CN102901451B - 一种精确快速用于送变电工程导线测算的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精确快速用于送变电工程导线测算的方法及装置，该方法包括以下步骤：1)免棱镜全站仪接收用户输入的指令，分别进入弧长测量模式和弧垂测量模式；2)免棱镜全站仪分别获取悬挂软母线的两构架挂点A和B的坐标值，通过输入已知设计弧垂值，由免棱镜全站仪直接处理得出构架挂点的档距、高差、高差角、导线需要线长；3)免棱镜全站仪获取悬挂软母线的两构架挂点A和B的坐标值，同时运用中心点法测量获取到软母线的弛度最低点D的坐标值，然后，免棱镜全站仪对坐标值进行处理得出弧垂值。与现有技术相比，本发明具有操作简便、观测时间短、测量精度高，且不存在风险等优点。

Description

一种精确快速用于送变电工程导线测算的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种测量方法及测量装置，尤其是涉及一种精确快速用于送变电工程导线测算的方法及装置。

背景技术

随着对变电站安全文明施工要求和施工工艺质量的要求越来越高，需要研究有创新的施工方法，来提高劳动生产率、施工质量和减少安全风险。同时为减少电网负担，提高电网运行可靠性在扩建站施工中应尽量减少停电施工和停电时间，因此有必要研究新的施工方法、来满足要求。

软母线施工完成后，后期的验收工作由于站内线路布局较复杂，对施工驰度的验收难度很大。软母线的测量，以往都采用的人工测量的方法，即采用人工测量放样。软母线挂线的两头分别由2个人爬上构架在两侧横梁对应的挂板上用钢卷尺进行测量，然后根据经验公式：

(L₀-导线开线尺寸，L-导线档距(卷尺测量)，f-设计弧垂，λ₁、λ₂-两侧金具、绝缘子串长度)计算出尺寸然后进行制作及安装。因为需登高人员用卷尺进行测量，分析后得出风险有二：

一、人员登高的风险，受下雨，大风的影响较大。

二、由于是卷尺测量，受大风的影响较大。(若引用在运行站中，测量时需要将卷尺拉直，可能引起一端人员未拉住卷尺使得卷尺掉落，飘至临近带电仓位中，引起事故)

卷尺测量局限性有以下几点：

1、在地面无风的情况下，软母线施工的横梁处风力至少在3级以上，卷尺测量的误差为100mm左右。

2、卷尺测量运用在停电站中使用风险较大。由于卷尺测量时需要将卷尺完全拉撑，万一有一端人员没有拉住的话，卷尺容易坠落并飘到隔壁带电区域里，引起事故。

3、卷尺测量受能见度影响较大，在能见度较为不好的晚上时则完全不能考虑用卷尺进行测量。

现在比较先进的测量方法为：用经纬仪和GPS测量档距的方法，测量后都有一定的误差。两种方法都受天气影响较大：经纬仪受能见度影响，而GPS测量在多云、云层过厚，精度达不到要求。

若有更精密的仪器可以在地面上完成软母线施工各环节复测的话，可以大大减少验收难度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作简便、观测时间短、测量精度高，且不存在登高风险的精确快速用于送变电工程导线测算的方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种精确快速用于送变电工程导线测算的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)免棱镜全站仪接收用户输入的指令，如果用户选择弧长测量，免棱镜全站仪进入弧长测量模式，并转到步骤2)，如果用户选择弧垂测量，免棱镜全站仪进入弧垂测量模式，并转到步骤3)；2)免棱镜全站仪分别获取悬挂软母线的两构架挂点A和B的坐标值(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，通过输入已知设计弧垂值，由免棱镜全站仪直接处理得出构架挂点的档距、高差、高差角及导线需要线长；3)免棱镜全站仪获取悬挂软母线的两构架挂点A和B的坐标值(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，同时运用中心点法测量获取到软母线的弛度最低点D的坐标值(x3，y3，z3)，然后，免棱镜全站仪对坐标值进行处理得出弧垂值。

所述的步骤2)中的免棱镜全站仪直接处理的处理公式为：

档距 $l=\sqrt{{(x1-x2)}^2+{(y1-y2)}^2};$

高差Δh＝|z1-z2|；

高差角 $\mathrm{\φ}=\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δh}}{l}\right).$

所述的步骤3)中的免棱镜全站仪对坐标值进行处理得出弧垂值具体为：弧垂值 $f=\frac{1}{2}(z1+z2)-z3.$

该测量装置包括激光发射器、LED导向激光发射器、对中激光发射器、键盘、显示器、激光接收器及处理器，所述的激光发射器、LED导向激光发射器、对中激光发射器、键盘、显示器、激光接收器分别与处理器连接。

该装置还包括无线接收器和无线遥控器，所述的无线接收器与处理器连接，所述的无线遥控器通过无线信号与无线接收器连接。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、精度高：免棱镜全站仪的测量精度为1～2mm+5ppm。免棱镜全站仪的构造为一个类似于全站仪一样的仪器。测量原理是将免棱镜全站仪架设在便于测量的任意点，通过镜头定位挂线板上的一个点，再定位另一侧的挂线点，免棱镜全站仪就会出现两点间的距离。

2、观测时间短：采用免棱镜全站仪观测每一跨线直线距离的时间一般在3～5min左右。每组软母线的距离测量时间一般在7～10min。

3、操作简便：只需保证免棱镜全站仪是架设在两点间便可，无需保证是否在两侧横梁的中心。架设的方法也和常规经纬仪类似，无需感应装置或刻度装置。

4、不易受环境影响：整个免棱镜全站仪不受天气影响(大风等恶劣天气除外)，下雨天也行，只需考虑在定位是需用镜头观看的能见度即可。可以说是胜任全天候施工要求。

5、不需要人员登高作业：整个过程完全在地面进行，无需登高作业或安装感应装置。更适合在运行站中使用。

6、不存在风险：由于完全在地面上完成测量工作，无登高作业，所以风险很小。由于免棱镜全站仪只需测量员独立去运行站内对施工区域的软母线档距进行测量，无需停电登高进行测量档距，能将放样所需的停电周期省去。无需考虑其他临近区域停电问题。可以总结为：安全、工期、质量兼顾。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为最低点法弧垂测量模型；

图3为中心点法弧垂测量模型；

图4为构架驰度现场测量模型；

图5为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种精确快速用于送变电工程导线测算的方法，该方法包括以下步骤：

步骤101)免棱镜全站仪接收用户输入的指令，如果用户选择弧长测量，免棱镜全站仪进入弧长测量模式，并转到步骤102)，如果用户选择弧垂测量，免棱镜全站仪进入弧垂测量模式，并转到步骤103)；

步骤102)免棱镜全站仪分别获取悬挂软母线的两构架挂点A和B的坐标值(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，通过输入已知设计弧垂值，由免棱镜全站仪通过计算公式：

档距 $l=\sqrt{{(x1-x2)}^2+{(y1-y2)}^2};$

高差Δh＝|z1-z2|；

高差角 $\mathrm{\φ}=\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δh}}{l}\right)$

直接处理得出构架挂点的档距、高差、高差角及导线需要线长；

步骤103)免棱镜全站仪获取悬挂软母线的两构架挂点A和B的坐标值(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，同时获取到软母线的弛度最低点D的坐标值(x3，y3，z3)，然后，免棱镜全站仪利用公式对坐标值进行处理得出弧垂值。

变电施工过程中的弧长测量时，有高差时仪器可以将高差的数值显示在仪器上。

其中：高差0.024

倾角：0°03′13″

现场实际测量数据如表1：

表1现场实际测量数据

上表测量数据均为免棱镜全站仪测量，整组导线卷尺测量数据为25.94米，误差在0.040米左右。

弧垂监控

采用线外法测量测量档内导线三点(两边挂点和弧底)，确定空间一条悬链线或抛物线的模型，计算确定该档导线的“驰度”值。——注：驰度也称弧垂，是架空线路的导线和避雷线在架设后的一种松弛下垂现象。导线两端的悬挂点在等高情况下，弧垂最低点即在档距中间，不等高挂线时弧垂最低点在挂线点低的一边。

可轻易实现两种工况测量：

a)最低点法：空间三点确定的抛物线，两侧挂点连线与弧底的垂距，因其往往不是最大弧垂，但是设计施工换算使用的弧垂

b)中心法：空间三点确定的抛物线，两侧挂点连线中点垂线向下与弧线的交点与中点的距离。此时可以通过三点模型计算，也可以在测量时采用分步的方法直接得到。事实证明，因为线外测量点的随意性，因视觉原因弧垂最低点不宜观测到，此时中心点法非常重要。

档侧测量(弧垂最低点法)，如图2。

1、注意：建立坐标系时，将x轴平行于A、B点连线，即y1＝y2，使架空线处于一个平面内，将空间方程简化为平面方程。(以下均为简化后的计算)

2、瞄准弛度测量档弛度最低点O，设为O(0，0)，两端铁塔挂点A(x1，y1)，B(x2，y2)，得出抛物线方程y2＝px及直线AB方程y＝ax+b，联立方程组求出直线y＝ax+b与直线y＝0的焦点D(0，y3)，则线段OD的长即为最大弧垂。

档侧测量(中心点法)，如图3.

1、瞄准弛度测量档两端铁塔挂点A、B，测得A(x1，y1，z1)，B(x2，y2，b2)；

2、计算出(x1+x2)/2，从A、B任一点向档内旋转到该坐标(仪器上用+-指示)，找到架空线上对应的点D，测出其坐标值D(x3，y3，z3)

3、计算：f＝1/2(z1+z2)-z3

弧线测量特例

悬链线式：根据设计弧垂，算出线长

测量目标：测两挂点，输入相关数据，求挂点间导线长度

测量参数：A、B

输入参数：λ，ω0，ω

计算结果：线长1

具体说明(结合示意图4)：

1、瞄准弛度测量档两端构架挂点A、B，测得A(x1，y1，z1)，B(x2，y2，z2)；

2、所需输入参数：

λ-耐张串长度

ω0-耐张串单位自重(N/m)(抛物线法不需要)

ω-导线单位自重(N/m)(抛物线法不需要)

f0-未考虑耐张串影响的架空线最大弧垂(设计弧垂)

l-档距、cosφ-高差角(实测所得)

3、计算：

L-线长，L＝l/cosφ+l³ω²cosφK/(24H²)

其中：K-挂点两端连有耐张串时线长的增加系数，H-水平张力

K＝1+12(ω₀/ω-1)(λ/l)∧2+8(ω₀/ω-1)(ω₀/ω-2)(λ/l)∧3，

测量练塘站1号主变构架至500kV构架母线得：

驰度：1.8米     线长：11.172米

距离：23.071米  高差：5.502米

平距：22.406米  倾角：13°47′52″

开线尺寸计算

对软母线两挂点进行测量后我们通过对仪器事先输入公式仪器就可直接将最终此档距内软母线的开线尺寸直接显示在仪器上。

测量效果

我们在在建的500kV练塘变电站内软母线上，对设定的测量工况逐一检验，对同一测量工况均采取移动测量点两次测量对比，测量数据误差均在毫米级范围，充分证明了理论上与实践的可行，并且快速便捷，列举对一个500kV母线挂点间距的两侧测量数据表2：

表2免棱镜全站仪测量2次的误差对比

如图5所示，本发明还涉及一种精确快速用于送变电工程导线测算的装置，该装置包括激光发射器1、LED导向激光发射器2、对中激光发射器3、键盘4、显示器5、无线接收器6、无线遥控器7、处理器8及激光接收器9。激光发射器1、LED导向激光发射器2、对中激光发射器3、键盘4、显示器5、无线接收器6、激光接收器9分别与处理器8连接。无线遥控器7通过无线信号与无线接收器6连接。

Claims (3)

1.一种精确快速用于送变电工程导线测算的方法，其特征在于，该方法将免棱镜全站仪架设在两构架挂点间，包括以下步骤：

1)免棱镜全站仪接收用户输入的指令，如果用户选择弧长测量，免棱镜全站仪进入弧长测量模式，并转到步骤2)，如果用户选择弧垂测量，免棱镜全站仪进入弧垂测量模式，并转到步骤3)；

2)免棱镜全站仪分别获取悬挂软母线的两构架挂点A和B的坐标值(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，通过输入已知设计弧垂值，由免棱镜全站仪直接处理得出构架挂点的档距、高差、高差角及导线需要线长；

3)免棱镜全站仪获取悬挂软母线的两构架挂点A和B的坐标值(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，同时运用中心点法测量获取到软母线的弛度最低点D的坐标值(x3，y3，z3)，然后，免棱镜全站仪对坐标值进行处理得出弧垂值；

所述的步骤2)中的免棱镜全站仪直接处理的处理公式为：

档距 $l=\sqrt{{(x1-x2)}^2+{(y1-y2)}^2}$

高差Δh＝|z1-z2|；

高差角 $\mathrm{\Φ}=\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δ}h}{l}\right);$

所述的步骤3)中的免棱镜全站仪对坐标值进行处理得出弧垂值具体为：弧垂值 $f=\frac{1}{2}(z1+z2)-z3.$

2.一种实施权利要求1所述的精确快速用于送变电工程导线测算的方法的装置，其特征在于，可进行免棱镜测量，该测量装置包括激光发射器、LED导向激光发射器、对中激光发射器、键盘、显示器、激光接收器及处理器，所述的激光发射器、LED导向激光发射器、对中激光发射器、键盘、显示器、激光接收器分别与处理器连接。

3.根据权利要求2所述的一种精确快速用于送变电工程导线测算的装置，其特征在于，该装置还包括无线接收器和无线遥控器，所述的无线接收器与处理器连接，所述的无线遥控器通过无线信号与无线接收器连接。