胡成城，劉　波，李　凱（安徽送變電工程公司，安徽合肥230022）

基于GPS定位技術的導線弧垂測量系統(tǒng)

胡成城，劉波，李凱（安徽送變電工程公司，安徽合肥230022）

目前在輸電線路弧垂的檢測方法有兩種：架空輸電線路導線緊線時一般在塔山采用綁扎弧垂板的方法進行平行四邊線法觀測弧垂；山區(qū)在地面采用經緯儀角度進行弧垂觀測，這兩種方法都是采用光學觀測，對能見度要求較高，遇到濃霧、夜間等能見度差狀態(tài)下無法進行弧垂觀測，傳統(tǒng)的觀測方法在能見度差的情況下只能停工等待。

GPS定位；導線；弧垂；測量；系統(tǒng)

隨著電網建設的快速發(fā)展，新建的輸電線路越來越多，特別是特高塔輸電線路和跨區(qū)域聯(lián)網輸電線路等工程建設規(guī)模大，使得輸電線路穿越高山、大江、大河、高海拔地區(qū)、長期大霧地區(qū)、無人區(qū)等，工施工條件越來復雜，施工難度越來越大，高壓架空輸電線路的弧垂是線路設計、施工、運行的主要指標，關系到線路安全運行。

目前，國內在架空輸電線路施工緊線時，一般在塔上采用綁扎弧垂板的方法進行平行四邊線法觀測弧垂，山區(qū)在地面采用經緯儀角度進行弧垂觀測，這些弧垂觀測方法均為光學觀測，對能見度要求較高。開發(fā)出一套基于GPS定位技術的全數字式架空輸電線路導線弧垂觀測系統(tǒng)，在國內還是尚未見提出。

1　系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)應用了現代GPS衛(wèi)星定位技術與計算機通信、單片微型計算機控制、無線數字通信網絡等多學科技術領域充分結合，對架空輸電線路霧區(qū)緊線施工弧垂觀測提供了新的有利手段，解決了工程施工的實際困難。系統(tǒng)由中心基站、GPS數據參數站、導線弧垂GPS監(jiān)測小車三個主要部分組成。在架空輸電線路張力放線施工過程中對霧區(qū)緊線施工弧垂觀測實現了實時監(jiān)測。

2　系統(tǒng)工作原理

架空輸電線路導線緊線弧垂GPS精確測量系統(tǒng)，主要由GPS信息參考站、GPS移動監(jiān)測站、導線水平張力監(jiān)測終端、系統(tǒng)數據監(jiān)測終端等設備組成，利用安裝在導線任意一點的遙控載荷小車上的載荷-GPS定位終端和導線緊線端安裝拉力傳感器對導線緊線弧垂值進行實時動態(tài)觀測，達到施工緊線的目的，緊線時對觀測弧垂的能見度要求非常低，可以在濃霧、黑夜等無法進行弧垂觀測的條件下進行緊線作業(yè)。

為保證GPS定位數據的定位精度，對GPS定位系統(tǒng)的組建采用RTK差分方式保證定位精度，系統(tǒng)應用了現代GPS衛(wèi)星定位技術與計算機通信、單片微型計算機控制、無線數字通信網絡等多學科技術領域充分結合，對架空輸電線路霧區(qū)緊線施工弧垂觀測提供了新的有利手段，解決了工程施工的實際困難。系統(tǒng)由中心基站、GPS數據參數站、導線弧垂GPS監(jiān)測小車三個主要部分組成。在架空輸電線路張力放線施工過程中對霧區(qū)緊線施工弧垂觀測實現了實時監(jiān)測。

2.1中心基站系統(tǒng)軟件

中心基站系統(tǒng)軟件具有較強數據處理能力和界面輸入、輸出功能，施工前將觀測檔桿塔坐標、掛點高差等數據錄入中心基站系統(tǒng)軟件，施工過程中根據監(jiān)測數據進行運算處理，動態(tài)顯示GPS小車的實時位置、子導線相對位置的視頻圖像、GPS小車所處位置的弧垂和導線的最大弧垂等數據信息，并實時繪制觀測檔內的導線弧垂模擬圖。

2.2監(jiān)測終端

監(jiān)測終端的核心即為傳感器，根據不同類型的傳感器和安裝位置的不同分別采用不同封裝形式進行封裝，最終要求安裝方便，調試便捷。

2.3參數計算原理

當兩個移動站與基準站建立起RTK鏈接時，可得到兩個移動站的天線高程數據，將兩個移動站天線的高程數據作差值計算即可得到兩個移動站的天線高差。根據導線任意點弧垂計算：

圖1

設移動站A的天線高程為HA，經緯度坐標分別為NA EA；

移動站B的天線高程為HB，經緯度坐標分別為NB EB；

移動站A的天線極化點距導線懸掛點的距離為L。

則根據移動站A、B的經緯度坐標可計算出兩個移動站的直線距離S，即據導線懸掛點距離；小車測量已知量：①小車高程Hc；②小車與桿位中心距離Lc。

預知量：觀測檔兩懸點高程Ha、Hb

計算數據：

fs=Ha-Hc-L1（利用三角形相似）

說明：計算時以A點作為計算參考點：

A、B懸掛點等高時，懸掛點高程與小車高程即為小車處導線弧垂；

A點較B點低時：

此時Ha－Hb＜0因此：

所以fs=Ha－Hc＋L1可改寫為fs=Ha－Hc－L1。

B點較A點低時：

此時Ha－Hb＞0則根據移動站A、B的經緯度坐標可計算出兩個移動站的直線距離S，即據導線懸掛點距離；

移動站B所在點的弧垂即為fs=HA-HB-L根據測量數據所計算出的弧垂fs即為導線上在距離移動站A所處桿塔S處的導線弧垂，即導線任意一點弧垂，根據所計算出的導線上在距離移動站A所處桿塔S處的導線弧垂，可對導線最大弧垂進行推導計算。在觀測計算是為提高測量精度可取出多組GPS測量數據進行算術平均后進行計算。

2.4系統(tǒng)供電

根據架空輸電線路工程施工現場多處于野外，不具備有源電源的特點，系統(tǒng)全部設備采用鋰離子蓄電電池供電，為使有效減小設備體積和重量，在滿足一個放線區(qū)段導線全部展放完畢的需要，在系統(tǒng)設備電路設計時全部采取低功耗設計，通過精細計算合理選擇電池供電電壓和電池容量，設計電源智能管理電路對設備電源進行智能化管理，是系統(tǒng)具備了休眠與喚醒功能，合理利用電池電量，將電池電量利用率達到最大化，通過實際測試系統(tǒng)中心基站供電電池充滿電后可持續(xù)工作24h。

3　結束語

系統(tǒng)應用了現代傳感器測量及GPS衛(wèi)星定位技術與計算機通信、單片微型計算機控制、無線數字通信網絡等多學科技術領域充分結合，架空輸電線路施工過程中導線弧垂能夠實時檢測，有效解決了濃霧區(qū)段導線弧垂觀測的難題，為霧區(qū)架線施工的順利完成提供了可靠的技術保障，該系統(tǒng)的成功應用，為送電線路工程架線施工的科學指揮提供有力技術保障，為電網建設的科技創(chuàng)新和施工建設過程更加安全、可靠、高效運行積累寶貴經驗，降低了工程成本的開支，該套系統(tǒng)的使用在工程施工中取得較大的社會效益和經濟效益。

［1］［美］David Tse Pramod Viswanath，著.無線通信基礎.人民郵電出版社，2007.

［2］曹衛(wèi)彬.C/C++串口通信典型應用實例編程實踐.電子工業(yè)出版社，2009.

［3］張大明，彭旭昀，尚靜基.單片微機控制應用技術.機械工業(yè)出版社，2006.

［4］岑阿毛.架空輸電線路施工技術大全.寧波出版社，1996.

P228.4

A

2095-2066（2016）26-0123-02

2016-9-2

基于GPS定位技術的弧垂觀測系統(tǒng)，是借助于現代科技手段實現的不受時間、天氣影響的第三種輸電線路弧垂觀測方法，文章介紹了基于GPS定位技術開發(fā)研制的弧垂觀測系統(tǒng)在架線施工過程中應用的情況，重點講述了系統(tǒng)的架構、技術原理和功能。