叉点在平坦的地势环境下，明确交叉点的位置。选择输电线路位置的两个边缘点与中心点，将所设定出的三个点来标示所测得地表投影点，选取地面上最短距离作为交点间隙的测量值。将垂直点相邻位置画一条简化线，利用激光测距传感器进行测量。在简易在线模式下选择对应的控制点，编号为A、B、C的三个观测点，设置全站号为O点，交点的地面投影点为D点（图1）。

图1中，使得OA=La、OB=Lb、OC=Lc，通过解析计算得出OD的长度与角度值，进而找出交跨点的具体方位，实现交跨点的定位检测。

1.4 基于激光测距传感器测量架空输电线路净空交跨距离

上述所检测到的输电线路交叉点，利用了激光测距传感器进行测量，可以精准测量架空输电线路的交叉点距离。通过对工程闭角的测量，将所测得的数据通过计算机传输到电力线路监控中心，从而可以计算它们之间的垂直距离是否合理，所应用的输电线路是否稳定。

在输电线路跨度测量过程中，激光测量方法主要是通过塔尺进行测量，根据在地面上所投影出的观测水平距离，其所测得的温度一般在-10~45℃之间，这样可以减少环境温度对输电线路系统所造成的影响。

在一般情况下，对电路线路运营距离进行测量主要目的，是为了确定出输电线路各个点之间的投影距离，由于复杂的地势情况，形成了有限的地形，从而增加测量难度。可以通过增加了输电线路观测点的精准位置，经其对准电力线路测量塔顶，从而可以得到线路交叉点与地面的投影点（图2）。

将监控的投影点转换成坐标系的过程中，要确定好交叉点的位置与方向，同时也要确定好其方位角与架空输电线路之间的交叉点，从而可以提高所测量数据的精准性。将数据监控设备安装在架空输电线路的平分线上，要通过插值方法找到线路上的各个对应中心点，并在中心点位置设置标记，实时记录输电线路运营过程中的变化。

测量间隙时，由于架空输电线路交跨距离不同，以及所处地势以及环境的不同，其导线温度与实际温度存在一定的差异性，为了确保不同工作情况下所测量的温度的精准性，需要在架空输电线路中安装控温装置。电源线导体的在温度测量中，所设定的问题度要进行实时记录，记录每个观测点的温度变化。

1.5 参数化换算净空交跨距离

根据所处的不同环境，测量输电线路架空跨境距离的实际测量值，即导线垂度。在一般情况下所测量到的数据不为最佳值，因此要将所测量到的数据进行换算、得出最佳的下垂距离，从而完成架空交跨距离测量。综合情况下，考虑到输电线路垂度所进行的初始变化，从而完成线路的转换穿越距离，其检验公式如下：Hg=Hc-∆f，式中：Hg为输电线路传输数据验算后的初始化比较差的跨越距离；Hc为输电线路施工现场测量的架空交跨净空距离；∆f为输电线路数据初始化换算后的运行温度的弧垂。

当架空输电线路的交跨测量距离接近运行允许的最小数值时，对输电线路进行精细化管理。计算检查架空输电线路交跨状态：a=h/(2σ0/γshγl/(2σ0))，式中：a为架空输电线最低点距离相邻杆塔的水平长度；σ0为输电线路架空线的应力；l为输电线路架空线的长度；γ为架空线的高差角。

结合不同输电线路的环境条件设置出导地线，从而保障输电线路运营的安全性，也确保了所测得参数的准确性。依据架空输电线路相关原理，架空交跨输电线路电力状态检测方程式为：L1=[1-σp1/E-a(t1-t0)]=L2[1-σp2/E-a(t2-t0)]，式中 ：L1、L2分别表示在输电线路不同应力状态下的架空输电线的长度；E表示架空输电线的弹性系数；t1、t2分别表示架空输电线两种状态下的运行温度。

根据检测方程计算结果可知，确定出了输电线路所在的交叉口区域临界跨度距离。观察输电线路的最高温度变化，对电力线交叉点的距离进行参数化和变换，同时得到交叉点的不同断面，从而获得电力线交叉点观测文件的导线变化和垂度变化的参数。根据表1中的参数数据可知，通过参数转换，将测量的间隙距离进行转换，这与传输线站点的实际传输情况相对应，从而完成架空电力线穿越距离的测试。

表1 交跨测量观测档弧垂变化参数

2 实验分析

2.1 实验准备

为验证本文中提出的方法，对在复杂地势环境下建立的传输的有效性，将其输电线路运行过程进行实验，内容是在特定位置选择500kV传输线，根据激光测量所测量结果进行计算，所得出的跨度尺寸符合输电线路运营标准，其满足工作温度范围值。另外，设置平面直角坐标系，得到架空线的长度因子和仰角，在接近输电线路要求的情况下，按公式计算并校核架空线的交汇点状态，在检查电力线交叉点的状态后，对架空线进行在线监测电力线导体的温度变化。采用参数化转换方法对激光测量的实测穿越距离进行转换，根据转换结果得出架空输电线路穿越距离存在偏差的结论。

2.2 结果分析

以本文提出的架空电力线交叉距离校核方法为实验组，以传统的简化公式法为对照组。由表2可知，与传统控制方法相比，本文提出实验组架空电力线穿越距离控制方法对导线下垂控制结果的精度更高，实际结果的误差率更小，因此本文提出的实验组方法对于控制跨越架空电力线的距离更为有效。该方法可在复杂条件以及环境下调整交点线以及交点的位置，利用激光测量在线监测方法测量所建立的交叉点位置，明确电力线路的平面直角坐标系，从而可以精准的找到交点的具体方位，将所测量的数据通过计算得到最佳的垂直距离，从而完成架空输电线路交跨距离的测量。当架空输电线穿越测量距离时，所测得的距离允许其为最小值，从而可以改善架空输电线路距离测试的精准度。

表2 两种交跨距离检查方法导线弧垂误差对比

3 结语

本文所提出了一种复杂条件下的架空线路穿越距离检测方法，分析了架空线路穿越距离的运行检测系统，并基于架空电力传输和信息传输的组合机制对系统进行了调整。复杂地形影响交叉点的距离，因此很难进行精准测量，为了通过实验分析提高传输线相交的准确性，本文利用激光测量方法所测得的数据比传统方法测得数据更为准确、误差的频率更小，这有助于输电工作网的稳定性。由于线性渠道环境的可变性，本文研究的结果仍然存在一些缺点，有必要在未来的研究中对其进行纠正。