國(guó)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(huì)影響輸電的穩(wěn)定性。在實(shí)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(gè)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(jì)的交叉路線距離長(zhǎng)短會(huì)影響輸電線路的穩(wěn)定性，如所設(shè)計(jì)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(jì)算等技術(shù)手段，將其構(gòu)建后可實(shí)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(shí)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(cè)量技術(shù)對(duì)電力線路交跨距離進(jìn)行測(cè)量，在電力線路交跨距離監(jiān)測(cè)過程中，激光測(cè)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(duì)高壓輸變電線路交叉跨越對(duì)地距離監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)導(dǎo)線弧垂、導(dǎo)線溫度、導(dǎo)線拉力、導(dǎo)線舞動(dòng)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(diǎn)的具體位置，測(cè)量相交點(diǎn)的位置，利用插值方法來找到輸電線路所對(duì)應(yīng)的中心點(diǎn)，從而確定出在不同輸電線路所實(shí)際投影的精確位置。要實(shí)時(shí)對(duì)所監(jiān)測(cè)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(jì)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(shí)要對(duì)架空電力線所穿越的距離進(jìn)行測(cè)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(guó)的輸電線路工作提供了很大的實(shí)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(jì)

1.1 無線通信的雙接電路設(shè)計(jì)

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(cè)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?？刂葡碌淖罱K檢測(cè)結(jié)果是否能準(zhǔn)確輸入到地面控制點(diǎn)[1]。對(duì)此，在實(shí)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(cè)量平臺(tái)，只能使用模擬輸入方式對(duì)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(hào)傳輸數(shù)據(jù)丟包現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)也減少了數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率和延遲條件的發(fā)生[2]。在具體的實(shí)現(xiàn)方法上，激光測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)無線串行鏈路進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，當(dāng)其失效的時(shí)候?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的連接。

1.2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立

激光測(cè)量系統(tǒng)可以使用無線技術(shù)和實(shí)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(cè)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(shí)，所測(cè)量到的數(shù)據(jù)都將傳輸?shù)娇刂浦行钠脚_(tái)上，方便對(duì)所測(cè)得數(shù)據(jù)進(jìn)行審核計(jì)算。

1.3 在線檢測(cè)交跨點(diǎn)的定位

為了解架空輸電線路的精準(zhǔn)交叉距離，首先要對(duì)輸電線路的交叉跨點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，針對(duì)不同的情況進(jìn)行實(shí)際交叉跨點(diǎn)定位精準(zhǔn)測(cè)量。當(dāng)輸電線路所建立的交叉點(diǎn)在平坦的地勢(shì)環(huán)境下，明確交叉點(diǎn)的位置。選擇輸電線路位置的兩個(gè)邊緣點(diǎn)與中心點(diǎn)，將所設(shè)定出的三個(gè)點(diǎn)來標(biāo)示所測(cè)得地表投影點(diǎn)，選取地面上最短距離作為交點(diǎn)間隙的測(cè)量值。將垂直點(diǎn)相鄰位置畫一條簡(jiǎn)化線，利用激光測(cè)距傳感器進(jìn)行測(cè)量。在簡(jiǎn)易在線模式下選擇對(duì)應(yīng)的控制點(diǎn)，編號(hào)為A、B、C的三個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，設(shè)置全站號(hào)為O點(diǎn)，交點(diǎn)的地面投影點(diǎn)為D點(diǎn)（圖1）。

圖1中，使得OA=La、OB=Lb、OC=Lc，通過解析計(jì)算得出OD的長(zhǎng)度與角度值，進(jìn)而找出交跨點(diǎn)的具體方位，實(shí)現(xiàn)交跨點(diǎn)的定位檢測(cè)。

1.4 基于激光測(cè)距傳感器測(cè)量架空輸電線路凈空交跨距離

上述所檢測(cè)到的輸電線路交叉點(diǎn)，利用了激光測(cè)距傳感器進(jìn)行測(cè)量，可以精準(zhǔn)測(cè)量架空輸電線路的交叉點(diǎn)距離。通過對(duì)工程閉角的測(cè)量，將所測(cè)得的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)傳輸?shù)诫娏€路監(jiān)控中心，從而可以計(jì)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(cè)量過程中，激光測(cè)量方法主要是通過塔尺進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)在地面上所投影出的觀測(cè)水平距離，其所測(cè)得的溫度一般在-10~45℃之間，這樣可以減少環(huán)境溫度對(duì)輸電線路系統(tǒng)所造成的影響。

在一般情況下，對(duì)電路線路運(yùn)營(yíng)距離進(jìn)行測(cè)量主要目的，是為了確定出輸電線路各個(gè)點(diǎn)之間的投影距離，由于復(fù)雜的地勢(shì)情況，形成了有限的地形，從而增加測(cè)量難度。可以通過增加了輸電線路觀測(cè)點(diǎn)的精準(zhǔn)位置，經(jīng)其對(duì)準(zhǔn)電力線路測(cè)量塔頂，從而可以得到線路交叉點(diǎn)與地面的投影點(diǎn)（圖2）。

將監(jiān)控的投影點(diǎn)轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)系的過程中，要確定好交叉點(diǎn)的位置與方向，同時(shí)也要確定好其方位角與架空輸電線路之間的交叉點(diǎn)，從而可以提高所測(cè)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(gè)對(duì)應(yīng)中心點(diǎn)，并在中心點(diǎn)位置設(shè)置標(biāo)記，實(shí)時(shí)記錄輸電線路運(yùn)營(yíng)過程中的變化。

測(cè)量間隙時(shí)，由于架空輸電線路交跨距離不同，以及所處地勢(shì)以及環(huán)境的不同，其導(dǎo)線溫度與實(shí)際溫度存在一定的差異性，為了確保不同工作情況下所測(cè)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(cè)量中，所設(shè)定的問題度要進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，記錄每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)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(cè)量輸電線路架空跨境距離的實(shí)際測(cè)量值，即導(dǎo)線垂度。在一般情況下所測(cè)量到的數(shù)據(jù)不為最佳值，因此要將所測(cè)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(cè)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(yàn)公式如下：Hg=Hc-?f，式中：Hg為輸電線路傳輸數(shù)據(jù)驗(yàn)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(chǎng)測(cè)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(cè)量距離接近運(yùn)行允許的最小數(shù)值時(shí)，對(duì)輸電線路進(jìn)行精細(xì)化管理。計(jì)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(diǎn)距離相鄰桿塔的水平長(zhǎng)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(zhǎng)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(yíng)的安全性，也確保了所測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)方程計(jì)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(duì)電力線交叉點(diǎn)的距離進(jìn)行參數(shù)化和變換，同時(shí)得到交叉點(diǎn)的不同斷面，從而獲得電力線交叉點(diǎn)觀測(cè)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(cè)量的間隙距離進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這與傳輸線站點(diǎn)的實(shí)際傳輸情況相對(duì)應(yīng)，從而完成架空電力線穿越距離的測(cè)試。

表1 交跨測(cè)量觀測(cè)檔弧垂變化參數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證本文中提出的方法，對(duì)在復(fù)雜地勢(shì)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(shí)驗(yàn)，內(nèi)容是在特定位置選擇500kV傳輸線，根據(jù)激光測(cè)量所測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，所得出的跨度尺寸符合輸電線路運(yùn)營(yíng)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(zhǎng)度因子和仰角，在接近輸電線路要求的情況下，按公式計(jì)算并校核架空線的交匯點(diǎn)狀態(tài)，在檢查電力線交叉點(diǎn)的狀態(tài)后，對(duì)架空線進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)電力線導(dǎo)體的溫度變化。采用參數(shù)化轉(zhuǎn)換方法對(duì)激光測(cè)量的實(shí)測(cè)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(shí)驗(yàn)組，以傳統(tǒng)的簡(jiǎn)化公式法為對(duì)照組。由表2可知，與傳統(tǒng)控制方法相比，本文提出實(shí)驗(yàn)組架空電力線穿越距離控制方法對(duì)導(dǎo)線下垂控制結(jié)果的精度更高，實(shí)際結(jié)果的誤差率更小，因此本文提出的實(shí)驗(yàn)組方法對(duì)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(diǎn)線以及交點(diǎn)的位置，利用激光測(cè)量在線監(jiān)測(cè)方法測(cè)量所建立的交叉點(diǎn)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(diǎn)的具體方位，將所測(cè)量的數(shù)據(jù)通過計(jì)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(cè)量。當(dāng)架空輸電線穿越測(cè)量距離時(shí)，所測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)方法，分析了架空線路穿越距離的運(yùn)行檢測(cè)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)整。復(fù)雜地形影響交叉點(diǎn)的距離，因此很難進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，為了通過實(shí)驗(yàn)分析提高傳輸線相交的準(zhǔn)確性，本文利用激光測(cè)量方法所測(cè)得的數(shù)據(jù)比傳統(tǒng)方法測(cè)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(diǎn)，有必要在未來的研究中對(duì)其進(jìn)行糾正。