输电线路振动测量技术

输电线路振动测量技术（共8篇）

输电线路振动测量技术 篇1

1 前言

随着同时输电线路的路径越来越复杂, 输电线路经过山区、同一走廊内多条线路架设以及线路交叉跨越来越多。输电线路对附近树木放电以及对下方被交叉跨越物放电从而造成线路故障的实例越来越多, 因此, 在高温天气及大负荷下对交叉跨越的测量显得越来越重要[1]。目前, 交叉跨越测量主要采用测距杆、超声波测距仪、激光测距测高仪、经纬仪、全站仪等[2,3,4], 但各种测量方法均存在一定的局限性。如何快速简便高效准确的进行输电线路交叉跨越的测量是目前需要解决的一个重点课题。根据输电线路交叉跨越的特点, 本文对利用双目系统[5,6]开展输电线路交叉跨域测量工作进行探讨。

2 理论研究及系统开发

根据摄影测量中的双目立体测量原理设计硬件测量设备、开发出对应的数据处理系统, 以实现电力输电线路交叉跨越测量。具体的内容包括:

1) 由两部相机组成的立体影像采集设备 (双目立体测量系统) 。

2) 一套数据采集和处理软件, 包括:相机控制程序、系统检校、数据处理等功能。其中通过程序控制两部相机拍摄, 自动将数据保存在计算机上;通过布设三维检校场检校两部相机内、外方位元素;开发的软件能实时取景, 快速、准确的测量电力线对应的距离, 其中使用基于核线约束、精确的电力线提取等算法保证测量的精度。

2.1 理论论证

双目系统一般主要用于近景摄影测量中, 测距一般都较近, 对于远距离的输电线路测量属于一种新尝试, 需要考虑系统交会角、纹理单一等问题。

为了提高测量的精度, 增大交会角, 使用比较长的基线, 同时为了提高远距离拍摄的影像清晰度, 需要使用较长的定焦镜头。

要完成长距离的测量工作, 需要精确知道双目系统中两部相机的内方位元素, 和两部相机之间的相对位置关系, 这个过程需要进行双目系统的精确检校。双目系统的检校采用布设三维控制场的方式进行检校工作, 采用光束法平差精确解求两部相机的内外方位元素。

测量工作的另外一个技术难点就是输电线路上的同名点的选取, 这是由于输电线路纹理匮乏不能使用传统的基于灰度的匹配方法自动寻找同名点。双目系统已知两部相机之间的相对位置关系, 因此可以通过核线约束获得同名点。同时为了避免输电线路提取的过程产生双边缘的问题, 采用基于相位一致性的输电线路提取方法准确提取输电线路的边缘。

2.2 硬件和软件设计

2.2.1 系统构成。

该双目测量系统包括双相机组成的立体影像采集设备、相机控制程序、数据处理软件三个部分, 具体见图1。其中立体影像采集设备主要是立体相机部分, 需要同步拍摄需待测量区域的影像。

2.2.2 软件设计

软件具有实时控制相机、检校双目系统、测量输电线路之间距离这三个功能。其组织结构如图2所示:

其中相机控制是指在计算机上控制相机拍摄、取景、参数设置等功能的程序。该程序能实时显示双目相机所拍摄的场景, 方便调整拍摄的角度和位置;相机的快门也通过该程序控制, 完成同步拍摄, 最后自动地将数据保存在计算机上对应的工程中。检校程序提供影像上标靶的提取, 内、外方位元素检校功能, 将检校获得的参数自动的保存在工程文件当中, 给测量提供已知数据。数据处理是指开发的测量目标地物的坐标、距离等信息的软件。在立体像对中的一幅影像上的输电线路上选取一个点, 在另外一幅影像能准确通过半自动手段定位其在电力线上的同名点。

2.3 系统建设

2.3.1 硬件设计及加工

硬件采用便捷稳定设计, 两部相机可以稳定固定在基线上, 通过数据线和计算机连接。该过程充分考虑测量精度和稳定性要求, 同时兼顾硬件的便捷性, 便于搬运和携带。

2.3.2 软件设计与开发

软件使用VS2008软件开发平台实现软件编写。程序界面从左致右依次为树状视图、左视图、右视图。其中树状视图有两个标签页, 分别显示检校信息和测量信息。检校和测量信息分别以树状视图的方式管理和显示。影像实现区域使用分割视图的方式显示, 在Open GL环境下同时显示两幅影像, 对两幅影像可以同时进行编辑。视图区域同时有鼠标右键消息。

1) 相机控制程序:相机控制程序是在相机自带程序的基础上开发集成, 通过不同的相机ID识别每一部相机, 在相机开机之后, 连接到计算机上, 相机的控制模块在主程序界面上实现, 调用开发的Nikon Ctrl中的函数实现, 具体的关系结构如图3:

2) 检校:检校程序提供影像上标靶的提取、内外方位元素检校功能, 将检校获得的参数自动保存在工程文件当中, 给测量提供已知数据。具体的每个功能为:

a.量测靶点, 切换到靶点量测模式, 手动选影像上的标靶点 (高精度的标靶点半自动提取) , 对于量测的点, 可输入每个点的点号。

b.控制点导入及解算, 导入测量的三维控制点。从文件中批量读入固定格式的控制点坐标。使用整体平差的方法求相机的内方位元素参数及两部相机之间的相对位置关系, 即两个相机的内方位元素、畸变参数、相机之间的相对位置关系和相对姿态。

检校的流程是, 首先在影像上选取控制点对应的标靶的像点坐标, 再导入控制点坐标, 最后平差获得双目系统内、外方位元素。

检校功能需要调用检校和标靶中心提取两个模块的功能, 同时涉及界面的操作。检校功能的实现是通过启动一个Task的方式, 激活Task, 则启动检校功能。各个部分结构的接口如图4:

c.测量, 完成双目系统的检校或者已知双目系统分的内、外方位元素之后, 则能够完成测量工作。测量的目标是量测拍摄的电力线之间或者是电力线和其他被交跨物体之间的距离, 完成输电线路交叉跨越测量工作。测量模块的主要功能是能准确测量电力线和物体点的坐标。具体的功能有电力线的精确定位和拟合, 核线的生成, 点的三维坐标的计算, 距离的量测。

其中选择目标点的过程有全手动和半自动两种方式。具体实现的过程也是通过一个Task的方式来实现, 每次只有启动测量Task后才能选点, 选点的方式是每次需要完成一对同名点选取之后才能自动计算该对点对应的物方点的坐标。距离的测量是在测量点完成之后可以计算任意两个之间的距离。

3 实验验证

为测试本系统的稳定性和可靠性, 进行了多次实验。其中双目立体部分采用竖直基线的数据采集设备, 开发完成了集数据采集、系统检校、数据测量一体的软件Power Measure。

该实验是通过计算机控制双目系统, 即使用笔记本控制两部相机。将两部相机和计算机连接起来, 保持相机开机状态。双目系统每次拆卸或者经过剧烈碰撞后都需要进行检校。

3.1 模拟数据测量实验

人工模拟电力线, 使用全站仪测量电力线上的标记点, 使用Power Measure测量电力线上对应的点。和全站仪测量的数据相比较, 双目系统测量的最小误差是0.000 34 m, 最大误差是0.025m, 中误差是0.015 m, 和距离的相对误差优于1/1 000。

3.2 真实数据测量实验

使用上述检校的相机使用进行外业测量, 测量地点为高铁线路附近, 使用全站仪测量电力线之间的距离。使用全站仪测量了电力线上对应的点的距离。

使用Power Measure软件测量电力线之间的距离, 测量的结果见表1:

本次实验测量距离50 m左右, 其中有最大误差0.103 m, 这是由于测量过程中有列车经过, 使得电力线产生晃动。结果可以看出精度接近1/1 000, 考虑列车经过使得电力线产生严重晃动对全站仪测量的影像, 本次实验精度合理。

3.3 测量距离变化对精度影响

为了做出较为准确与客观的双目系统距离量测精度评估, 并得到量测精度随量测距离的变化趋势, 故采用了布设室外实验场地, 利用先检校, 后测量的方式进行现场实验。测试场景如下图所示, 在不同平面和纵深方向共布设了四个标靶, 并且在不同的距离进行像对的获取, 然后用全站仪在独立坐标系下测得四个标靶的三维坐标, 作为计算实际距离的观测值。将全站仪观测数据计算出来的距离与双目系统的量测出来的距离进行比较, 可分析双目系统量测误差随量测距离的变化趋势。

使用双目系统测量的距离从45 m到150 m, 拍摄了八组数据, 分别测量了4对同名点, 使用PM分别计算13-22 (6-7) , 22-24 (7-10) , 13-24 (6-10) , 13-49 (6-12) 之间的距离, 如图8。和实际全站仪测量的数据进行比较。

测量精度与距离的关系如下图5所示, 其中横坐标为拍摄距离, 纵坐标为误差值。

上述结果可以看出随着距离的变化, 误差的总体趋势是递增, 当测距超过120 m后误差会急剧增大, 因此建议测量距离不要超过120 m。

4 结束语

通过对硬件系统的采用以及软件算法的改进, 采用基于双目系统的输电线路交叉跨越测量系统能便捷准确的进行输电线路交叉跨越测量工作:

1) 该系统能实现全自动和半自动同名点的选择, 能准确进行点的定位;

2) 该系统能自动计算不同点之间的距离、点与电力线以及电力线与电力线之间的最小距离, 减少了操作人员的工作量;

3) 该系统的测量测距达到50~100 m时, 测量精度能满足要求。

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输电线路振动测量技术 篇2

关键词：无线通信；采集控制器；时钟同步；中心主站；数据采集单元

中图分类号：TM933文献标识码：A

新建超、特高压输电线路投入运行前，为考核线路的绝缘性能，在线路首端对断路器进行分闸、合闸连续操作，以模拟系统的操作电磁暂态过程。试验过程中测量输电线路的电压、电流信号，以反映线路的绝缘状况＼[1-3＼]。

现有的测量系统通常由电容分压器、电流互感器、光电隔离器和录波仪等组成。为保证试验过程中测量人员人身安全，并给测量仪器进行供电，通常将光电隔离器、录波仪等设备布置于室内，通过电缆将变电站现场电容分压器低压侧电压信号、电流互感器二次侧电流信号与室内仪器相连＼[4＼]。该测量方法异常繁琐，部分大型变电站，电缆长度可达百米，现场布线工作量大，由于受变电站复杂电磁环境的影响，在电缆中可能感应出较高的过电压，影响测量系统安全运行的可靠性＼[5-8＼]。

目前，国内外很多研究者将无线测控技术应用于高压输变电设备的状态监测中，例如应用Zigbee，WiFi，Wimax，UWB，蓝牙等无线通信方法进行电能计量抄表、高压开关柜、变压器运行状态监测等＼[9-12＼]。上述方法各具优缺点和应用范围，例如：Zigbee适用于近距离、低速率、低成本的无线测控和状态监测。针对输电线路调试，电压电流信息采集点通常距离站控室较远（50～100 m），同时需承受变电站复杂电磁环境影响等，目前鲜有无线测控技术应用文献报道。

本文采用2。4 GHz频段高速无线网桥进行数据通信，设计了一套基于无线传输的输电线路调试测量系统。采用基于IEEE1588协议的高精度时钟同步模块以便于多节点数据的同步传输；将传输数据进行双通道异步处理，以提高数据传输速率。使用本文设计的测量系统，在江苏电网某500 kV变电站进行了性能测试，验证了测量方法的可行性。本系统避免了复杂的布线工作，保证测量系统的安全，大大减少试验工作量。

湖南大学学报（自然科学版）2015年

第10期孙秋芹等：基于无线传输的输电线路调试测量系统设计与实现

1测量系统总体结构

基于无线传输的输电线路调试测量系统结构如图1所示。

该测量系统由无线中心主站、无线电流采集传输节点、无线电压采集传输节点组成。其中，无线中心主站面对用户，负责控制采集传输节点和接收采集传输节点数据，同时进行数据存储、波形显示、数据分析、报表自动生成等；无线电压、无线电流采集传输节点与电容分压器、电流探头相连，采集相关数据并通过无线模块将数据实时上传到中心主站。测量过程中，无线电流和无线电压采集传输节点间使用基于IEEE1588协议的时钟同步模块进行时间同步。

图1基于无线传输的输电线路调试测量系统

Fig。1Measurement system for the testing of transmission

lines based on wireless communication

1。1电容分压系统

考虑到测量系统的带宽及测量方案的简易性，测量过程中，利用变电站电流互感器电容式套管和小型电容器共同构成电容分压系统，其结构示意图如图2所示＼[13＼]。电容分压系统等效电路如图3所示＼[4＼]。

图2电容分压系统结构示意图

Fig。2Schematic diagram of capacitive

voltage divider system

图3中，C1为电容式套管等效电容，C2为分压电容器电容，ui（t）为输电线路一次侧电压，uo（t）为分压电容器二次侧电压。

uo（t）ui（t）=C1C1+C2≈C1C2。（1）

为保证测量仪器和试验人员的安全，电容器输出电压信号幅值在100 V内。针对超高压电流互感器电容式套管，其电容量通常为纳法级，综合考虑，将分压电容器的值设为4 μF。

图3电容分压系统等效电路

Fig。3Equivalent circuit of capacitive

voltage divider system

1。2电流分流系统

本文采用霍尔电流传感器，将其安装于电流互感器二次侧，共同构成电流分流系统，其原理如图4所示。

图4霍尔电流传感器

Fig。4Hall current sensor

当原边导线经过电流传感器时，原边电流Ip产生磁力线，磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过电子电路将该微小的信号转变成副边电流Is，原边电流Ip与副边电流Is满足如下关系式：

Is×Ns= Ip×Np。（2）

式中：Np为原边线圈匝数；Ns为副边线圈匝数＼[14＼]。

2测量系统硬件设计

2。1无线电压、无线电流采集传输节点

无线电压与无线电流采集传输节点主要由A/D模块、无线通信模块、控制器模块和时钟同步模块等组成，其结构如图5所示。

图5采集传输节点结构

Fig。5Schematic diagram of acquisition

and transmission node

各模块结构如下所述。

1）A/D模块。无线电压、无线电流采集传输节点A/D模块均采用MAX125芯片，可以实现多路信号的同步采集。采样精度设置为16位，单通道的最高采样速率为250 ksps。无线电压、无线电流采集传输节点采用独立电源，以减少变电站电磁干扰。

2）无线通信模块。无线通信模块采用Karlnet2400系列无线网桥，通信频段为2。4 GHz，支持点对点和点对多点的网络通信。由于不采用电缆，可避免空间电磁耦合引入的传导干扰影响。此外，变电站干扰源主要可分为工频与谐波干扰源（50 Hz及其谐波）、少量的甚低频干扰源（30 kHz以下）、载频干扰源（10～300 kHz）、射频及视频干扰源（300 kHz）等。采用2。4 GHz通信频段，可远离工频、谐波、载频等干扰源。

中心主站无线通信模块提供一个10/100 Mb/s网络IP 接口，通过网线与服务器相连。无线电流、无线电压采集传输节点分别提供一个10/100 Mb/s网络IP接口，与采集控制器相连。无线网桥间实现相互通信。

3）采集控制器。采集控制器实现高精度数据采集、通过特定算法确定暂态触发事件、通过无线通信模块实时上传数据到中心主站，本地保存重要数据等。本测量系统采集控制器采用ARM与FPGA相结合的架构方式。其中，ARM系统采用Cortex A8处理器，负责与中心主站进行通信，管理数据的采集和传输，确定触发事件发生。FPGA控制A/D数据的采集、时间同步、时间戳标记。

FPGA获取A/D模块数据，通过时钟同步模块M50获得时钟同步信息，将时间戳标记到每帧数据的帧头，然后将数据放入ARM系统的内存中，由ARM中运行的采集控制软件系统处理，此后通过无线模块上传到中心主站。

4）时钟同步模块。时钟同步模块对采集的数据进行时间戳标记，以便于多节点数据在中心主站上的同步显示和分析。本测量系统采用基于IEEE1588协议的高精度时钟同步模块。上述协议中定义了4种消息Sync，Followup，DelayReq和DelayResp，用来测量前向（主时钟至从时钟）和后向（从时钟至主时钟）路径的通信延迟。消息Sync和Followup由主时钟设备发送，从时钟设备负责接收这些消息，并计算主时钟设备到从时钟设备的通信路径延迟，对应产生的同步精度在无线网络条件下可达微秒级。

时钟同步源采用GPS，由无线中心主站作为授时主钟，对各节点进行时钟同步。时钟同步模块提供精确的秒脉冲、TOD（Time of Day）以及10 MHz脉冲波，其硬件结构如图6所示。

图6M50时钟同步模块结构

Fig。6Schematic diagram of M50

clock synchronization module

2。2中心主站

无线中心主站由服务器和客户机组成，其中：服务器负责处理分布式采集节点的大数据，包括分布式数据接收、对齐、存储、转发等功能。客户机对服务器、采集节点进行设置，监控采集节点行为，显示和分析波形数据等。

本测量系统中服务器采用基于X86平台的工业便携式服务器主机，单核CPU频率为2 GHz，服务器配备无线通信模块负责中心主站与采集节点间的无线通信，采用Unix操作系统；客户机选用X86 PC机器，采用Windows 7操作系统。

3测量系统软件设计

测量系统软件主要包括采集控制器端软件系统与中心主站软件系统。其中，采集控制器端软件系统负责与中心主站通信，接收和执行中心主站命令，进行数据采集、数据本地保存、数据上传等工作。主站软件系统包括数据采集传输节点软件系统、数据接受处理中心软件系统等，进行数据的采集、传输、处理及波形显示与分析等。

3。1采集控制端软件系统

采集控制端软件系统结构如图7所示。

图7采集控制端软件系统结构

Fig。7Structure of acquisition controller

software system

采集控制端软件系统包括普通波形缓冲区与重要波形缓冲区两部分。其中，普通波形缓冲区实时向测量系统上传测量数据，每秒传输速率约为40 k；重要波形缓冲区本地保存测量数据，防止重要数据的丢失。本测量系统中，重要波形缓冲区设置保存10 s的试验数据（约400 k），在传输过程中丢失采样数据时，可在监控端向采集控制端发送命令以获取细节信息。

3。2中心主站软件系统

中心主站软件系统包括电压数据采集传输系统、电流数据采集传输系统、数据接受处理中心系统、波形显示和分析系统。

采集节点传输给中心主站的数据格式是每100 ms一帧的200 k采样格式数据。无线电压、电流采集节点上的数据采集程序运行在QNX上，通过Socket API发送数据包到中心主站。数据汇总程序运行在Web服务器上，网络连接采用Mina库。中心主站的控制是通过在浏览器上输入URL来进行在线配置。

1）数据采集传输节点设计。电压数据采集传输系统和电流数据采集传输系统由采集探头驱动层和数据传输层组成。 采集探头驱动层负责接收探头采集到的原始数据，按照探头特性和探头变比参数进行数据转换。

驱动层转换数据后，经由数据传输层将数据暂存到缓冲区中。为了避免接受缓冲区和发送缓冲区之间的同步延长时间，将接收和发送公用一个缓冲区。为了避免因接收和发送速率不同带来的缓冲区数据堆积，系统缓冲区采用生产者消费者队列模型，一边采集接收数据，一边发送数据。

2）数据处理中心设计。数据处理中心用于接收来自电压、电流数据采集传输系统的同步实时数据。考虑到200 k数据的传输对无线带宽的要求比较高，对传输数据进行压缩和异步处理。将原始的200 k数据分为两个通道进行发送，一个是实时通道，另一个是异步通道。实时通道将数据实时发送到处理中心节点用于动态波形显示；异步通道将数据在后台下载到数据中心中。数据采用压缩且哈希索引的方式进行存储。数据处理中心同步发送策略如图8所示。

图8数据处理中心同步发送策略

Fig。8Strategy of data sending of data processing center

4试验验证

为验证调试测量系统的性能，在江苏电网某500 kV变电站进行了性能测试。试验线路运行方式如图9所示。

图9试验线路运行方式示意图

Fig。9Operation mode of testing transmission lines

输电线路参数： R1=0。001 9 Ω/km，R0=0。167 5 Ω/km，L1=0。913 6 mH/km，L0=2。719 0 mH/km，C1=0。013 8 μF/km，C0=0。008 3 μF/km，输电线路长度为90 km。

试验过程中，西津渡变断路器S2处于分闸状态，对茅山变断路器S1进行分合闸操作，测量线路首端的电压和电流，试验现场电流互感器如图10所示。输电线路调试测量系统如图11所示。试验过程中测录的典型电压、电流波形分别如图12和图13所示。

图10电流互感器

Fig。10Current transformer

图11输电线路调试测量系统

Fig。11Measurement system for the

testing of transmission lines

t/s

图12输电线路电压

Fig。12Voltage of transmission lines

t/s

图13输电线路电流

Fig。13Current of transmission lines

该测量系统可满足变电站现场测试要求，由于采用2。4 GHz频段无线通信，测量过程受变电站电磁干扰影响小。

5结论

本文设计了一套基于无线传输的输电线路调试测量系统，由无线中心主站、无线电流采集传输节点、无线电压采集传输节点组成。利用互感器电容式套管和电容器组成无线电压采集传输节点，基于霍尔电流传感器和电流互感器组成无线电流采集传输节点。采用2。4 GHz频段高速无线网桥进行数据通信，避免了变电站电磁波的干扰影响。基于IEEE1588协议的时钟同步模块实现了多节点数据的时间同步；建立了新的数据同步发送策略，提高了数据传输的效率。本测量系统实现了数据存储、波形显示、数据分析和报表自动生成等功能。在江苏电网某500 kV变电站进行了性能测试，验证了测量系统的有效性。

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输电线路振动测量技术 篇3

1 三维激光雷达测量技术的工作流程

1) 有效获取原始飞行数据。三维雷达测距系统沿着线路走廊进行飞行, 将输电线路空间的位置数据进行实时记录。原始飞行数据主要包括激光扫描数据、惯性导航系统数据、激光反射强度信息、回波数据以及原始数码影像。

2) 航线重构。航线重构主要是拼接后期的航带, 并提供有效的数据支持作用。同时利用GPS联合差分解算, 可以将飞机飞行轨迹进行有效确定, 并保证着精确性。

3) 消除激光数据系统中的误差和异常。在获取激光原始数据后进行处理时, 必须将激光数据系统中的误差和异常进行有效消除。

4) 将激光点三维空间坐标进行有效计算。可以运用软件算法, 联合处理飞机GPS轨迹数据、激光测距数据等方面, 然后可以计算出各个测点的三维坐标数据。

5) 航带拼接。实施航带拼接, 可以增强线路重叠区域数据的精确性, 提高接边地物的连贯性。

6) 识别和拟合线路。在识别和拟合线路过程中, 需要提取部分线路, 这时可以利用软件滤波和分类算法方法, 并可以有效连接空间线路上存在的缺失部分。

7) 人工交互编辑。采用人工交互编辑, 主要是为了消除自动算法中失效的激光点, 同时也将没有正确分类的激光点以及没有正确滤掉的激光点进行消除。

8) 测量线路和地面的距离。在测量线路和地面距离时, 可以使用人工交互编辑和自动算法, 也可以将预警结果显示出来。

2 三维激光雷达测量技术在输电线路中的应用

1) 有效检测线路走廊危险物。在巡检线路时, 必须要严格检查导线到线路走廊各种地物的距离, 确保两者之间的距离符合安全距离。在测量线路走廊危险物距离时, 首先要将激光点进行分类, 主要是将地面、树木、房屋、交叉跨域等进行分类。分类出激光点, 能够将导线和绝缘子之间的挂线点准确找出, 在拟合导线弧垂时, 可以采用悬链线方程, 而每根悬链线需要对应一个导线。利用悬链线方法可以将线路到所有地物点非常容易量测和计算出来。当计算出距离没有符合安全要求时, 就会自动发出报警, 将图表输出, 主要是危险点平断面图等, 为工作人员的检修和维护工作提供科学依据。其次在检测线路到物点距离时, 要按照最高气温情况等天气, 而获得最大弧垂。在建立线路模式时, 需要将外界的温度、风速、温度、气压、日照强度以及线路的电流量等条件进行采用激光数据采集, 以构建良好的线路弧垂模型, 并将弧垂状态进行有效计算。

2) 精确测量电力线间。在恶劣天气情况下, 电线会出现舞动现象, 而使导线交叉和分裂, 导线的距离在发生改变后, 很容易导致线路短路引发放电现象。利用激光雷达进行线路之间的距离时, 即使线路带电, 激光雷达也不会接触线路, 从而各线路之间的距离精确测量出来。

3) 输电线路三维可视化管理。在测量和恢复线路三维走廊的地形、地物以及线路弧垂等内容时, 可以利用记载三维激光雷达测量系统。

在线路各条件利用激光雷达进行测量后, 并得到一些数据, 这时可以利用相关软件对数据进行处理, 以此形成数字高程模型DEM和数字正射影像DOM, 同时它们还具备着高精度的特点。在高精度的数字高程模型DEM和数字正射影像DOM下, 可以将线路走廊的地形和地貌等进行三维模型生成。同时线路下的地物也可以进行有效的三维建模, 比如杆塔和到校, 并且用激光点云将房屋、树木等物体进行描述, 提高了测量数据的精确程度, 降低了数据处理的复杂性。

4) 有效检测线路走廊地形地貌的变化。在输电线路的走廊范围内经常会出现塌陷、位移等现象, 这些危害现象的出现主要是由于走廊处的地质发生改变, 或是由于风化、工程施工等因素的影响, 对输电线路造成严重的影响。三维激光雷达技术具备着高分辨率影像以及激光点云, 线路走廊地形在出现变化后, 利用三维激光雷达技术可以准确、直观的将地形地貌的变化显示出来。这时相关维修部门和管理部门就可以及时了解和掌握情况, 制定科学有效的解决方案, 保证输电线路的安全运行。

5) 全面分析输电线路的增容。利用三维激光雷达技术, 能够将线路走廊的地形地物三维空间进行有效扫描和恢复, 同时可以选用计算机, 将线路荷载后的弧垂进行有效的模拟, 并合理检测线路弧垂和地面的安全距离, 这在很大程度上为线路载流容量提供科学依据, 提高了线路载流容量的安全性。

6) 评估和管理树木砍伐。在建设电力线路时, 穿过林地中, 就需要将线路穿过林地的面积、高度、体积进行有效的管理和评估, 同时也要将建设成本进行评估。电力线路在建设完成后, 要对线路通过的树木空间信息进行分析和计算, 空间信息主要包括林地树种的年自然生长率, 这时就可以将树木的最佳剪伐量进行有效计算。利用三维激光雷达技术, 通过激光点云, 可以将树林空间的结构信息进行全面获取, 将树木的高度和树冠等几何特征计算出来。另外为了获得树林的覆盖率, 利用三维激光雷达技术可以将突变线信息和光谱信息将覆盖率计计算出来。并且也可以有效的将树木高度、面积、体积以及规格进行识别和计算, 为线路的勘测进行自动化估算, 保证了输电线路的安全运行。

3 总结

在输电线路建设中, 为了保证线路的安全运行, 满足电力需求。必须要加强影响输电线路运行和维护因素的测量和管理水平, 使用三维激光雷达技术, 可以有效提高测量和管理水平, 提高了输电线路运行的安全性。

摘要：输电线路的运行和维护过程中, 为了满足社会整体需求, 应提高输电线路运行和维护的安全性。而人工操作方式无法进一步提高输电线路的安全性。随着科学技术的快速发展, 三维激光雷达测量技术得到很好的发展。在输电线路中利用三维激光雷达测量技术, 能够有效检测输电线路的走廊危险地物, 精确测量电力线间的距离, 合理管理输电线路, 并可以实现三维可视化目的。另外输电线路走廊地形地貌在发生变化后, 利用三维激光雷达测量技术可以有效全面检测出来, 能够大幅提高输电线路运行和维护的安全性。因此, 本文主要研究三维激光雷达测量技术在输电线路中的应用, 促进输电线路运行水平。

关键词：输电线路,三维激光雷达测量技术,应用研究

参考文献

[1]阳锋, 徐祖舰.三维激光雷达技术在输电线路运行与维护的应用[J].南方电网技术, 2009, 38 (02) :156-158.

[2]阮羚, 姚尧, 周青, 周平.基于轻小型三维激光雷达技术的输电线路走廊参数采集研究[J].测绘技术装备, 2011, 37 (14) :113-115.

[3]杨晓冬.三维激光雷达技术在输电线路优化设计中的应用[J].遥感应用, 2007, 35 (02) :119-121.

[4]张险峰, 陈功, 龙维, 等.激光雷达直升机巡线技术的现状与应用前景[J].电力建设, 2008, 36 (29) :813-815.

输电线路振动测量技术 篇4

1 绝缘子污秽测量的相关要求

随着防污工作的深入开展及IEC有关标准的公布, 对污秽度测量也提出了更高的要求。制定本要求的目的在于统一测量标准, 规范测量方法, 使饱和盐密测量工作正规化、标准化。其参考标准:

(1) IEC 60815-1:2002《污秽条件下高压绝缘子的选择和尺寸确定第1部分:定义、信息和一般原则》;

(2) GB/T XXXX.1-200X《污秽条件下高压绝缘子的选择和尺寸确定第1部分:定义、信息和一般原则》。

2 绝缘子饱和盐密测量方法

2.1 取样要求

为保证测量结果的准确、可靠, 在拆取绝缘子及运输、测试等过程中, 应尽量保持绝缘子表面污秽的完整性。为此, 对拆取的绝缘子, 要装入特制的木箱或塑料袋内运输和保管并应及时进行测量。

2.2 测量

(1) 测量污秽度的必要设备:

(1) 测量ESDD (等值附盐密度, 简称盐密) 的设备如下:蒸馏水或去离子水、量筒、医用手套、胶带、带标签的容器、洗涤盆、海棉、刷子、脱脂棉。

(2) 测量NSDD (不溶物密度, 简称灰密) 的设备如下:电导率仪、盐量表、水银温度计、定量滤纸 (ф﹥180mm中速) 、漏斗 (d﹥15mm) 、干燥器、干燥箱、天平 (精度0.01%mg) 。

(2) 测量ESDD和NSDD的污秽收集方法。收集方法分为擦拭法和清洗法2种。为避免失去污秽, 应不接触绝缘子的绝缘体表面;带清洁的医用手套。测量之前, 容器、量筒等应清洗干净, 以保证无任何电解质。

(1) 擦拭法的程序:将100~300ml (用水量可以超过300ml) 的蒸馏水倒入有标签的容器中, 并将海棉浸入水中 (可以使用其它工具, 如刷子或吸水棉) , 浸有海棉的水的电导率应小于0.001S/m;分别从支柱绝缘子伞裙或盘形悬式绝缘子的绝缘体的上下表面用海棉擦洗污秽物;带有污秽物的海棉应放回容器, 通过摇摆和挤压使污秽物溶于水中;重复擦洗直至绝缘子的绝缘体表面无残留的污秽物。在几次擦洗后如果还有污秽物, 应用刮具将其刮下并放入含有污秽物的水中;应注意不要损失水, 即收集污秽物前后水的重量不能有大的变化。

(2) 清洗法的程序:清洗的盆要保证伞盘能放入其中;量出500~1000ml (用水量可以超过1000ml) 的蒸馏水 (小于0.001S/m) 倒入盆中;将测量绝缘子的钢帽放入水中, 用手慢慢清洗无棱的表面直到边缘;从盆中取出绝缘子轻轻抖动, 使绝缘子上带的水完全滴入盆中, 并将水倒入有标签的容器中, 确保盆中无任何沉积物;冲洗清洗盆;量出500~1000ml的蒸馏水 (小于0.001S/m) 倒入盆中;将上述绝缘子的钢帽朝上放入盆中, 用手慢慢清洗下表面的污秽物;将第二次的水再仔细倒入有标签容器中, 盆中不留沉淀物。

2.3 ESDD和NSDD的确定

(1) ESDD的计算。应测量含有污秽物水的电导率和温度, 该测量应在充分搅拌水之后进行。对于高溶解度的污秽物, 搅拌的时间可短些, 如几分钟;对于低溶解度的污秽物, 一般需要较长的搅拌时间, 如30~40分钟。

应按公式 (1) 进行电导率的校正

式中:θ——溶液温度, ℃;

σθ——在温度θ℃下的体积电导率, S/m;

σ20——在温度20℃下的体积电导率, S/m;

b———取决于温度θ的因数, 可按公式 (2) 计算, 其关系曲线见图1。

式中:σ20——在温度20℃下的体积电导率, S/m;

ESDD——等值盐密, mg/cm2;

V——蒸馏水的体积, cm3;

A——绝缘子的绝缘体表面面积, cm2。

绝缘子表面的ESDD应按公式 (3) 和公式 (4) 计算, σ20和sa的关系见图2。

如果分开测量绝缘子上下表面的ESDD, 其平均值可按5式计算 (也可用于NSDD平均值计算) :

式中:ESDDt——绝缘子上表面的ESDD, mg/cm2;

ESDDb——绝缘子下表面的ESDD, mg/cm2;

At——绝缘子上表面的面积, cm2;

Ab——绝缘子下表面的面积, cm2;

A——绝缘子上下表面总面积, cm2。

(2) NSDD的计算。首先对过滤纸 (1.6μm级或更小) 称重, 然后对测量了ESDD之后的污秽水使用漏斗过滤, 再将过滤纸和残渣一起烘干, 最后称其重量。

NSDD应按式 (6) 计算:

式中:NSDD——非溶性沉积物密度, mg/cm2;

Wf——在干燥条件下含污秽过滤纸的重量, g;

Wi——在干燥条件下过滤纸自身的重量, g;

A——绝缘子表面面积, cm2。

2.4 ESDD/NSDD换算

测量其他型式绝缘子的ESDD/NSDD, 应将其ESDD NSDD值乘以不带电积污系数K2换算成参照绝缘子的ESDD/NSDD值, 作为电力系统污区分布图中现场污秽度测量图中的ESDD/NSDD值。交流不带电测量的值乘以1.1~1.3的带电积污系数K1, (K1为带电积污系数, K2为不带电积污系数, 计标公式略) , 可等效为带电时测得的值。

2.5 污秽的化学分析

具有相同的盐密但被不同物质污染的绝缘子的污闪电压有一定的差异。几种常见的一价盐 (如:KNO3、NH4NO3、Na NO3等) 和Na Cl在相同的等值盐密下, 它们的污闪电压比较接近;其余的二价盐 (如:Zn SO4、Zn (NO3) 2、Mg SO4、Mg Cl2) 在等值盐密为0.05~0.1mg/cm2下, 污闪电压一般比Na Cl高10~20%。这主要是由于污秽沉积物吸湿特性与导电性能的差异所引起的。为了解污秽物的化学成份, 应对污秽物进行定量的化学分析。可溶性盐的化学分析可用ESDD测量后的溶液, 采用离子交换色谱仪 (IC) 、感应耦合等离子体光发射光谱分析仪等进行。分析结果可显示正离子 (如Na、Ca2、K、Mg2) 和负离子 (如CI、SO4、HO3) 。

(1) 绝缘子自清洗率测量方法。

(1) 为在较短时间内获得所在地区的饱和盐密, 可利用饱和盐密与平均年最大盐密 (一般可取3年平均值) 的关系来估算求得。从统计角度看, 绝缘子平均年度最大积污量和绝缘子年自清洗能力均可视为常数。饱和盐密是平均年度最大盐密对年自清洗率之比。因此在有常年盐密监测的地区, 可通过1~2年的绝缘子自清洗率的测量值计算饱和盐密。而绝缘子年自清洗率可通过雨季后绝缘子表面残留盐密 (绝缘子表面盐密最轻时, 即每年雨季后测量) 获得。测试点应兼顾不同污秽等级和不同污染类型。应遵循的原则和测试方法与上述盐密监测点绝缘子饱和盐密的测量相同, 只是要注意测量时间应在雨季后, 一般北方地区选择在8月末或9月初进行。

(2) 饱和盐密计算:

Sb=S1/ (1-C)

式中:Sb——绝缘子饱和盐密;

S1——绝缘子平均年度最大盐密;

C——绝缘子表面年度盐密残余率;

(1-C) ——绝缘子自清洗率。

(3) 计算举例。

某供电公司最近连续3年测得年度盐密值 (积污期为1年) 分别为0.063mg/cm2、0.082mg/cm2、0.075mg/cm2, 雨季后测得盐密值为0.028mg/cm2, 绝缘子的饱和盐密计算如下:

那么, 绝缘子的饱和盐密为:

Sb=S1/ (1-C) =0.073/61.7%=0.118 (mg/cm2)

这个数值相当于年度盐密值的0.118/0.073=1.62倍

3 绝缘子盐密度与灰密的关系

在盐密度ρESDD一定的情况下, 染污绝缘子串污闪电压Uf随着灰密度ρNSDD的增加而不断减小的原因是:污层中的不溶污物虽本身不导电, 但它保持的水份却可以溶解电解质, 增大导电率。同时随着附着在绝缘子表面的不溶物的增加, 绝缘子表面所吸收的水分就越多, 形成了更厚的水膜, 降低染污绝缘子表面电阻, 导致泄漏电流增大。

通过大量数据分析结果表明, 染污绝缘子串污闪电压Uf与盐密度ρESDD、灰密度ρNSDD之间呈三维曲面关系, 随着ρESDD和ρNSDD的增加, Uf逐渐下降;在ρESDD、ρNSDD较小时Uf下降较快, 随着ρESDD和ρNSDD的增加, Uf下降趋势变缓, 这与分别考虑ρESDD及ρNSDD作用时, 对Uf的影响是类似的。

总体来看灰密度和盐密度均对绝缘子污闪电压有影响。以XP-160瓷绝缘子为例, 灰密影响特征指数为0.14, 盐密影响特征指数为0.24, 盐密影响是灰密影响的1.71倍, 即盐密影响大于灰密影响。

4 结束语

输电线路振动测量技术 篇5

近年来, 随着电力规模日渐扩大, 架空输电线路与日俱增, 电力输送容量、距离迅速增加, 线路运行安全受到了越来越多的关注。高压架空线路在运行过程中, 在雷电、雨雪影响下, 较易出现各类事故, 其中最为突出的就是微风振动, 其发生频次较高, 对输电线路运行构成极大损伤, 严重情况下还会影响电力高效输送。为了避免微风振动继续对架空输电线路产生危害, 加强对线路防振设计的研究至关重要。

1 微风振动形成机理

微风振动, 是指一种发生在架空导线、地线及光缆的涡流回流现象。该现象形成的基本原理是稳定的层流风垂直吹过圆柱形物体时, 对物体表面产生的影响, 使得物体背风侧产生气流旋涡和交替的冲击力, 从而形成正谐周期性运动, 图1是微风振动原理图。一般来说, 微风是指1~3级风, 当出现微风振动时, 将会产生卡尔曼和同步效应, 其中前者是风作用于导线后, 在导线背后产生的旋涡, 而后者是在卡尔曼效应基础之上, 导线振动频率、旋涡频率保持在某一频率后形成的现象。

2 微风振动主要影响因素分析

影响微风振动的因素很多, 我们通过对影响因素的分析, 能够为后续防振设计提供支持, 提高防振效果。

2.1 风速与风向

风作用于电线上, 在风能影响下, 势必会出现振动现象。一般来说, 风速较小时, 输入的能量无法克服线路系统的阻力, 使得线路振动风速具有限值, 限值为0.5 m/s。当风速较大时, 其均匀性增加到一定程度, 由于卡门旋涡稳定性受到了影响, 使得线路振动减弱, 甚至停止, 振动风速将达到上限, 通常为4 m/s~6 m/s[1]。如针对某线路在“百里风区”的300基杆塔发生断股情况, 多达40多处, 而两侧的500基杆塔则发生了250多处, 发生几率在6倍左右。此外, 风向也会引发微风振动现象。如当风向与电线轴线夹角在45°~90°之间时, 较易引发振动。而在30°~45°之前时, 较前一个角度更具稳定性, 在30°以内不会发生振动。

2.2 地形地物

上述因素是导致线路振动的必要条件。当线路通过开阔平原时, 其地面粗糙度较小, 不会对空气气流产生过多干扰, 使得线路能够维持稳定的振动。反之, 如果地面起伏交错, 或者存在高低建筑, 会在很大程度上增加地面粗糙度, 进而破坏了气流均匀性。

2.3 架空线结构及材料

现有高压架空线路多为圆形截面柱体, 气流在其背面形成卡门旋涡, 引发振动。如果架空线路的表面采用三股线制成的绞线, 将会破坏卡门旋涡的稳定频率。架空线路材料具有固定的疲劳极限, 如高强度钢丝, 其疲劳期限为破坏强度的28%, 而特高强度钢丝而24%, 因此选择合理的材料非常重要[2]。如我国以往架空输电线路主要采用的是铜芯铝绞线导线以及钢绞线、避雷线, 在实际应用中常常出现断股现象。

2.4 档距长度及悬挂高度

风对线路产生的能量及挡距成正比关系, 通常来说, 档距越大, 风能输入能量也越大。不仅如此, 档距的增加, 使得悬挂高度也随之增大, 从而影响振动风速范围。基于此, 架空线振动几率、频率等都会受到影响, 具体如表1。线路微风振动还会受到导向应力等其他因素的影响。

3 防范架空输电线路微风振动的设计

结合上述架空输电线路微风振动产生的因素, 防范微风振动的设计可以从以下几个方面入手:

3.1 防振技术

对于防振技术来说, 在路径选择时, 应避免线路方向与风向夹角较大的位置, 加大对风向的观察力度, 将夹角控制在30°以内。同时, 在微风振动较为严重的区域, 应尽量缩小档距、且避免使用高塔。根据线路架设地区具体情况, 选择符合该区域的线路, 合理协调耐振次数与线路疲劳极限之间的关系, 从而最大限度上延长线路运行寿命[3]。针对大跨径档距的设计, 架空输电线路一般会跨越江河、湖泊及海峡, 因此导线选型及杆塔的设计, 要充分考虑各方面的特殊性, 根据实际情况进行针对性设计, 如采用阻尼线、防振锤等进行联合防振设计, 将各类防振工具有机整合到一起, 以此来提升防振效果。阻尼线路并非一般工厂能够制造的产品, 而是根据线路设计条件及特点进行一项安装制造设计, 对于微风防振效果更佳。

3.2 安装在线监测设备

现代技术不断发展为架空输电线路微风振动监测提供了极大的支持。在线监测设备是由监测仪、气象观测等构成, 能够将采集的数据通过无线传感器传输到控制中心, 进行数字化处理和分析后预测线路可能受到的危害, 并为维护人员提供依据, 采取相应的防振措施, 从而避免线路微风振动现象的产生[4]。在具体安装过程中, 为了最大限度上提高设备运行有效性, 实现对振动现象的监测, 应结合振动发生机理、当地气候、线路等特点进行设计。如将设备安装在以往断股情况较为严重的位置, 加强对薄弱环节的监测力度, 从而提高线路运行有效性。

3.3 防振措施

在整个档距中, 无论是架空线路以何种波长、频率振动, 都会对两端固定点位置的线路造成的损伤最大。究其根本是线夹位置是一个节点, 其角度位移较其他位置更大。另外, 线夹转动灵活性较差, 基本是一个死点, 导致振动产生的大量能耗都停留在此处[5]。因此常用的防振措施是重视对线夹出口位置进行防振, 以此来缓解应力。此外, 还可以安装护线条, 以此来避免防止和减少振动的危害。由于护线条是采用高强度、弹性好的铝合金制作而成, 在实际应用中, 能够提高线夹转动灵活性, 改善线夹的振动性能。

4 结论

高压架空输电线路是电力系统运行的一部分, 其安全、可靠运行与供电服务质量等存在非常密切的联系。但随着电力规模日渐扩张, 输电线路运行受到了风雨、雷电等因素的影响, 极易出现微风振动现象, 影响电力系统稳定、有序运行。因此在架空输电线路设计中, 应重视对微风现象的防范, 加强对相关影响因素的分析, 坚持科学合理原则, 选择合适的防范措施, 如引入在线监测设备, 安装防线条等设施, 以此来缓解微风振动对线路产生的损害, 最大限度上提高架空线路运行可靠性, 从而促进我国电力产业持续健康发展。

参考文献

[1]周海滨, 董明, 余建国, 等.基于振动频谱机理的架空输电线路张力检测方法[J].华东电力, 2012 (3) :412-417.

[2]周海滨, 董明, 任重, 等.振动频谱法在架空输电线路张力检测中的应用[J].电网与清洁能源, 2012 (4) :12-18.

[3]蒲奥.探讨输电线路微风振动数据分析与工程应用[J].低碳世界, 2013 (12) :43-45.

[4]侯景鹏, 吴兴宏, 孙自堂.防振锤-输电线体系微风振动的研究与进展[J].合肥工业大学学报 (自然科学版) , 2011 (5) :743-747.

架空输电线路接地电阻测量研究 篇6

在目前的架空输电线路接地电阻的测量中, 通常采用的是交流电, 使用ZC-8型接地电阻测量仪进行测量。

当电流经过接地体流入大地时, 接地体两端的电压U和电流的比值就是接地电阻的值。接地体不一定完全规则的, 这里为了计算简单, 不妨假设接地体为半球形, 则与球心距离为的球面上的电流密度:

其中:为流经接地体的电流大小;为球面到球心的距离;J为与球心距离为的球面上的电流密度。

2 测量误差

2.1 土壤分布不均匀

一般电位降法更为常用, 就是让电位极从接地体处开始向外移动, 记录下每一处的阻抗值, 然后画出随电位极间距变化的曲线。由于电压极的电势0点等诸多指标受土壤情况的变化的影响, 因此, 土壤分布不均会对这种方法的测量结果产生影响, 会增大测量误差。

2.1.1 电压极的位置与土壤结构的影响

2.1.2 土壤横向分层的影响

2.1.3 土壤纵向分层的影响

2.2 设备精度和偶然因素

测量设备的精度过低会导致接地电阻的测量值与真实值偏差较大, 为了尽量减小误差, 在测量时应尽量选用精度较高的测量设备, 测量前对设备进行校准。测量时外界的干扰也是使测量值与真实值之间偏差增大的因素之一, 因此, 要采用多次测量求平均值的方法来降低偶然因素对测量误差的影响。

2.3 土壤湿度

接地电阻的测量值规定为土壤干燥条件下所测得的值, 而土壤湿度受季节、气候、地形等自然因素的影响, 不同土壤湿度下的测量值会有所不同, 这样土壤湿度就会增大测量误差。因此, 在得出最终的测量值时, 要根据土壤湿度来进行校正。

3 改进方案

3.1 采用intelli GMS智能接地电阻测量系统

intelli GMS系统由变频接地电阻测量系统和分析软件两部分组成, 它能自动排除干扰并分析接地电阻的真实值, 能有效地减小上述因素产生的测量误差。该系统结合了计算机技术, 在实际的测量工作中, 大大减小了工作量, 提高了工作效率和精确度。

3.2 减小零序电流的干扰

3.3 防止引线互感

在测量中, 如果两根引线距离过小, 就会发生互感, 产生的互感电流就会会测量产生干扰。所以在布线时通常采取以下方法: (1) 用一根架空线作为电流线, 电压线直接布置在地面, 距离5~10米; (2) 用三角形法布置电极, 这样布置电压线和电流线之间的距离比较大, 产生的互感非常微弱, 可以忽略其影响; (3) 采用“四级法”进行测量。

4 总结

对于架空输电线路来说, 科学合理的设置接地电阻的阻值直接影响着线路防雷水平和雷击跳闸率的高低。因此在实际的测量工作中, 要尽力减小或消除误差, 在测量时可以采用智能接地电阻测量系统intelli GMS、并采取减小零序电流的干扰、防止引线互感等措施来进行测量, 这些都是行之有效的方法。

摘要：传统的架空输电线路接地电阻在实际的测量工作中, 由于存在比较大的离散性和不准确性, 因此直接影响着线路的防雷水平和雷击跳闸率的高低。针对上述问题, 介绍架空输电线路接地电阻的测量方法以及测量误差产生的原因, 从多个方面对接地电阻的测量技术进行分析研究, 并针对减小测量误差、提高测量效率提出了相关改进措施。

关键词：架空输电线路,接地电阻,测量方法

参考文献

[1]尹创荣.东莞电网输电线路防雷运行分析及对策[J].广东电力, 2010 (4) .

[2]何宏明, 樊灵孟, 钟定珠, 等.分层土壤状况下地网接地电阻测量误差分析[J].广东电力, 2003 (1) .

输电线路振动测量技术 篇7

关键词：输电线路,测量,计算

0前言

架空输电线路导线对地面、建筑物、树木、铁路、河流、管道、索道及各种架空线路的距离,应根据专线运行温度40℃情况或覆冰无风情况求得最大弧垂计算垂直距离,根据最大风偏或覆冰情况求得最大风偏进行风偏校验[1],而在实际输电线路运行管控过程中,最小距离测量却十分困难。长期以来,隐蔽地区送电线路边线、风偏测量需采用全站仪、RTK等测量技术[2,3,4,5],由于根据原则推导得到架空线悬垂函数是悬链线型的[6],导线上距障碍物最小距离位置点难以确定,全站仪无法直接测量;RTK设备因过于昂贵、操作使用技术要求高,不利于推广使用。本文提出一种测量与计算相结合方式,可有效解决上述问题,同时最终结果误差小,工作效率高。

1 模型建立及原理

根据输电线路、障碍物及观测仪器位置关系,研究建立一种空间模型,先获取导线在水平面投影位置,然后再利用三角函数关系推导计算出在水平面内导线与障碍物的最小水平距离,并确定对应最小水平距离导线投影点位置,最终通过测量仪器直接观测和计算得到导线与障碍物最小距离。如图1所示。

2 计算公式推导

为便于观测计算,将测量位置空间模型转化为水平面投影和顺线路方向竖直投影。

在测量位置水平面投影内,通过在输电线路导线正下方选取A、B两点用于确定导线在水平位置,通过计算可得出障碍物D点与导线在水平面最小垂直距离和对应位置E点,并计算出障碍物D点与最小距离位置E点水平距离,如图2所示。

由于目前无此类计算公式,自主推导相关公式如下:

1)观测仪与导线在水平面的垂直距离:

2)观测点导线垂直方向与选点A在水平面夹角∠AOH:

3)障碍物与导线在水平面内的垂直距离:

4)导线与障碍物最近点E与观测点O、测点A夹角∠AOE在水平面夹角:

5)OE两点在水平面的距离:

在测量位置顺线路竖直面投影内,根据导线最小距离E点与观测仪夹角关系进行观测,获取最小距离E点与障碍物D点高差,最终计算可得到导线距障碍物最小距离DE,如图3所示。

自主推导计算公式如下:

6)DE两点垂直距离:

7)DE两点最小距离:

3 计算程序编写

鉴于目前移动终端(如平板电脑、智能手机等)便携性好,可直接打开EXCLE应用程序。设计采用EXCEL应用程序对推导公式进行编辑,完成程序设计,并内置于移动终端,录入现场测量数据,即可实现最小距离自动计算。在界面设计上,设计的EXCEL应用程序对输入参数和计算结果进行分块显示,将需测量数据作为输入信息界面,在后台实现角度换算和即时显示。同时,为避免输入信息不全与输入数据超出范围,采用判断语句输入信息提示,以确保计算效率。

4 测量与计算实施

在输电线路最小距离测量过程中,可采用经纬仪或全站仪进行测量,整个计算由Excel电子表格完成。测量现场由两名工作人员互相配合,一名运行人员负责仪器观测操作与输入测量数据,一名运行人员负责选点放置塔尺或棱镜。实施步骤如图4所示。

在实际操作过程中,选取以全站仪观测10组测量数据,考虑在同种设备情况下,全站仪测量误差可忽略不计,精度分析以多次测量最小距离作为基准,分别将估算计算、测量计算相结合两种方式与多次测量的最小距离进行对比分析,其偏差计算公式为δ=Δ/L×100%(式中,Δ为估算计算或测量计算结合与测量计算的最小距离差值,L为多次测量最小距离值),如图5所示,其估测计算最大偏差为6.58%,测量计算相结合最大偏差为0.33%,后者精度远高于前者。同时,由于通过计算确定了导线上最小距离位置点,解决了过去人员多次测量判断导线最近点问题,且整个计算过程是在EXCLE应用程序自动完成,提高了工作效率。

5 结束语

本文通过研究一种测量与计算相结合的作业方法,简化测量了步骤,将复杂烦琐的计算交由计算设备完成,并以计算数据指导定点测量,准确获取观测点测量数据,消除了传统估算中存在的误差,提高了测量精度和计算效率。此种作业方式具有操作步骤简单、计算效率高、实用性好的优点,易于在输电线路线外最小距离测量中推广使用。

参考文献

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[3]徐宝儒.测高器在送电线路隐蔽地区边线与风偏测量中的应用[J].电力勘测设计,2011(4):15~17.

[4]程登峰,张帆,潘建平输电线路交叉跨越测量新技术[J].云南电力技术,2014,42(1):74~77

[5]杨永平,兰孝奇.架空送电线路交叉跨越测量方法探讨[J].地矿测绘,2009,25(2):26~28

输电线路振动测量技术 篇8

关键词：GPS,T型输电线路,零序阻抗,带电测量

0 引言

随着电力系统规模的发展,发电厂(变电站)出线增多,T接线输电线路越来越多[1,2]。T型输电线路的零序阻抗会影响到线路故障状态,特别是影响零序电流的大小,对零序电流保护的影响极大[3,4]。由于T型线路的零序阻抗受到很多因素的影响,如线路走向、零序电流流经区域的接地电阻率等。理论计算值无法满足继电保护整定值计算的精度要求,若采用计算值作为整定计算的依据,会使保护在系统故障时产生拒动或误动,这直接威胁到系统的安全与稳定运行。因此继电保护整定的规定指出:架空线路和电缆的零序阻抗、其他对继电保护影响较大的参数应使用实测值。

传统的确定输电线路零序参数的方法有公式计算法[5]和停电测量法[6];由于计算公式中涉及到大地电阻率等不确切参数,因此公式计算结果是不准确的。停电测量法测量T型线路参数的方法要求被测线路停电,要对T型线路停电进行测量经常是不可能的。因此,寻求一种新的T型线路参数带电测量方法,开发相应的测试系统,不仅具有重要的理论价值,而且具有很大的经济与社会效益。本文提出了一种T型线路零序阻抗参数带电测量方法,研制了基于GPS的T型输电线路零序阻抗参数带电测量装置,可实现T型输电线路带电运行时零序阻抗参数的准确测量。

1 带电测量数学模型与测量方法

1.1 数学模型

T型输电线路模型如图1所示。其中,rn为第n条支路的电阻,Ln为第n条支路的电感,其中n=1,2,3,i1,i2,i3分别为各支路零序电流瞬时值,u1,u2,u3分别为各支路端点处的零序电压瞬时值,uT是T触点处的零序电压瞬时值。

由图1可列写出T型输电线路微分方程组如下:

用[in(k+1)-in(k-1)]/2Ts代替微分方程组

中的导数项;其中:n=1,2,3。将微分方程组(1)写成离散形式:

其中:ni(k-1)、in(k)为零序电流注入后的电流信号相邻两个采样时刻零序电流的瞬时采样值;un(k-1)、u n(k)为零序电流注入后电压信号相邻两个采样时刻零序电压的瞬时采样值;Ts为采样周期。

1.2 带电测量方式

带电测量时,T型输电线路的运行方式如表1所示。

1.3 微分方程组求解

对于微分方程组(2),按表1中任一种运行方式产生采样测量数据,任取3个相邻的采样点k-1、k、k+1对应的零序电压和零序电流采样值,得到2个独立方程;另取3个相邻的采样点k、k+1、k+2对应的零序电压和零序电流采样值,再得到2个独立方程;每种独立的测量方式可得到4个独立方程;再按表1中其它任何一种或一种以上的运行方式产生采样数据,得到4个或4个以上的独立方程;这样至少得到8个独立的方程,采用最小二乘法,解出6个未知的零序参数:r1,L1,r2,L2,r3,L3。

用最小二乘法求解,得

式(3)中:

式(3)中,电流和电压瞬时采样值的上标p为独立的测量次数,2≤p≤3,下标为支路编号;k为采样点数;Ts为采样周期。

2 测量步骤

T型输电线路零序阻抗参数带电测量方法,包括以下步骤:

(1)通过T型线路上的继电保护装置断开带电运行的T型线路的任一支路的单相开关,造成缺相运行,由负荷电流供给测量用的零序电流,0.5~1 s后,再通过T型线路上的自动重合闸装置恢复线路正常运行的方法,来产生供带电测量用的零序大电流[7]。带电测量时,T型输电线路的运行方式如表1所示。

(2)利用全球卫星定位系统的授时功能获得误差小于1μs的时间基准,在全球卫星定位系统时间同步下,同时采集零序电流注入前后各支路的零序电流瞬时值和各支路端点处的零序电压瞬时值,并以文件的方式存入采集装置中。

(3)在测量完成后,利用网络将各测量点的数据汇总到中心计算机中。中心计算机在得到T型输电线路的零序电流和零序电压采样数据后,采用微分方程法[8,9]来计算T型输电线路的零序阻抗参数。

3 测量系统硬件构成

T型输电线路零序阻抗参数带电测量系统[9],由GPS天线与OEM板、信号输入接线端子、信号变送器、嵌入式DSP同步数据采集卡、开出量卡、继电器输出接口、嵌入式PC卡、电源卡、电源信号总线底板、液晶显示器、硬盘、键盘、鼠标和机箱构成。

带电测量系统硬件构成如图2所示。

4 数字仿真结果

为检验本文所提带电测量方法的正确性,进行了数字仿真计算。仿真的T接线线路的零序阻抗参数如表2所示。

数据采样率为80点/周波的仿真计算结果如表3所示。从表3的仿真结果可以看出,本文提出的带电测量方法原理正确,测量结果准确,具有工程应用价值。

5 结论

本文提出的T型接线输电线路零序阻抗参数带电测量方法以及研制的带电测量系统,经过数字仿真试验,证明是正确可行的,测量结果完全满足工程要求。该方法及测量系统除了可用于T接线输电线路零序参数的带电测量外,也同样适用于T接线输电线路完全停电时的零序参数测量。

参考文献

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