一种架空输电线路弧垂测量方法

技术领域

本发明涉及弧垂测量领域，尤其涉及一种架空输电线路弧垂测量方 法。

背景技术

架空输电线路担负着电能传输的重任，是电力网络系统的重要而不可 或缺的部分，尤其是作为电网主干线路的超高压输电线路，它的安全可靠 稳定的运行关系到国民经济的健康发展以及社会的和谐稳定。架空输电线 路弧垂是线路设计和运行维护中的主要指标之一，决定了架空线路的松紧 程度和线路杆塔的高度，其值大小关系到整个输电线路运行的安全，弧垂 必须被控制在设计规定的允许范围之内。输电线路的运行负荷还有周围环 境变化都可能会导致输电线路的弧垂变化，弧垂过大可能会导致严重的安 全隐患，尤其是在交叉跨越、人烟密集和大跨越地段。近些年来由于用电 负荷增长的需要，许多已有的输电线路为了提高电力输送能力，将导线最 高运行允许温度从70℃提高到80℃，这时线路弧垂就成为主要的制约因 素，需要对弧垂进行校验或实时监测，以确保线路运行和被跨越设备的安 全。

基于上述需求，相关人员进行了深入研究，国内外电力科研及运行 单位对架空输电线路弧垂在线监测的研究已进行了多年，提出了实际有 效的监测方法，当前对弧垂的在线监测主要通过测量导线应力、倾角、 温度或者图像分析来实现。但仍然存在下述主要问题：1)目前方法的测 量过程较为繁琐，且由于传感器检测装置的缺陷和测量结果数据的处理 较为复杂，导致弧垂结果精度较低往往无法达到较高的精度；2)现有方 法仅仅考虑了弧垂高度的测量，忽略了弧垂定位的测量，这会导致安全 隐患的发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行 完善与改进，提供一种架空输电线路弧垂测量方法，以达到弧垂快速、 准确计算目的。为此，本发明采取以下技术方案。

一种架空输电线路弧垂测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：选点安装第一固定UWB测距装置和第二固定UWB测距装置；

第一固定UWB测距装置、第一固定UWB测距装置分别安装在两相邻的 线塔下，且位于架空输电线路的正下方；

步骤2：输电线路上安装能自由滑动的垂点UWB测距装置，当释放垂 点UWB测距装置后，垂点UWB测距装置下滑至输电线路的最低点；

步骤3：通过第一固定UWB测距装置、第二固定UWB测距装置和垂点UWB 测距装置配合实施测距；

步骤3-1：任意两个UWB测距装置在测试之前需要进行时间同步检测 和同步调整，并且关闭其它UWB测距装置，以防止干扰和误测；

步骤3-2：对第一固定UWB测距装置和第二固定UWB测距装置实施测 距，同时将数据实时传送回后台弧垂处理模块，以进行数据的处理和计算；

步骤3-3：对第一固定UWB测距装置和垂点UWB测距装置实施每间隔 设定时间进行持续实时测距，同时将数据实时传送回后台弧垂处理模块， 以进行数据的处理和计算；

步骤3-4：第二对固定UWB测距装置B和垂点UWB测距装置实施每间隔 设定时间进行持续实时测距，同时将数据实时传送回后台弧垂处理模块， 以进行数据的处理和计算；

步骤4、弧垂处理模块对测量的数据进行处理以及进行弧垂计算。

作为优选技术手段：在步骤4中，弧垂定位和弧垂高度计算公式如 下：

式中，y为架空输电线路弧垂距离地面的垂直高度，x为架空输电线 路弧垂距离固定UWB测距装置A之间的平行地面距离，也就是弧垂的定 位距离，c为固定UWB测距装置A和固定UWB测距装置B之间的距离，a为 垂点和固定UWB测距装置A之间的距离，b为垂点和固定UWB测距装置B 之间的距离，θ

作为优选技术手段：第一固定UWB测距装置、第二固定UWB测距装 置、垂点UWB测距装置均包括UWB信号发送电路、UWB信号接收电路、控 制模块和电源；所述控制模块与电源相连接；所述的控制模块中设有时 间长度采集子模块和时间-距离转换计算子模块。

作为优选技术手段：所述的垂点UWB测距装置还设有在线互感取电模 块，所述的在线互感取电模块包括第一电流互感器组、第二电流互感器组, 第一电流互感器组外套在输电线路上；第一电流互感器组和第二电流互感 器组将采集到的二次电流输入至整流电路，所述的整流电路与电源相连， 以为UWB信号发送电路、UWB信号接收电路、控制模块供电。

作为优选技术手段：垂点UWB测距装置包括线夹本体、线夹小压盖、 线夹大压盖、位于线夹，所述的线夹小压盖和线夹大压盖的一端通过铰链 销与线夹本体之间进行铰链式连接，所述的线夹小压盖和线夹大压盖的另 一端与线夹本体之间设置防松螺栓组件，所述的线夹大压盖和线夹本体之 间形成大线夹孔，所述的大线夹孔处设有在线互感取电模块，大线夹孔的 孔径大于输电线路直径，使其能套设在输电线路上并能滑行；所述的线夹小压盖和线夹本体之间形成小线夹孔，小线夹孔用于穿设回牵线。

作为优选技术手段：所述的线夹大压盖的左端和线夹小压盖的右端各 自通过铰链销分别连接于线夹本体的左右两端，所述的线夹大压盖的右端 和线夹小压盖的左端各自通过一个防松螺栓组件与线夹本体的中间位置 连接。

作为优选技术手段：每个防松螺栓组件均包括螺栓、平垫、防松螺母 和防脱螺母，所述的螺栓头部穿过线夹本体和线夹大压盖、或者穿过线夹 本体和线夹小压盖后再穿过平垫片，并依次拧入防松螺母和防脱螺母紧固。

作为优选技术手段：每个螺栓上均套有弹性垫圈，所述的弹性垫圈位 于线夹本体和线夹大压盖之间，或者位于线夹本体和线夹小压盖之间。

作为优选技术手段：所述的线夹本体上设有螺尾槽，螺栓的螺尾部位 于螺尾槽中并与螺尾槽之间为止转相配结构。

作为优选技术手段：所述的线夹本体的前侧部位和后侧部位的高度 向壁厚尺寸大于中间部位的高度向壁厚尺寸，使中间部位形成减料沟槽， 减料沟槽位于线夹本体上侧，所述的螺尾槽位于减料沟槽中，减料沟槽 的前后宽度尺寸≥螺尾槽的前后宽度尺寸；所述的线夹大压盖和线夹小 压盖上设有与线夹本体的减料沟槽宽度相同的压盖沟槽，压盖沟槽位于 线夹大压盖和线夹小压盖的下侧，压盖沟槽在前后向与线夹本体的减料 沟槽位置相同。

有益效果：本技术方案用采用高精度、低功耗的UWB测距技术，根 据方程组计算分别得到垂点相对地面固定位置UWB装置的地面平行定位 距离和垂点距离地面的垂直高度，实现对弧垂定位及弧垂高度的实时在 线监测，监测系统精度高，可达厘米级，且功耗低，适用于输电线路运 行环境；有利于及时掌握输电线路运行状态，合理适时地安排线路维护及调度计划，保证整个电力系统的安全、稳定、可靠运行，同时充分挖 掘输电线路潜在的输送能力，实现线路的动态增容。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是UWB测距图解示意图；

图3是本发明实施例的在线监测流程图。

图4是本发明的固定位置UWB装置去除电路后的剖视结构示意图。

图中：1-线夹本体；2-线夹大压盖；3-线夹小压盖；4-防松螺栓组 件；5-铰链销；6-弹性垫圈。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本实施例的基本原理：

1、UWB测距技术原理：

UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的 非正弦波窄脉冲传输数据，其所占的频谱范围很宽，可以从数Hz至数GHz。 根据美国联邦通讯委员会FCC(Federal Communications Commission) 的规定，从3.1GHz到10.6GHz之间的7.5GHz的带宽频率为UWB所使 用的频率范围。UWB在中短距离内能实现厘米级的测量精度，且现有技术能实现数百米的测量距离，同时功耗极低。根据FCC规定，在UWB带宽 内，UWB信号的发射功率要小于0.56mW，其发射功率密度要低于 -41.3dBm/MHz(换算功率为75nW/MHz)，在实现同样传输速率时UWB功率 消耗仅是传统技术的1/10-1/100。这样在无充电电源的情况下，供电电 池也能有长达数年的使用寿命。架空输电线路常年处于荒山野岭之中，运 行环境极其恶劣，供电电源难以解决，把功耗很小的UWB技术应用于线路 弧垂在线监测，可以单纯依靠电池就能维持监测装置长时间工作，这将有 力解决供电电源问题。

UWB测距方法有两种：接收信号强度法(RSSI)和到达时间法(TOA)。 RSSI精度低，仅限于粗糙测距，本方案将采用精度较高的TOA。TOA又包 括双程测距(TWR)和单程测距(OWR)。

TWR适用于监测装置间没有公共时钟的情况，而OWR在监测装置间有 公共时钟的情况下使用。OWR基本原理如下：

如图2所示，A为参考测量装置，B为目标测量装置，现测量A、B 装置之间的距离。在测距前对测量装置A、B进行同步检测和同步调整， 测量装置A在T

L

T

上式中，v为UWB的速度。

2、弧垂定位x和弧垂高度y计算方程组：

式中，y为架空输电线路弧垂距离地面的垂直高度，x为架空输电线 路弧垂距离固定UWB测距装置A之间的平行地面距离，也就是弧垂的定位 距离，c为固定UWB测距装置A和固定UWB测距装置B之间的距离，a为 垂点和固定UWB测距装置A之间的距离，b为垂点和固定UWB测距装置B 之间的距离，θ

所述一种架空输电线路弧垂测量方法的使用过程如下：

1、地面选取适当的固定地点安装固定UWB测距装置A和固定UWB测 距装置B，从输电线路一端塔顶的位置安装可以自由滑动的垂点UWB测距 装置C。

2、对测量装置A、B进行同步检测和同步调整，测量装置A在T

3、对测量装置A、C进行同步检测和同步调整，测量装置A在T

4、对测量装置B、C进行同步检测和同步调整，测量装置B在T

5、将c、a和b代入具体实施方式的方程组(3)，通过嵌入式ARM单 片机程序解出x和y。

其中：第一固定UWB测距装置、第二固定UWB测距装置、垂点UWB 测距装置均包括UWB信号发送电路、UWB信号接收电路、控制模块和电源； 所述控制模块与电源相连接；所述的控制模块中设有时间长度采集子模 块和时间-距离转换计算子模块。

为了使得垂点UWB测距装置不会因为电池无电而失电的情况发生，所 述的垂点UWB测距装置还设有在线互感取电模块，所述的在线互感取电模 块包括第一电流互感器组、第二电流互感器组,第一电流互感器组外套在 输电线路上；第一电流互感器组和第二电流互感器组将采集到的二次电流 输入至整流电路，所述的整流电路与电源相连，以为UWB信号发送电路、UWB信号接收电路、控制模块供电。

为了提高紧凑性，如图4所示，垂点UWB测距装置包括线夹本体1、 线夹小压盖3、线夹大压盖2、位于线夹，所述的线夹小压盖3和线夹大 压盖2的一端通过铰链销5与线夹本体1之间进行铰链式连接，所述的线 夹小压盖3和线夹大压盖2的另一端与线夹本体1之间设置防松螺栓组件 4，所述的线夹大压盖2和线夹本体1之间形成大线夹孔，所述的大线夹 孔处设有在线互感取电模块，大线夹孔的孔径大于输电线路直径，使其能 套设在输电线路上并能滑行；所述的线夹小压盖3和线夹本体1之间形成 小线夹孔，小线夹孔用于穿设回牵线，方便垂点UWB测距装置的回收。

为了便于操作，线夹大压盖2的左端和线夹小压盖3的右端各自通过 铰链销5分别连接于线夹本体1的左右两端，线夹大压盖2的右端和线夹 小压盖3的左端各自通过一个防松螺栓组件4与线夹本体1的中间位置连 接。在已经架好的线路上套设线夹时两外侧的铰链连接结构便于线夹挂在 线路上，便于螺栓的拧紧操作。

为了提高产品的连接可靠性，每个防松螺栓组件4均包括螺栓、平垫、 防松螺母和防脱螺母，螺栓头部穿过线夹本体1和线夹大压盖2、或者穿 过线夹本体1和线夹小压盖3后再穿过平垫片，并依次拧入防松螺母和防 脱螺母紧固。通过该螺栓组件的防松结构，提高了产品的工作稳定性。

为了防止线夹出现夹死现象，每个螺栓上均套有弹性垫圈6，弹性垫 圈6位于线夹本体1和线夹大压盖2之间，或者位于线夹本体1和线夹小 压盖3之间。便于线夹的拆卸，防止线夹出现夹死现象，更方便拆卸操作。

为了方便防松螺栓组件4的拧紧和拆卸操作，线夹本体1上设有螺尾 槽，螺栓的螺尾部位于螺尾槽中并与螺尾槽之间为止转相配结构。通过防 止螺栓转动，可有效提升防松性能，也便于防松螺栓组件4的拧紧和拆卸 操作。

为了使操作更方便，螺尾槽位于线夹本体1的上侧。螺母拧紧位于同 侧位置，操作更方便。

为了更好地降低材料使用量，线夹本体1的前侧部位和后侧部位的高 度向壁厚尺寸大于中间部位的高度向壁厚尺寸，使中间部位形成减料沟槽， 减料沟槽位于线夹本体1上侧，螺尾槽位于减料沟槽中，减料沟槽的前后 宽度尺寸等于螺尾槽的前后宽度尺寸；线夹大压盖2和线夹小压盖3上设 有与线夹本体1的减料沟槽宽度相同的压盖沟槽，压盖沟槽位于线夹大压 盖2和线夹小压盖3的下侧，压盖沟槽在前后向与线夹本体1的减料沟槽 位置相同。可更好地降低材料的使用量，使重量更轻，避免因为垂点UWB 测距装置的重量而增加线路的垂度。

本实例中，弹性垫圈6采用橡胶圈。

以上图1-4所示的一种架空输电线路弧垂测量方法是本发明的具体 实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要， 在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方 案的保护范围之列。