CN107101551B - 一种配网线路长度的测量方法 - Google Patents

Abstract

一种配网线路长度的测量方法，所述方法通过一种电力配网导线的长度测量装置（11），其滚轮在重力作用下在配网导线（12）上滚动，从而测得导线的长度；再对测量得到的导线长度进行校正，获得配网导线的实际长度。校正包括导线两端的塔杆（13）高度相等时的导线测量长度校正和导线两端的塔杆高度不相等时的导线测量长度校正。本发明提出的直接测量并进行校正的方法，测量直接方便，误差很小，可以获得非常精确的长度值；在得到长度值后，不仅计算获得导线弧垂、导线应力参数，还可根据气温、风速，求得不同条件下导线长度和弧垂，评判导线抗故障能力，并通过导线长度判别导线运行状态。本发明不仅适用于配电网，也适用于更高电压等级的导线测量。

Description

一种配网线路长度的测量方法

技术领域

本发明涉及一种配网线路长度的测量方法，属电力配网维护技术领域。

背景技术

配网输电导线悬挂于塔杆上后，因为受到自身重力产生的应力，相比于悬挂于塔杆上前长度会发生变化，在塔杆上，导线长度还会随着环境气温、导线通过的电流大小、风速大小、覆冰程度等因素的变化而发生变化，因此配网导线长度是配网线路的一个重要特性，反应了导线所处的状态，在导线档距和两塔杆相对高度确定的情况下，导线的长度也决定了导线的弧垂大小，准确测量配网导线长度，对于评判配网导线的运行状态具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是，为了解决高空电力配网导线的长度测量问题，本发明公开一种配网线路长度的测量方法。

本发明的技术方案是，一种配网线路长度的测量方法，通过一种电力配网导线的长度测量装置，其滚轮在重力作用下在配网导线上滚动，从而测得导线的长度；再对测量得到的导线长度进行校正，获得配网导线的实际长度；校正包括导线两端的塔杆高度相等时的导线测量长度校正，导线两端的塔杆高度不相等时的导线测量长度校正。

本发明采用的一种电力配网导线的长度测量装置由动滑轮、两挂线及小重物组成，整个装置重量不超过500g，如图4所示。其中，滑轮包括外盘、转轮两部分，外盘上面刻有起始刻度和可读取角度的小刻度，外盘里面是圆形滑轮，二者形成一线槽，该线槽平面由摩擦系数较大的刚性绝缘材料制作，可以保证滑轮走动过程中与导线之间不打滑。测量装置盘面通过机械原理，可以记录滑轮转过的圈数，滑轮停止时挂线所对位置可以固定，不会因测量装置的移动而发生变化。滑轮中轴杆上两侧相同位置有两长度相同的挂线，分别挂有重量形状一样的小重物，两部分在放入导线上时可打开，放上后两部分则吸合在一起，在测量过程中，起驱动滑轮走动、保持滑轮稳定并使线槽内平面与导线接触紧密的作用。

所述导线的测量长度L_c为：

当导线两端的塔杆高度相等时：

L_c＝2N*2π(R+r)

其中，n为装置滑轮转过的圈数；θ为挂线对应的刻度与起始刻度的角度；R为测量装置线槽圆平面的半径，r为所测导线的截面积的半径；

当导线两端的塔杆高度不相等时，导线的测量长度为：

L_c＝(N₁+N₂)*2π(R+r)

其中，N₁、N₂分别为两塔杆顶端至导线最低点的测量装置测量得到的等效圈数，R为测量装置线槽圆平面的半径，r为所测导线的截面积的半径。

由于测量装置具有一定重量，在沿线行走过程中，会将本身重量加于导线之上，引起导线发生更多的弹性形变，增加导线长度，因此所测量得到的长度，就是导线悬挂在两塔杆间的长度叠加了微小形变后的长度，测量的目的是为了获得线路受装置重力影响发生形变之前的更为准确的导线长度，因此需要对所测量长度进行校正。

当导线两端的塔杆高度相等时，对得到导线的测量长度进行校正，其校正步骤如下：

(1)利用所述的测量装置测量得到导线的测量长度L_c；

(2)对测量长度进行校正；通过测量装置的重量和导线型号参数对应的单位长度重量，求得测量前后导线比载γ和γ_c的关系；

(3)根据应力的物理意义，得到导线测量前的应力σ₀和测量后应力σ_c的关系式，该关系式以测量前长度L为参数；

(4)联立步骤(3)中所得的关系式和测量前导线长度与应力关系式，解这个方程，便可得测量前的导线长度。

所述导线的测量长度L_c为：

当导线两端的塔杆高度相等时：

L_c＝2N*2π(R+r)

其中，n为装置滑轮转过的圈数；θ为挂线对应的刻度与起始刻度的角度；R为测量装置线槽圆平面的半径，r为所测导线的截面积的半径。

当导线两端的塔杆高度不相等时，对得到导线的测量长度进行校正，其校正步骤如下：

L_c＝(N₁+N₂)*2π(R+r)

其中，N₁、N₂分别为两塔杆顶端至导线最低点的测量装置测量得到的等效圈数，R为测量装置线槽圆平面的半径，r为所测导线的截面积的半径。

所述导线测量前导线比载γ和导线测量时的γ_c的关系：

γ_c＝(1+λ)γ

其中，M、m分别为档距内导线和测量装置的质量，A为导线截面积，g为重力加速度；M＝kL₀；k为导线计算单位长度质量。

所述导线测量前导线最低点的应力σ₀和测量时导线最低点应力σ_c的关系如下：

σ_c＝Eε+E(L_c-L)＝σ₀+E(L_c-L)

其中，E为导线的弹性系数，可根据型号查询技术手册得到；ε为形变量；L_c为测量装置测得的导线长度；L为测量装置未置于导线之上的长度。

校正后的导线长度L为：

其中，a_c可通过下式得到：式中上l为配网导线两端塔杆的水平距离，即档距。

当导线两端的塔杆高度不相等时，对装置测得的导线长度校正步骤如下：

(1)利用所述的测量装置测量得到导线的测量长度L_c1+L_c2，其中L_c1＞L_c2，先不处理短边L_c2，而取L_c＝2L_c1，则L_c可看作是等高杆间导线的长度，处理过程中需要用到的档距l＝2l₁；L_c1为高塔杆至导线最低点的距离；L_c2为低塔杆至导线最低点的距离；

(2)通过测量装置的重量和导线型号参数对应的单位长度重量，求得测量前导线比载γ和测量时导线综合比载γ_c的关系；

(3)根据应力的物理意义，得到导线测量前导线最低点的应力σ₀和测量时导线最低点应力σ_c的关系式，该关系式以测量前长度L为参数；

(4)联立步骤(3)中所得的关系式和测量前导线长度与应力关系式，解这个方程，便可得测量前的导线长度L；

(5)最后，将等高情形求得的测量前导线长度L，按照下式算出校正后的不等高导线测量前长度为

本发明的有益效果是，本发明所提出的直接测量并进行校正的方法，测量直接方便，误差很小，可以获得非常精确的长度值，在得到长度值后，不仅计算获得导线弧垂、导线应力等关键参数，还可以根据气温、风速等因素，求得不同条件下的导线长度和弧垂，评判导线抗故障能力，并通过导线长度判别导线运行状态。本发明所述的方法，不仅适用于配电网，其方法也可以适用于更高电压等级的导线测量。

附图说明

图1为塔杆等高时测量装置测量过程示意图；

图2为塔杆不等高时，悬挂点时测量示意图；

图3为塔杆不等高时，导线曲线示意图；

图4为测量长度装置示意图；

图中，1为动滑轮；2是挂线；3为小重物；4为线槽；11为导线长度测量装置；12为导线；13为塔杆。

具体实施方式

本发明具体实施方式如下：

本实施例测量导线长度的装置采用的一种电力配网导线的长度测量装置11由动滑轮1、两挂线2及小重物3组成，整个装置重量不超过500g，如图4所示。其中，滑轮包括外盘、转轮两部分，外盘上面刻有起始刻度和可读取角度的小刻度，外盘里面是圆形滑轮，二者形成一线槽，该线槽平面由摩擦系数较大的刚性绝缘材料制作，可以保证滑轮走动过程中与导线之间不打滑。测量装置盘面通过机械原理，可以记录滑轮转过的圈数，滑轮停止时挂线所对位置可以固定，不会因测量装置的移动而发生变化。滑轮中轴杆上两侧相同位置有两长度相同的挂线，分别挂有重量形状一样的小重物，两部分在放入导线12上时可打开，放上后两部分则吸合在一起，在测量过程中，起驱动滑轮走动、保持滑轮稳定并使线槽内平面与导线接触紧密的作用。

如图1所示为杆等高时测量装置测量过程示意图。测量装置11全部由绝缘材料制作，可在停电或不停电状态下进行使用，实际使用过程中，由一较长的绝缘棒，将测量装置送至导线上，导线固定点与测量装置盘面起始刻度对齐，线槽轻轻卡住导线，待小重物两部分吸合后，滑轮在小重物的驱动和稳定下，随着重力作用可缓缓向导线低处滑动，当走到最低点时，滑盘上挂线的位置即固定，取下该装置，则可读取该装置滑轮转过的圈数n和挂线对应的刻度与起始刻度的角度θ，从而得到测量装置转过的圈数为N圈(N可为小数)，即：

为了减少测量误差，可多侧几次取平均值，则当导线12两端的塔杆13高度相等时，导线程对称状态，只需测量一侧塔杆至最低点的导线长度，另一侧导线长度相等，因此两塔杆13间的导线在由装置置于其上的状态下所测量的总长度L_c为：

L_c＝2N*2π(R+r) (2)

式中R为测量装置线槽圆平面的半径，r为所测导线的截面积的半径，可通过所测量的导线型号并参照国家标准查询得到。

当某档距内的导线两端塔杆不等高时，如图2所示为塔杆不等高时，悬挂点时测量示意图，塔杆两端至最低点的长度不相等，需要分别从两塔杆导线悬挂点对导线最低点测量两次，此时，两塔杆间的导线在由装置置于其上的状态下所测量的总长度L_c为：

L_c＝(N₁+N₂)*2π(R+r) (3)

式中N1、N2分别为两塔杆顶端至导线最低点的测量装置测量得到的等效圈数，其计算与式(1)一样，R为测量装置线槽圆平面的半径，r为所测导线的截面积的半径。

由于测量装置具有一定重量，在沿线行走过程中，会将本身重量加于导线之上，引起导线发生更多的弹性形变，增加导线长度，因此所测量得到的长度，就是导线悬挂在两塔杆间的长度叠加了微小形变后的长度，测量的目的是为了获得线路受装置重力影响发生形变之前的更为准确的导线长度，因此需要对所测量长度进行校正。

本实施例导线两端的塔杆高度相等时的导线测量长度校正，校正步骤如下：

1)对于两端电杆高度相等的情况，如图1所示，选定合适的坐标系，导线曲线的形状可以用一条双曲余弦函数图像来描述，如下式

式中，σ₀为导线弧垂最低点应力大小(单位：Pa)，γ为导线单位长度导线重力引起的比载(单位：Pa/m)。显然该曲线方程的坐标系中，曲线最低点坐标为(0，a)。

2)求得测量前导线比载γ和测量时导线综合比载γ_c的关系

对于档距为l(l很容易准确测量)的导线长度L为

显然，对于有测量装置重量加于其上的导线，由于装置重量相对于导线非常小，对于导线形状不会有根本改变，可以认为仍然是一条双曲余弦函数曲线，且由于装置在导线一半的长度上移动，因此可以测量装置在导线上的情况下，其重量平均分配在导线上，则其测量时导线综合比载γ_c为，

式中，M、m分别为档距内导线和测量装置的质量，L_c为测量装置测得的导线长度，A为导线截面积，g为重力加速度。对于某类型的导线，根据国家标准，都有对应的计算单位长度质量即这个值可以认为是给定的，因此导线的重力比载γ是由国家标准规定的，即

设式中，M＝kL₀则考虑测量装置重量之后的综合等效比载γ_c可写成

γ_c＝(1+λ)γ (8)

3)确定测量前导线最低点的应力σ₀和测量时导线最低点应力σ_c的关系

根据最低点应力σ₀的计算公式，

σ₀＝Eε (9)

式中，E为导线的弹性系数，可根据型号查询技术手册得到；ε为形变量。则测量装置在导线上时的导线最低点应力σ_c为

σ_c＝Eε+E(L_c-L)＝σ₀+E(L_c-L) (10)

因此代入式(2)，得导线的测量长度L_c

解这个以a_c为未知数的方程，便可得到a_c的值，代入式(7)，从而得到

a_cγ_c＝σ₀+E(L_c-L) (12)

4)计算测量前的导线长度

测量装置未置于导线之上的长度L为。

该式中，除了L、σ₀为未知数，其他都已经得到，联立式(4)、式(13)则可以求得σ₀、L，即得到了更接近于导线实际长度的L。

对于不等高的电杆导线长度，该导线曲线依然是双曲余弦函数，但该曲线不关于最低点所在纵坐标轴对称，若将短的一侧按照双曲函数延伸至两侧高度相等，则问题转化为与等高电杆的情况。为了对不等高的导线的测量长度进行校正，先化为等高的情况校正，再根据不等高长度等比例地进行转化即可。

本实施例导线两端的塔杆高度不相等时的导线测量长度校正，校正步骤如下：

1)利用所述的测量装置测量得到导线的测量长度L_c1+L_c2，其中L_c1＞L_c2，先不处理短边L_c2，而取L_c＝2L_c1，则L_c可看作是等高塔杆间导线的长度，处理过程中需要用到的档距l＝2l₁，如图3所示为塔杆不等高时，导线曲线示意图；L_c1为高塔杆至导线最低点的距离；L_c2为低塔杆至导线最低点的距离；

2)通过测量装置的重量和导线型号参数对应的单位长度重量，求得测量前导线比载γ和测量时导线综合比载γ_c的关系；

3)根据应力的物理意义，得到测量前的导线最低点应力σ₀和测量时导线最低点应力σ_c的关系式，该关系式以测量前长度L为参数；

4)联立步骤3)中所得的关系式和测量前导线长度与应力关系式，解这个方程，便可得导线测量前的长度L。

5)最后，将等高情形求得的导线测量前长度L，按照下式算出校正后的不等高导线测量前长度为

本实施例通过测量导线长度的装置，可对导线长度进行简单而准确的测量，考虑到测量装置本身重量在测量过程中对导线形变的影响，通过导线方程式，经过一系列变换转化过程，对导线长度进行了校正从而获得了与实际长度最为接近的结果。导线的长度是导线的重要参数，现阶段通过弧垂测量间接获得，由于弧垂测量具有较大的误差，因此间接得到的导线长度误差也不小。

Claims (4)

1.一种配网线路长度的测量方法，其特征在于，所述方法通过一种电力配网导线的长度测量装置，其滚轮在重力作用下在配网导线上滚动，从而测得导线的长度；再对测量得到的导线长度进行校正，获得配网导线的实际长度；校正包括导线两端的塔杆高度相等时的导线测量长度校正和导线两端的塔杆高度不相等时的导线测量长度校正；

所述导线的测量长度L_c为：

当导线两端的塔杆高度相等时：

L_c＝2N*2π(R+r)

其中，n为装置滑轮转过的圈数；θ为挂线对应的刻度与起始刻度的角度；R为测量装置线槽圆平面的半径，r为所测导线的截面积的半径；

当导线两端的塔杆高度不相等时，导线的测量长度为：

L_c＝(N₁+N₂)*2π(R+r)

其中，N₁、N₂分别为两塔杆顶端至导线最低点的测量装置测量得到的等效圈数，R为测量装置线槽圆平面的半径，r为所测导线的截面积的半径；

所述导线两端的塔杆高度相等时的导线测量长度校正，校正步骤如下：

(1)利用所述的测量装置测量得到导线的测量长度L_c；

(2)对测量长度进行校正；通过测量装置的重量和导线型号参数对应的单位长度重量，求得测量前导线比载γ和测量时导线综合比载γ_c的关系；

(3)根据应力的物理意义，得到测量前导线最低点应力σ₀和测量时导线最低点应力σ_c的关系式，该关系式以导线测量前长度L为参数；

(4)经计算，可得测量前的导线长度。

2.根据权利要求1所述的一种配网线路长度的测量方法，其特征在于，所述导线测量前的导线比载γ和导线测量时的综合比载γ_c的关系：

γ_c＝(1+λ)γ

其中，M、m分别为档距内导线和测量装置的质量，A为导线截面积，g为重力加速度；M＝kL₀；k为导线计算单位长度质量；

所述导线测量前导线最低点应力σ₀和测量时导线最低点应力σ_c的关系如下：

σ_c＝Eε+E(L_c-L)＝σ₀+E(L_c-L)

其中，E为导线的弹性系数，可根据型号查询技术手册得到；ε为形变量；L_c为测量装置测得的导线长度；L为测量装置未置于导线之上的长度。

3.根据权利要求2所述的一种配网线路长度的测量方法，其特征在于，所述导线测量前的长度为：

其中，a_c可通过下式得到：式中l为配网导线两端塔杆的水平距离，即档距。

4.根据权利要求1所述的一种配网线路长度的测量方法，其特征在于，所述导线两端的塔杆高度不相等时的导线测量长度校正，校正步骤如下：

(1)利用所述的测量装置测量得到导线的测量长度L_c1+L_c2，其中L_c1＞L_c2，先不处理短边L_c2，而取L_c＝2L_c1，则L_c为测量装置测得的导线的测量长度，处理过程中需要用到的档距l＝2l₁；L_c1为高塔杆至导线最低点的距离；L_c2为低塔杆至导线最低点的距离；

(2)按塔杆等高处理方式，通过测量装置的重量和导线型号参数对应的单位长度重量，求得测量前导线比载γ和测量时导线综合比载γ_c的关系；

(3)根据应力的物理意义，得到导线测量前的导线最低点应力σ₀和测量时导线最低点应力σ_c的关系式，该关系式以导线测量前长度L为参数；

(4)经计算，便可得塔杆等高情形下等效的导线测量前长度L；

(5)最后，将等高情形求得的导线测量前长度L，按照下式算出塔杆不等高导线测量前长度为：