CN116150991A - 一种基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法 - Google Patents

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龚宇
张文举
张国敏
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Guoluo Power Supply Co Of Qinghai Electric Power Co
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Wuhan Kpcq Software Technology Co ltd
Guoluo Power Supply Co Of Qinghai Electric Power Co
State Grid Corp of China SGCC
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Abstract

本发明提供一种基于激光点云的输电线路不平衡张力计算方法，包括：采集输电线路的三维激光点云数据，接着对采集到的三维激光点云数据进行分割，获取待测杆塔两侧的输电线路的所有电力线的点云数据，进而对所述电力线的点云数据按照悬链线方程进行拟合，得到每根线的悬链线系数，并结合电力线的单位长度的质量，计算输电线路上各电力线的轴向水平张力，最后计算出待测杆塔两侧所有电力线所受到的力的合力，即为该杆塔所受到的不平衡张力。本发明以输电线路的激光点云为基础，可以实现输电线路不平衡张力的准确计算，使输电线路的运维人员掌握线路安全状态，判断是否超过不平衡张力的设计阈值，避免输电线路发生因张力问题导致的安全事故。

Description

一种基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法
技术领域
本发明涉及输电线路监测技术领域，具体是一种基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法。
背景技术
输电线路的不平衡张力是危害输电线路安全稳定运行的重要因素之一，其主要由以下3个情况引起：各档档距相差比较大；相邻两基杆塔高差大；外力(冰、风等)荷载在各档的不均匀分布。以上3种情况存在时，易造成输电线路耐张段内各直线档应力不一致，进而使导线上出现纵向不平衡张力；不平衡张力的出现可能导致悬垂绝缘子串偏移和导/地线在线夹内滑动，严重时会引起倒塔事故。在输电线路设计阶段，可以对气象条件比较恶劣的耐张段进行不平衡张力的计算和分析，对可能存在较大不平衡张力的地段采取对杆塔加强设计或者改线避过该区域等处理措施；对于已经投入运行的线路，监控杆塔所受到不平衡张力的变化，可以使输电线路的运维人员及时掌握线路安全状态，避免输电线路发生金具滑移破坏、断股断线甚至倒塔等安全事故。
鉴于输电线路的不平衡张力难以在不破坏输电线路结构的条件下直接测量，通常是通过线路最大弧垂进行反演计算每条电力线的张力，其计算的准确通常受到气象条件、观测误差、线路高差等因素的影响较大。近几年激光雷达技术逐渐在电力系统的运维和自动化巡检中得到广泛应用，这为不平衡张力的准确计算提供了一种新的思路。
发明内容
本发明的目的是针对运行中的输电线路不平衡张力精准计算困难的问题，提供一种基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法，该计算方法以输电线路的激光点云为基础，可以实现输电线路不平衡张力的准确计算。
本发明采用如下技术方案实现：
一种基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法，按照以下步骤进行：
S1:采集输电线路的三维激光点云数据，对采集的三维激光点云数据进行提取、分割，获取待测杆塔两侧的输电线路的所有电力线的点云数据，
S2:对所述每一根电力线的点云数据进行坐标换算，得到每一根电力线在其自身所在的竖直面内的投影坐标；
S3:对换算后的电力线的点云数据按照悬链线方程进行拟合，得到每根线的悬链线系数；
S4:通过称重或者查找设计资料，获取线路上同型号电力线的单位长度的质量；
S5:基于所述悬链线系数及电力线的单位长度质量，计算输电线路上各电力线的轴向水平张力大小，并记录其方向；
S6:计算待测杆塔两侧所有电力线所受到的力的合力，即为该杆塔所受到的不平衡张力。
进一步的，所述电力线包括从杆塔处向外延伸的所有导线、地线。
进一步的，步骤S3对换算后的电力线的点云数据按照悬链线方程进行拟合，得到每根线的悬链线系数，具体包括：
悬链线的表达式记为：
Figure SMS_1
其中，x表示悬链线的横坐标，y表示悬链线的纵坐标，a为悬链线系数，b为悬链线顶点处的x轴坐标，c为常数项；
针对每一根电力线k，x、y是已知的点云坐标，按照式(1)用最小二乘法进行曲线拟合，得到待求的参数a、b、c。
进一步的，步骤S5基于所述悬链线系数及电力线的单位长度质量，计算输电线路上各电力线的轴向水平张力大小，并记录其方向，具体包括：
轴向水平张力
Figure SMS_2
的大小Fk0表示为：
Fk0＝agγk (2)
其中，g为重力加速度大小，γk为电力线k的单位长度的质量，a为S4中计算出的悬链线系数；Fk0电力线k的轴向水平张力，其方向为电力线在水平面投影上、从本端点指向下一端点的方向。
本发明的有益效果：
本发明提供一种基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法，可以实现输电线路不平衡张力的准确计算，可以使输电线路的运维人员掌握线路安全状态，判断是否超过不平衡张力的设计阈值，避免输电线路发生因张力问题导致的安全事故。
附图说明
图1为本发明一种基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的输电线路三维激光点云数据绘图；
图3为本发明实施例的从输电线路三维激光点云数据提取出的所有电力线的点云数据；
图4为本发明其中一根地线的点云数据的悬链线拟合曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明其中一个实施例提供了一种基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法。首先采集输电线路的三维激光点云数据，接着对采集到的三维激光点云数据进行分割，获取待测杆塔两侧的输电线路的所有电力线的点云数据，进而对所述电力线的点云数据按照悬链线方程进行拟合，得到每根线的悬链线系数，并结合电力线的单位长度的质量，计算输电线路上各电力线的轴向水平张力，最后计算出待测杆塔两侧所有电力线所受到的力的合力，即为该杆塔所受到的不平衡张力。具体步骤为：
S1:采集输电线路的在无风或微风、无冰条件下三维激光点云数据(如图2所示)，对采集的三维激光点云数据进行提取、分割，获取待测杆塔T两侧所有电力线的点云数据(如图3所示)，对所述电力线依次编号为1,2,3,…,k,…,m，其中m为杆塔两侧电力线的总数量；
S2:对所述每一根电力线k的点云数据，忽略每根线径向坐标的差异，经坐标换算得到每一根电力线k在其自身所在的竖直面内的投影坐标Pk＝{(xk1,yk1),(xk2,yk2),…,(xki,yki),…,(xkn,ykn)},其中(xki,yki)表示电力线k的第i点的点云坐标。
S3:对所述处理后的电力线的点云数据按照悬链线方程进行拟合，得到每根线的悬链线系数。具体地，悬链线的一般表达式可记为：
Figure SMS_3
其中，x表示悬链线的横坐标，y表示悬链线的纵坐标，a为悬链线系数，b为悬链线顶点处的x轴坐标，c为常数项。
针对每一根电力线k，x、y是已知的点云坐标，按照式(1)用最小二乘法进行曲线拟合，得到待求的参数a、b、c，其中一根电力线的拟合曲线如图4所示。
S4:通过称重或者查找设计资料获取线路上同型号电力线的单位长度的质量γk；
S5:基于步骤3、4，计算输电线路上各电力线k的轴向水平张力
Figure SMS_4
其大小Fk0可表示为：
Fk0＝agγk (2)
其中，g为重力加速度大小，γk为电力线k的单位长度的质量，a为S4中计算出的参数；Fk0电力线k的轴向水平张力，其方向为电力线在水平面投影上、从本端点指向下一端点的方向；
S6:计算杆塔T两侧所有电力线所受到的力的矢量和
Figure SMS_5
该合力即为该杆塔所受到的不平衡张力，
Figure SMS_6
其中，k为第k跟电力线，n为电力线总数。至此完成杆塔所受到的不平衡张力的计算。
S7:将S6计算的合力大小与待测杆塔耐受不平衡张力的设计值比较，判断是否超过不平衡张力的设计阈值，进行杆塔不平衡张力的风险评估。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:采集输电线路的三维激光点云数据，对采集的三维激光点云数据进行提取、分割，获取待测杆塔两侧的输电线路的所有电力线的点云数据，
S2:对所述每一根电力线的点云数据进行坐标换算，得到每一根电力线在其自身所在的竖直面内的投影坐标；
S3:对换算后的电力线的点云数据按照悬链线方程进行拟合，得到每根线的悬链线系数；
S4:通过称重或者查找设计资料，获取线路上同型号电力线的单位长度的质量；
S5:基于所述悬链线系数及电力线的单位长度质量，计算输电线路上各电力线的轴向水平张力大小，并记录其方向；
S6:计算待测杆塔两侧所有电力线所受到的力的合力，即为该杆塔所受到的不平衡张力。
2.根据权利要求1所述的基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法，其特征在于，所述电力线包括从杆塔处向外延伸的所有导线、地线。
3.根据权利要求1所述的基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法，其特征在于，步骤S3对换算后的电力线的点云数据按照悬链线方程进行拟合，得到每根线的悬链线系数，具体包括：
悬链线的表达式记为：
Figure FDA0004080371740000011
其中，x表示悬链线的横坐标，y表示悬链线的纵坐标，a为悬链线系数，b为悬链线顶点处的x轴坐标，c为常数项；
针对每一根电力线k，x、y是已知的点云坐标，按照式(1)用最小二乘法进行曲线拟合，得到待求的参数a、b、c。
4.根据权利要求1所述的基于激光点云的输电线路杆塔不平衡张力计算方法，其特征在于，步骤S5基于所述悬链线系数及电力线的单位长度质量，计算输电线路上各电力线的轴向水平张力大小，并记录其方向，具体包括：
轴向水平张力
Figure FDA0004080371740000021
的大小Fk0表示为：
Fk0＝agγk (2)
其中，g为重力加速度大小，γk为电力线k的单位长度的质量，a为S4中计算出的悬链线系数；Fk0电力线k的轴向水平张力，其方向为电力线在水平面投影上、从本端点指向下一端点的方向。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117392270A (zh) * 2023-12-12 2024-01-12 长沙能川信息科技有限公司 基于激光点云的导线拟合的方法、系统和计算机设备

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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