輸電線路專(zhuān)用測(cè)距儀的研制與應(yīng)用

趙俊杰　梁加凱　何德華　蔣興森　管祥宇

摘 要：跳線馳度與防振錘安裝距離的測(cè)量是輸電線路桿塔驗(yàn)收作業(yè)中必不可少的項(xiàng)目?，F(xiàn)有的塔上測(cè)量方法，需兩人配合進(jìn)行，測(cè)量過(guò)程受風(fēng)吹、陽(yáng)光等天氣影響，存在測(cè)量耗時(shí)長(zhǎng)、測(cè)量精度低等不足。本文基于激光測(cè)距原理，設(shè)計(jì)了一種桿塔專(zhuān)用測(cè)距儀，可在塔上遠(yuǎn)距離、非接觸測(cè)量跳線馳度與防振錘安裝距離?，F(xiàn)場(chǎng)試用表明，該儀器具有測(cè)量便捷快速、精度高等優(yōu)點(diǎn)，效果顯著，推廣應(yīng)用前景良好。

關(guān)鍵詞：輸電線路；跳線馳度；防振錘安裝距離；激光測(cè)距

1 前言

輸電線路桿塔作為一種特殊的建筑物，承擔(dān)著支承導(dǎo)線和地線，并使導(dǎo)線與導(dǎo)線之間，導(dǎo)線和架空地線之間，導(dǎo)線與桿塔之間，以及導(dǎo)線對(duì)大地和交叉跨越物之間有足夠的安全距離的作用，良好的桿塔設(shè)計(jì)與施工將決定線路運(yùn)行和維護(hù)的難易程度。因此，輸電線路桿塔在正式投入使用時(shí)需進(jìn)行驗(yàn)收，核對(duì)其施工建設(shè)與設(shè)計(jì)是否相符。在驗(yàn)收過(guò)程中，輸電桿塔由于其特殊的結(jié)構(gòu)，作業(yè)人員在高處測(cè)量桿塔設(shè)計(jì)尺寸時(shí)存在一定的難度，某些測(cè)量工作無(wú)法進(jìn)行或測(cè)量誤差大，且作業(yè)人員在測(cè)量過(guò)程中也存在一定的安全隱患。為此，本文研發(fā)了一種適合高壓輸電線路桿塔上使用的操作便捷快速、測(cè)量精準(zhǔn)的高空測(cè)量?jī)x器。

2 現(xiàn)有測(cè)距方法存在的問(wèn)題

現(xiàn)有輸電線路桿塔驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行的測(cè)量工作主要有以下兩種：（1）測(cè)量跳線馳度；（2）測(cè)量防振錘安裝距離?，F(xiàn)有方法測(cè)量跳線馳度時(shí)，需要2名人員配合，一人于橫擔(dān)頭處豎直向下垂放卷尺或測(cè)量棒，另一人沿塔身下爬至跳線最低點(diǎn)水平處，觀察卷尺或測(cè)量棒在此處的豎直讀數(shù)（見(jiàn)圖1）；測(cè)量防振錘安裝距離時(shí)，需作業(yè)人員沿導(dǎo)線朝防振錘移動(dòng)，使用卷尺測(cè)量防振錘至線夾或壓接管的距離（見(jiàn)圖2）。現(xiàn)有的測(cè)量方法存在以下問(wèn)題：

（1）使用該種方法測(cè)量跳線馳度時(shí)，卷尺或測(cè)量棒在空中易偏斜，驗(yàn)收人員難以保持豎直，存在測(cè)量方法的誤差；風(fēng)、霧、強(qiáng)光等惡劣天氣會(huì)嚴(yán)重影響驗(yàn)收人員的測(cè)量讀數(shù)，導(dǎo)致測(cè)量精度低。以220kV線路跳線馳度3m的跳線為例，2013年驗(yàn)收過(guò)程中，某輸電運(yùn)檢室驗(yàn)收過(guò)程中的測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值誤差為±14cm。

（2）測(cè)量跳線馳度工作效率低，作業(yè)人員需反復(fù)上下移動(dòng)找觀察位置，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，單次測(cè)量時(shí)間為3.15min，且需2名作業(yè)人員相互配合，影響驗(yàn)收作業(yè)人員配置。

（3）防振錘安裝距離測(cè)量過(guò)程中，作業(yè)人員坐于單根導(dǎo)線上緩慢移動(dòng)，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，且測(cè)量過(guò)程中存在易不慎墜落的風(fēng)險(xiǎn)。

3 輸電線路專(zhuān)用測(cè)距儀的研制

鑒于現(xiàn)有測(cè)量方法存在的上述問(wèn)題，本文決定研制出一種輸電線路專(zhuān)用測(cè)距儀，應(yīng)用于輸電線路桿塔驗(yàn)收工作中。研究上述兩項(xiàng)測(cè)量工作，跳線馳度為跳線最低點(diǎn)至橫檔處的距離；防振錘安裝距離為防振錘至導(dǎo)線夾或壓接管處的距離，兩者實(shí)質(zhì)均為測(cè)量特定兩目標(biāo)物間的直線距離。沿著這一思路，針對(duì)現(xiàn)有測(cè)量方法的不足，結(jié)合輸電線路驗(yàn)收工作的實(shí)際需要。新型測(cè)距儀拋棄了以往測(cè)量中實(shí)物比對(duì)的接觸測(cè)量方法，采用激光測(cè)距原理，測(cè)量?jī)x器至兩目標(biāo)物間的距離以及兩目標(biāo)物間的測(cè)距夾角，最終能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、非接觸測(cè)量?jī)赡繕?biāo)物間的直線距離。

輸電線路專(zhuān)用測(cè)距儀整體尺寸為1400mm×900mm×60mm，質(zhì)量為0.31kg，主要由5部分組成：脈沖激光器、角度傳感器、數(shù)據(jù)處理器、顯示屏、儀器外殼。測(cè)距儀內(nèi)部集成的兩個(gè)脈沖激光器，能同時(shí)對(duì)距離10m內(nèi)兩目標(biāo)物發(fā)射單次激光脈沖，測(cè)量激光脈沖到目標(biāo)的往返時(shí)間，由此計(jì)算出目標(biāo)距離。當(dāng)測(cè)距系統(tǒng)計(jì)算出光由激光器射出并返回到接收器的時(shí)間2t后，激光器到放射物體的距離=光速（c）×?xí)r間（2t）/2，即距離=ct，最后分別測(cè)量出儀器到兩目標(biāo)物之間的直線距離。脈沖激光器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)物時(shí)，角度傳感器動(dòng)作，測(cè)出兩個(gè)脈沖激光器朝向之間的角度差θ。數(shù)據(jù)處理器讀取脈沖激光器測(cè)量的目標(biāo)距離以及角度傳感器采集的角度數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算處理，由公式，并考慮實(shí)際測(cè)量中由于信號(hào)延遲、誤差等原因?qū)竟竭M(jìn)行多方面修正，最終算出兩目標(biāo)物間的距離L，并將其輸出到顯示屏（原理圖見(jiàn)圖3、圖4）。儀器外殼對(duì)整個(gè)儀器起到了支持、保護(hù)的作用。

新型測(cè)距儀的測(cè)量步驟如下：（1）選擇與目標(biāo)物間無(wú)視線阻礙的測(cè)量位置，啟動(dòng)儀器；（2）根據(jù)測(cè)量跳線馳度或防振錘安裝距離的功能選擇，將兩脈沖激光器對(duì)準(zhǔn)特定的兩目標(biāo)物；（3）點(diǎn)擊測(cè)量按鈕，儀器自動(dòng)讀出其與目標(biāo)物間的直線距離，以及兩脈沖激光器間的角度差，并計(jì)算得出兩目標(biāo)物間的直線距離；（4）最終將結(jié)果輸出到顯示屏，測(cè)量完畢。

4 應(yīng)用成效

為了驗(yàn)證輸電線路專(zhuān)用測(cè)距儀的實(shí)用性，某輸電運(yùn)檢室在2014年6月至2015年6月期間，輸電線路桿塔驗(yàn)收使用該測(cè)距儀進(jìn)行測(cè)量工作（見(jiàn)圖5）。驗(yàn)收過(guò)程中，作業(yè)人員分別用原測(cè)量方法和輸電線路專(zhuān)用測(cè)距儀兩種方法測(cè)量跳線馳度和防振錘安裝距離，對(duì)測(cè)量誤差和耗費(fèi)時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表1）。

由表1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量記錄數(shù)據(jù)可知，使用新型測(cè)距儀后，測(cè)量跳線馳度平均耗費(fèi)時(shí)間由原來(lái)的3.1min減為0.5min，測(cè)量誤差由原來(lái)的±15 cm變?yōu)椤?cm；測(cè)量防振錘安裝距離平均耗費(fèi)時(shí)間由原來(lái)的2.3min減為0.6min，測(cè)量誤差由原來(lái)的±8cm變?yōu)椤?cm。顯然，新型測(cè)距儀的使用，減少了測(cè)量作業(yè)耗費(fèi)的時(shí)間。需要注意的是，跳線馳度測(cè)量工作原本需要2名作業(yè)人員配合，而使用新型測(cè)距儀時(shí)僅需1名作業(yè)人員，優(yōu)化了人員配置，從而提高了整體工作效率。這些優(yōu)點(diǎn)得益于新型測(cè)距儀使用激光遠(yuǎn)距離測(cè)量技術(shù)，只需選擇與被測(cè)物無(wú)視線阻擋的測(cè)量位置，在有效距離10m內(nèi)就能將激光測(cè)距誤差控制在±1cm以?xún)?nèi)，精度完全滿(mǎn)足桿塔驗(yàn)收要求。這不再需要作業(yè)人員移動(dòng)至特定的測(cè)量位置開(kāi)展工作，減少了其塔上移動(dòng)所耗費(fèi)的時(shí)間和特殊測(cè)量位置的高墜風(fēng)險(xiǎn)。在測(cè)量過(guò)程中，只需確保激光點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了被測(cè)物，儀器就能自動(dòng)讀取數(shù)據(jù)，輸出測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)果不受風(fēng)、霧、陽(yáng)光等天氣影響，同時(shí)杜絕了驗(yàn)收人員因觀察角度不同帶來(lái)的人為誤差。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)家電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展，線路的驗(yàn)收工作將越來(lái)越頻繁。研制的輸電線路專(zhuān)用測(cè)距儀已通過(guò)國(guó)家實(shí)用、發(fā)明兩項(xiàng)專(zhuān)利初審，其大量的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用證明使用該新儀器能夠提高測(cè)量精度，優(yōu)化驗(yàn)收作業(yè)人員配置，極大地提高工作效率，消除安全風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際驗(yàn)收作業(yè)應(yīng)用中產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有非常好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]卓放，楊旭，李勝勇，等.變電所輸電線路故障點(diǎn)測(cè)距儀的研制[J].電測(cè)與儀表，1997（7）：16-19.

[2]王世俊.攝影測(cè)量學(xué)[M].北京：繪測(cè)出版社，2009.