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        架空輸電線路弧垂觀測(cè)裝置內(nèi)置算法研究

        2022-05-08 03:01:36劉云飛張文濤
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2022年12期
        關(guān)鍵詞:檔距高差鐵塔

        劉云飛,焦 劍,張文濤,李 凱

        (安徽送變電工程有限公司,安徽 合肥 230601)

        1 工程概況

        雅中-江西±800 kV特高壓直流線路工程起點(diǎn)為四川省涼山州鹽源縣雅中換流站,終點(diǎn)為江西省撫州市的南昌換流站,輸送容量8 000 MW。沿線自西向東分別途經(jīng)四川、云南、貴州、湖南、江西5省,線路長(zhǎng)度為1 691 km。3標(biāo)段基本風(fēng)速為27 m/s,覆冰厚度為15~30 mm。導(dǎo)線型號(hào)為JL1/G2A-1250/100、JL1/G2A-1000/80、JLHA4/G2A-1000/80,線夾處導(dǎo)線外接圓直徑1 000 mm,分裂間距500 mm。

        下面針對(duì)最常見(jiàn)的2種工況予以分析研究。

        2 直線-直線檔

        2.1 線路參數(shù)

        A塔參數(shù):塔位中心O1坐標(biāo)(x1、y1、z1),鐵塔最低腿基面高差ho11,鐵塔呼高h(yuǎn)o12,滑車(chē)串長(zhǎng)ho13,滑車(chē)一半寬度yo1,橫擔(dān)長(zhǎng)度ao1,橫擔(dān)寬度bo1。

        B塔參數(shù):塔位中心O2坐標(biāo)(x2、y2、z2)、鐵塔最低腿基面高差ho21、鐵塔呼高h(yuǎn)o22、滑車(chē)串長(zhǎng)ho23、滑車(chē)一半寬度yo2,橫擔(dān)長(zhǎng)度ao2,橫擔(dān)寬度bo2。

        線路參數(shù):檔距L,導(dǎo)線比載r,導(dǎo)線張力T,導(dǎo)線直徑D;小車(chē)激光雷達(dá)設(shè)備到滑輪的距離h,GPS設(shè)備高于導(dǎo)線h0;子導(dǎo)線間距X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7。

        弧垂觀測(cè)裝置所處狀態(tài),當(dāng)其在n#子導(dǎo)線時(shí)測(cè)量設(shè)備位置:坐標(biāo)C(xc、yc、zc);雷達(dá)在垂直導(dǎo)線方向傾角傳感器的垂直偏角θ0;雷達(dá)在垂直導(dǎo)線方向?qū)?#~8#子導(dǎo)線掃描的垂直角:θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8;雷達(dá)在導(dǎo)線前后方向傾斜β。

        換算后的實(shí)際檔距Lj;換算的小車(chē)到塔的水平距離Lc(默認(rèn)為到起始塔N1的距離);小車(chē)所在位置的動(dòng)態(tài)觀測(cè)弧垂fx,測(cè)量弧垂標(biāo)準(zhǔn)值fx0;計(jì)算測(cè)量弧垂差值1#子導(dǎo)線f1,2#~8#子導(dǎo)線激光雷達(dá)反饋的數(shù)據(jù)(處理),2#~8#子導(dǎo)線與1#子導(dǎo)線偏差反饋:f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8。

        2.2 計(jì)算實(shí)際檔距

        2.2.1 檔距換算

        實(shí)際檔距Lj,

        2.2.2 高差換算

        A、B塔對(duì)應(yīng)的掛點(diǎn)高度Ha、Hb為:

        其中,ho11、ho21為最低腿高程減去中心樁高程。

        2.2.3 裝置距離起始塔長(zhǎng)度計(jì)算

        根據(jù)塔位中心O1坐標(biāo)(x1、y1、z1)、塔位中心O2坐標(biāo)(x2、y2、z2)、導(dǎo)線上設(shè)備C點(diǎn)坐標(biāo)(xc、yc、zc)求得L(O1-C)、L(O2-C)、L(O1-O2)距離,該距離為地面坐標(biāo)系,可以與鐵塔中心建立計(jì)算坐標(biāo)系,以順線路O1、O2方向?yàn)閄軸,以橫線路方向?yàn)閅軸。

        其中:yo1、yo2取值,外側(cè)取正值,內(nèi)側(cè)取負(fù)值。

        中相取ao1、ao2值為0,

        鐵塔掛點(diǎn)與塔位中心在地面的投影線與中心到導(dǎo)線設(shè)備投影線的夾角,A塔φ4、B塔φ5,其中φ4=90-φ1,φ5=90-φ2。根據(jù)余弦定理,C小車(chē)到A塔的水平距離L(A-C)、C小車(chē)到B塔的水平距離L(B-C)為:

        L(A-C)或者L(B-C)即可帶入弧垂計(jì)算公式中取值為導(dǎo)線設(shè)備小車(chē)與桿位中心距離Lc定義Lc=L(A-C)。

        觀測(cè)檔裝置位置示意圖如圖1所示。

        圖1 觀測(cè)檔裝置位置示意圖

        2.2.4 弧垂計(jì)算

        測(cè)量已知量:小車(chē)高程Hc=zc,計(jì)算可知小車(chē)與桿位中心距離Lc,觀測(cè)檔兩懸點(diǎn)高程Ha、Hb,則:

        此時(shí)L=Lj,可得:fx=Ha-Hc-L1+h0×cosθ0×cosβ,同時(shí)計(jì)算弧垂標(biāo)準(zhǔn)值f0,作為標(biāo)準(zhǔn)值比較。最大弧垂f1/2為檔距中間弧垂值,即Lc=L/2時(shí)的fx。根據(jù)測(cè)量fx計(jì)算最大弧垂f1/2,反算此時(shí)導(dǎo)線張力Tx=r×Lc×(Lj-Lc)/(2×fx×cos(atan((Hb-Ha)/Lj))),反算最大弧垂f1/2=r×Lj^2/8/Tx/cos(atan((Hb-Ha)/Lj))=Lj^2/4/(Lc×(Lj-Lc))×fx,弧垂標(biāo)準(zhǔn)值f01/2=r×Lj^2/8/T/cos(atan((Hb-Ha)/Lj))。測(cè)量1#子導(dǎo)線弧垂差值f1=fx-f0,若f1>0則弧垂偏大,若f1<0則弧垂過(guò)小。

        弧垂計(jì)算過(guò)程示意圖,如圖2所示。

        圖2 弧垂計(jì)算過(guò)程示意圖

        測(cè)量小車(chē)滑行至檔距中間是可直接測(cè)量得fx1=f1/2,通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)弧垂值f0比較可得出。因GPS高于導(dǎo)線h0值,實(shí)際fx'=fx+h0×cosθ0×cosβ,測(cè)量1#子導(dǎo)線弧垂fx1=fx1/2=Lj^2/4/(Lc×(Lj-Lc))×(fx),1#子導(dǎo)線偏差f1=fx1/2-f01/2,若f1>0則弧垂偏大,若f1<0則弧垂過(guò)小。

        2.2.5 各子導(dǎo)線弧垂比較

        小車(chē)上有雷達(dá)設(shè)備,雷達(dá)距離1#子導(dǎo)線高度為h,雷達(dá)在垂直1#導(dǎo)線方向傾角傳感器的垂直偏角θ0,雷達(dá)在1#導(dǎo)線前后方向傾斜β。利用雷達(dá)掃描1#~8#子導(dǎo)線對(duì)應(yīng)距離為L(zhǎng)2、L3、L4、L5、L6、L7、L8,和雷達(dá)傾角傳感器掃描角度為θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8。

        設(shè)備傾斜與子導(dǎo)線相對(duì)位置示意圖如圖3所示。

        圖3 設(shè)備傾斜與子導(dǎo)線相對(duì)位置示意圖

        因θ0會(huì)影響實(shí)際的雷達(dá)掃描角度,需要對(duì)雷達(dá)角度校正,實(shí)際雷達(dá)角度為θx+θ0。

        2.2.6 子導(dǎo)線計(jì)算與判斷

        小車(chē)安裝在1#子導(dǎo)線時(shí),弧垂觀測(cè)裝置的雷達(dá)與1#子導(dǎo)線高差:h1=h×cosθ0×cosβ;與2#子導(dǎo)線高差:h2=L2×sin(θ2+θ)0;與3#子導(dǎo)線高差:h3=L3×sin(θ3+θ)0;與4#子導(dǎo)線高差:h4=L4×sin(θ4+θ)0;與5#子導(dǎo)線高差:h5=L5×sin(θ5+θ)0;與6#子導(dǎo)線高差:h6=L6×sin(θ6+θ0);與7#子導(dǎo)線高差:h7=L7×sin(θ7+θ0);與8#子導(dǎo)線高差:h8=L8×sin(θ8+θ)0。

        子導(dǎo)線最大弧垂計(jì)算:

        1#子導(dǎo)線最大弧垂值fx1=fx1/2=Lj^2/4(/Lc×(Lj-Lc))×(fx)。

        2#子導(dǎo)線最大弧垂值fx2=Lj^2/4(/Lc×(Lj-Lc))×(fx+f2),2#子導(dǎo)線偏差f2=h2-h1;3#子導(dǎo)線最大弧垂值fx3=Lj^2/4/(Lc×(Lj-Lc))×(fx+f3),3#子導(dǎo)線偏差f3=h3-h1;4#子導(dǎo)線最大弧垂值fx4=Lj^2/4/(Lc×(Lj-Lc))×(fx+f4),4#子導(dǎo)線偏差f4=h4-h1;5#子導(dǎo)線最大弧垂值fx5=Lj^2/4/(Lc×(Lj-Lc))×(fx+f5),5#子導(dǎo)線偏差f5=h5-h1;6#子導(dǎo)線最大弧垂值fx6=Lj^2/4/(Lc×(Lj-Lc))×(fx+f6),6#子導(dǎo)線偏差f6=h6-h1;7#子導(dǎo)線最大弧垂值fx7=Lj^2/4/(Lc×(Lj-Lc))×(fx+f7),7#子導(dǎo)線偏差f7=h7-h1;8#子導(dǎo)線最大弧垂值fx8=Lj^2/4/(Lc×(Lj-Lc))×(fx+f8),8#子導(dǎo)線偏差f8=h8-h1。當(dāng)偏差值為正值時(shí)弧垂偏大,為負(fù)值時(shí)弧垂過(guò)小。

        激光雷達(dá)掃描子導(dǎo)線示意圖如圖4所示。

        圖4 激光雷達(dá)掃描子導(dǎo)線示意圖

        子導(dǎo)線判斷:

        當(dāng)θ1<90°時(shí),雷達(dá)掃描子導(dǎo)線判斷:水平距離判斷h×sin(θ0)+Ln×cos(θn+θ0);2#子導(dǎo)線取值范圍為X1-100 mm<h×sin(θ0)+L2×cos(θ2+θ0)<X1+100 mm;3#子導(dǎo)線取值范圍為X1+X2-100 mm<h×sin(θ0)+L3×cos(θ3+θ0)<X1+X2+100 mm,輔助判斷|θ2-θ3|>atan(D/L3),L3×cos(θ3+θ0)-L2×cos(θ2+θ0)>D;4#子導(dǎo)線取值范圍為X1+X2+X3-100 mm<h×sin(θ0)+L4×cos(θ4+θ0)<X1+X2+X3+100 mm,輔助判斷|θ3-θ4|>atan(D/L4)),L4×cos(θ4+θ0)-L3×cos(θ3+θ0)>D;5#子導(dǎo)線取值范圍為X1+X2+X3+X4-100 mm<h×sin(θ0)+L5×cos(θ5+θ0)<X1+X2+X3+X4+100 mm,輔助判斷|θ4-θ5|>atan(D/L5),L5×cos(θ5+θ0)-L4×cos(θ4+θ0)>D;6#子導(dǎo)線取值范圍為X1+X2+X3+X4+X5-100 mm<h×sin(θ0)+L6×cos(θ6+θ0)<X1+X2+X3+X4+X5+100 mm,輔助判斷|θ5-θ6|>atan(D/L6),L6×cos(θ6+θ0)-L5×cos(θ5+θ0)>D;7#子導(dǎo)線取值范圍為X1+X2+X3+X4+X5+X6-100 mm<h×sin(θ0)+L7×cos(θ7+θ0)<X1+X2+X3+X4+X5+X6+100 mm,輔助判斷|θ6-θ7|>atan(D/L7),L7×cos(θ7+θ0)-L6×cos(θ6+θ0)>D;8#子導(dǎo)線取值范圍:X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7-100 mm<h×sin(θ0)+L8×cos(θ8+θ0)<X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+100 mm,輔助判斷|θ7-θ8|>atan(D/L8),L8×cos(θ8+θ0)-L7×cos(θ7+θ0)>D。

        當(dāng)θ1>90°時(shí),雷達(dá)掃描子導(dǎo)線判斷:水平距離判斷h×sin(θ0)+Ln×cos(180-θn-θ0),此時(shí)數(shù)據(jù)無(wú)效。動(dòng)態(tài)弧垂值求解:根據(jù)返回的數(shù)據(jù),按時(shí)間取20組,對(duì)20組數(shù)據(jù)取垂直高度的中位數(shù);取fx的中位數(shù)顯示測(cè)量結(jié)果。

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