全站仪测量高压输电导线相间间距研究

裴珮 林杰 孟浩灿 贾永基

（1.河南省金地遥感测绘技术有限公司，河南 郑州 450003；2.国网河南能源互联网电力设计院有限公司，河南 郑州 450001）

1 引言

近期，高压输电领域出现碳纤维复合材料导线、碳纤维和玻璃纤维混合芯铝绞线等新型材质导线，其中，碳纤维复合材料导线在我国超高压输电线路和特高压输电线路相继应用，新型材料的应用推广离不开测绘技术辅助精确测量和验证。

2 相间间距测量

相间间隔棒是安装在紧凑型线路相与相之间的圆截面细长杆件，用于保持导线相间距离、抑制导线舞动，视档距大小在每档线之间安装2～5 对，长度略大于高压输电导线相间间距。向厂家提交订单时需提供安装位置精确的相间间距。相间间距测量，目前最高效精准的是机载三维激光雷达航测法，当硬件不允许或高压线通过禁飞区、军事管控区时，使用全站仪是最优方案。相间间距测量是测相间间隔棒安装位置A、B 两点间的平距差ΔX和高差ΔH，具体如图1 所示，根据勾股定理可得：相间间距

图1 相间间距测量

已建成高压线可搜集设计图纸，查询两侧高压电塔典设型号，根据该型号塔上、中、下横担长度差，计算出安装位置平距差ΔX值，实际需要测的是安装相间间隔棒位置两点高差ΔH。

3 用全站仪测输电导线高度常用方法

3.1 悬高测量

悬高测量是全站仪测高度常用方法，具体如图2所示，将棱镜置于目标点正下方，全站仪中输入棱镜高v，照准棱镜测量距离，再转动望远镜瞄准待测目标点B，可实时显示B 至地面的高度H。计算公式如下：

图2 悬高测量

公式（2）中，v为棱镜高，S为全站仪至反射棱镜的斜距；α1和α2分别为棱镜和目标点的竖直角。

3.2 免棱镜测量

目前，主流全站仪已支持免棱镜测量，采用相位比较式、脉冲式、脉冲相位比较式等测距模式，不用照准反射棱镜即可接收反射激光束测距，适合在不便放置反射棱镜或反射片的地方测距。用免棱镜测量直接测得相间间隔棒安装位置两点坐标及高程信息，代入公式（1）即可算出高压输电导线相间间距。

4 工程实例

本工程为500kV 同塔双回路架设高压输电线路，全长约122.8 千米，共有高压电塔292 基，是山东省首个全线采用碳纤维复合芯导线的输电线路工程。碳纤维复合芯导线可用来替代传统钢芯铝绞线，代表未来架空导线的技术发展趋势。传统导线只需在道亨软件里配置参数即可模拟整条导线，精确算出相间间隔棒安装位置相间间距。这种新型导线相比传统钢芯铝绞线有不同的热膨胀系数，导线放紧线完成后经历一个夏季和冬季的热胀冷缩，实际相间间距与软件模拟结果可能有差别，需实地逐个精确测量验证分析。

4.1 测量任务概况

测区地形为低山丘陵区，山丘起伏和缓，沟壑纵横交错，地形复杂，气候条件差，交通不便，且55%塔位分布在山区，植被以农作物、果园、杂树林为主。每档线之间要安装2 对、3 对或5 对相间间隔棒，需现场实测安装位置导线相间间距。

4.2 测量方案分析

从测量精度、可实施性、人员投入、作业安全、工期等多方面考虑，结合测区现场地形及交通条件，制订科学经济的测量方案。

悬高测量劣势分析：需在每一测点下方都设置棱镜，测点数量多，且测区地形条件较差，跑杆人员来回穿越山头、沟壑，不仅耗时，也存在安全风险，还需耗费大量时间解决全站仪测站点与棱镜通视问题。

免棱镜法劣势分析：（1）免棱镜激光束打到导线上，因导线特殊绞线造型导致返回激光束较少，且导线距地较高，测站点过近会导致仰角过大无法观测，测站点过远则接收不到激光信号，导致频繁搬站，外业观测效率低；（2）不能在导线上精确定位相间间隔棒安装位置，可用RTK 在测站点与测点连线上放线，粗定向后在导线定向位置前后测多个点，将测点全部展绘图上，使用插值法内插计算安装位置高程，会影响观测精度。

针对上述难题，依据现场条件探索一种新型测量方案：悬高测量改进法（如图3 所示）。原理是借助Excel 函数公式制作计算表格，现场设站完成后将测站点坐标信息输入表格，自动算出测站点O 与测点A的水平角βA和水平距LA，以此替代悬高测量观测棱镜步骤，将全站仪水平度盘调至角度βA，锁定水平度盘后调整望远镜头，瞄准导线后记录天顶角θA，同步骤观测测点B 的天顶角θB，输入Excel 表格，利用函数公式计算出导线相间间距S。

图3 悬高测量改进法

安装点A 高程：

相间间距：

公式（3）和（4）中，坐标高程信息为 ：安装点A（XA，YA，HA），安装点B（XB，YB，HB），测站点O（XO，YO，HO）；LA、LB分别为点A、B 和测站点O 的水平距；θA、θB分别为观测点A、B 时的天顶角；αA和αB分别为观测点A、B 时的垂直角，i为仪器高。

4.3 测量流程

（1）杆塔与导线展绘。将《塔位明细表》中杆塔坐标展绘至图上，绘制线路路径中心线；按典设塔型上中下3 条横担长度绘制三色（上-洋红色、中-蓝色、下-绿色）同心圆模型（转角塔内外角线条对应用虚实线区分）；按《杆塔明细表》中各塔位的杆塔型号在塔位处粘贴对应三色同心圆模型，转角塔处按外角虚线、内角实线截取；在直线塔位处绘制垂直于路径中心线的短线，转角塔处短线方向为角平分线；用与三色同心圆模型对应颜色线条连接转角塔模型与短线交点，绘制出上中下三条输电导线，具体如图4 所示。

图4 杆塔与输电导线展绘

（2）测点坐标提取。对照设计文件，在导线上提取需安装相间间隔棒位置的坐标，具体为短线与三条导线交点。例如图4，G237-G238 之间需在A 处上导线和中导线之间安装相间间隔棒，提取A 处短线与洋红色线交点坐标命名为G237A-S，提取A 处短线与蓝色线交点坐标命名为G237A-Z。

（3）Excel 计算表格制作。编制Excel 计算表格，输入展绘图上提取的安装点坐标，根据安装点坐标和测站点坐标，编辑Excel 函数计算出测站点与安装点连线的方位角和水平距；根据测站点高程、仪器高、观测记录的天顶角、水平距编辑Excel 函数，计算出安装点高程；根据两安装点东坐标差值ΔX、北坐标差值ΔY、高程差值ΔH编辑平方根函数，即可计算出安装位置导线相间间距S。

计算测站点O 与安装点A 方位角α时应计算东坐标差值Δy和北坐标差值Δx，根据差值的正负号判断方位角所处向限，具体如图5 所示。测站点O 与安装点A 连线的方位角α所在向限对应的公式如表1 所示。

表1 方位角所在向限及计算公式

图5 方位角向限判断

（4）核对塔位坐标。①影像图核对：外业观测开始前，将塔位坐标制作kml 文件导入奥维互动地图，选择最新影像底图，逐基检查杆塔点符号是否在影像图上杆塔正中央，若有偏移，说明施工未按设计坐标，应统计偏移塔位并现场实测塔位坐标，在杆塔与导线展绘图上更新，重新提取并修正测点坐标；②现场核对 ：若部分塔位未更新最新影像，交通便利处应现场实测核对；③现场观测时核对：交通不便处待外业观测时用全站仪观测塔身核对。

为提高工作效率，减少外业作业时间，提高成果质量，应按①②③顺序完成每一基杆塔坐标核对工作。

（5）外业观测。将Excel 计算表格发送至智能手机，全站仪设站完成后将测站点坐标、高程、仪器高输入计算表格，计算出测站点与安装点的方位角，调节全站仪水平度盘至该角度并锁定，调节望远镜筒，使十字丝对准安装点所在导线，记录天顶角并填入计算表格，即可自动计算出导线相间间距。现场应检查相间间距数据，若有明显异常，应分析原因并重测。

（6）校核。外业观测完成后校核整个测绘过程，除常规校核内容外，应增加Excel 计算表格函数校核、杆塔与导线展绘图、塔位坐标核对记录等内容。

5 精度及效率分析

随机抽取12 月15 日、16 日两天的测区任务，在安装点与输电导线垂直方向由远及近设测站点及后视点，设站完成后观测后视点，锁定水平度盘，用免棱镜模式直接观测导线高程的方法重新观测。该方法测站点、后视点、两个安装点在同一垂面，可精准定位两安装点位置，直接观测两安装点坐标高程信息，将观测到的坐标信息与在展绘图上提取的坐标信息核对一致后，计算出的两安装点距离可作为实际相间间距，与本文方案成果作对比，结果如表2 所示。由表2 可知，悬高测量改进法与传统免棱镜法测量结果中误差为0.07m，满足施工要求，且作业效率提升约3 倍。

表2 精度及效率分析

6 结论

本文讨论了高压输电导线安装相间间隔棒时，测量导线相间间距的方法，探索了悬高测量改进方案，并在山东某500kV 新建输电线路工程中应用，与采用传统免棱镜法测绘成果进行对比，本方案成果精度满足输电线路工程测量要求，且作业效率大幅提升，具有较大的实用价值和经济效益。