一種輸電線路弧垂在線監(jiān)測(cè)方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種輸電線路弧垂在線監(jiān)測(cè)方法 及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 輸電線路弧垂是線路設(shè)計(jì)和運(yùn)行的主要指標(biāo)，關(guān)系到線路的運(yùn)行安全，因此必須 控制在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)。輸電線路弧垂隨著運(yùn)行時(shí)間增加和氣候及沿線環(huán)境的變化而變 化，輸電線路導(dǎo)線弧垂產(chǎn)生變化，會(huì)造成導(dǎo)線對(duì)地或?qū)豢缥锇踩嚯x不能滿足規(guī)程要求， 威脅線路的安全運(yùn)行，甚至造成線路故障，給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人身 安全威脅。因此，導(dǎo)線弧垂需要限制在一定范圍之內(nèi)，并且在線路的運(yùn)行過(guò)程中能夠?qū)崟r(shí)監(jiān) 測(cè)線路弧垂情況，以反映線路的運(yùn)行情況，排除潛在的安全隱患，以便輸電線路更加安全的 運(yùn)行。
[0003]目前，輸電線路弧垂監(jiān)測(cè)方法主要有：傾角測(cè)量法、溫度測(cè)量法、張力測(cè)量法、雷達(dá) 測(cè)距、激光測(cè)距以及圖像法等，其中溫度和張力測(cè)量法需要獲取架空線的初始運(yùn)行條件，依 賴架空線狀態(tài)方程進(jìn)行求解計(jì)算，且受監(jiān)測(cè)環(huán)境條件的變化有較大誤差，雷達(dá)、激光測(cè)距以 及傾角法監(jiān)測(cè)方法復(fù)雜，且對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有較高的要求，造價(jià)昂貴，不利于大范圍安裝監(jiān)測(cè)。 上述的測(cè)量方法均不能很好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量，測(cè)量周期長(zhǎng)，效率低，需要使用較多人 力，精度也會(huì)受到影響，因此有必要尋找一個(gè)簡(jiǎn)單方便的監(jiān)測(cè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)輸電線路架空線 的弧垂監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種輸電線路弧垂在線監(jiān)測(cè)方法，同時(shí)提 供一種精度高、操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、費(fèi)用低的輸電線路弧垂在線監(jiān)測(cè)裝置。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種輸電線路弧垂在線監(jiān)測(cè)方法，其包括以下步驟：
[0007] 步驟S1、在相鄰兩桿塔之間的導(dǎo)線上安裝在線監(jiān)測(cè)裝置，且此在線監(jiān)測(cè)裝置靠近 兩桿塔中的其中一個(gè)，安裝完成后，利用激光測(cè)距儀測(cè)量相鄰兩桿塔頂端至地面的垂直距 離以及兩桿塔之間的水平距離并記錄數(shù)據(jù)；
[0008] 步驟S2、對(duì)輸電線路通電，在線監(jiān)測(cè)裝置采用導(dǎo)線互感取能的供電方式；
[0009] 步驟S3、將步驟Sl中測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS方式或手持機(jī)配置入在線監(jiān)測(cè)裝置 中；
[0010] 步驟S4、利用在線監(jiān)測(cè)裝置中的傾角傳感器測(cè)量導(dǎo)線一端相對(duì)水平面的傾角，傾 角的正切值即為該點(diǎn)的斜率，上述的導(dǎo)線一端指的是靠近在線監(jiān)測(cè)裝置安裝位置的一端；
[0011] 步驟S5、在線監(jiān)測(cè)裝置中的微控制器采用以下弧垂計(jì)算方法計(jì)算出導(dǎo)線最低點(diǎn)距 地面的高度：以相鄰兩桿塔之間的導(dǎo)線距地面最低點(diǎn)為原點(diǎn)建立X-y坐標(biāo)系，獲取導(dǎo)線的 懸鏈線方程；根據(jù)步驟Sl中測(cè)量的兩桿塔的高度以及兩桿塔之間的水平距離數(shù)據(jù)、步驟S4 中測(cè)量得到的導(dǎo)線一端的斜率、以及上述的導(dǎo)線懸鏈線方程，得到兩桿塔之間的輸電線路 的弧垂方程、以及導(dǎo)線最低點(diǎn)距兩桿塔中的高度較高的桿塔頂端的垂直距離；
[0012] 步驟S6、在線監(jiān)測(cè)裝置中的GPS模塊采集在線監(jiān)測(cè)裝置的位置信息，然后在線監(jiān) 測(cè)裝置將位置信息、以及步驟S5中得到的弧垂信息、方程參數(shù)、傾角信息組成一個(gè)數(shù)據(jù)幀， 通過(guò)GPRS方式發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器或互聯(lián)網(wǎng)。
[0013] 進(jìn)一步地，步驟Sl中，在相鄰兩桿塔之間的導(dǎo)線兩端的其中一端安裝在線監(jiān)測(cè)裝 置，且在線監(jiān)測(cè)裝置靠近與導(dǎo)線此端相連接的桿塔，二者之間的距離以5~10cm。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟SI中，相鄰兩桿塔之間的水平距離為30米~1500米。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟S3中，將步驟Sl中測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS方式配置入在線監(jiān)測(cè)裝 置中：激光測(cè)距儀通過(guò)GPRS方式將步驟Sl中測(cè)量的兩桿塔高度數(shù)據(jù)、水平距離及在線監(jiān)測(cè) 裝置的設(shè)備編號(hào)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器中，在線監(jiān)測(cè)裝置間隔性訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器，根據(jù)設(shè)備編 號(hào)向遠(yuǎn)程服務(wù)器請(qǐng)求兩桿塔水平距離及高度信息，獲取數(shù)據(jù)后寫(xiě)入自身的EEPROM中。
[0016] 進(jìn)一步地，步驟S3中，將步驟Sl中測(cè)量的數(shù)據(jù)通過(guò)手持機(jī)配置入在線監(jiān)測(cè)裝置 中，采用以下兩種方式：技術(shù)人員在手持機(jī)中輸入兩桿塔高度及水平距離信息；或手持機(jī) 訪問(wèn)遠(yuǎn)程服務(wù)器獲取上述信息，技術(shù)人員位于距在線監(jiān)測(cè)裝置小于30米范圍內(nèi)進(jìn)行手動(dòng) 無(wú)線配置桿塔高度及水平距離信息。
[0017] 進(jìn)一步地，步驟S4中，利用在線監(jiān)測(cè)裝置中的傾角傳感器測(cè)量導(dǎo)線一端相對(duì)水平 面的傾角范圍為一 60°~+60°。
[0018] 進(jìn)一步地，步驟S5中的懸鏈線方程包括以下步驟：
[0019] 步驟S5. 1、以相鄰兩桿塔之間的導(dǎo)線距地面最低點(diǎn)為原點(diǎn)建立x-y坐標(biāo)系；
[0020] 步驟S5. 2、通過(guò)任取導(dǎo)線上的一點(diǎn)為對(duì)象進(jìn)行受力分析，獲取該點(diǎn)所承受拉力T 以及水平應(yīng)力H;
[0021] 步驟S5. 3、根據(jù)兩桿塔之間導(dǎo)線的數(shù)學(xué)方程：
[0023] 其中，P為導(dǎo)線單位長(zhǎng)度所受重力，e為自然常數(shù)；建立x-y坐標(biāo)系后，
[0024] 獲取導(dǎo)線的懸鏈線方程：
[0026] 其中，a為懸鏈線系數(shù)。
[0027] 接著根據(jù)上述的方程模型，計(jì)算求得未知量a的值。
[0028] 首先通過(guò)數(shù)學(xué)分析及實(shí)際情況，得出a的值在0.000001至0.2之間。分析理由：a 的值決定了懸鏈線開(kāi)口的張合程度，a越大，開(kāi)口就越小。當(dāng)a= 0. 000001時(shí)，通過(guò)matlab 模擬得出，在距坐標(biāo)原點(diǎn)水平方向200米位置，y值僅僅是2cm，對(duì)于正常輸電線路來(lái)說(shuō)，這 已經(jīng)是不可能做到的。所以a值最小值選取為0.00001。當(dāng)a= 0.2時(shí)，通過(guò)matlab分析 得出：在距坐標(biāo)原點(diǎn)水平方向10米，y值為15m，這在正常情況下也是不可能達(dá)到的。所以 實(shí)際中的a值一定為0. 000001~0. 2,a有且僅有一個(gè)值符合要求。
[0029] 設(shè)定導(dǎo)線與兩桿塔的連接點(diǎn)分別為A(X0,Y0)、B(X1，Yl)，A點(diǎn)桿塔頂端距地面的 垂直距離為H〇,B點(diǎn)桿塔頂端距地面的垂直距離為Hl，Hl>H0,兩桿塔之間水平距離為L(zhǎng)， 兩桿塔之間的高度差為d，在線監(jiān)測(cè)裝置安裝在靠近B點(diǎn)的位置，傾角傳感器測(cè)量得到B點(diǎn) 的傾角為r，斜率為k=tan(r)，那么有以下數(shù)學(xué)模型：
[0033] Xl-XO=L...................................................<4>
[0034] Yl-YO=Hl-HO=d..................................................... <5>
[0035] 可見(jiàn)，5個(gè)未知數(shù)XO、XI、YO、Yl、a，5個(gè)方程。
[0036] 解方程，最終求得a的確切數(shù)值，這樣就得到了兩桿塔間導(dǎo)線以最低點(diǎn)為坐標(biāo)原 點(diǎn)的方程曲線，即兩桿塔之間的輸電線路的具體軌跡方程。再根據(jù)公式〈3>求得Xl的具體 數(shù)值，在根據(jù)公式〈2>求得Yl數(shù)值，Yl為導(dǎo)線最低點(diǎn)（坐標(biāo)原點(diǎn)）距桿塔與導(dǎo)線的連接點(diǎn) B的垂直距離，YO為導(dǎo)線最低點(diǎn)（坐標(biāo)原點(diǎn)）距桿塔與導(dǎo)線的連接點(diǎn)A的垂直距離，Hl減 去Yl的值即為該段導(dǎo)線最低點(diǎn)距地面的高度。
[0037] 進(jìn)一步地，遠(yuǎn)程服務(wù)器根據(jù)步驟S6中的數(shù)據(jù)結(jié)合地圖軟件建立三維立體圖，進(jìn)行 更加詳細(xì)的分析。
[0038] 一種輸電線路弧垂在線監(jiān)測(cè)裝置，其包括在線監(jiān)測(cè)裝置殼體以及固定在輸電線路 上的固定裝置，固定裝置包括兩個(gè)半圓形硅鋼片，兩個(gè)半圓形硅鋼片兩端通過(guò)連接件連接 組成一個(gè)圓環(huán)形硅鋼片，圓環(huán)形硅鋼片的內(nèi)徑等于輸電線路導(dǎo)線直徑，圓環(huán)形硅鋼片上纏 繞有感應(yīng)線圈；在線監(jiān)測(cè)裝置殼體設(shè)置在固定裝置上，殼體內(nèi)設(shè)置有微控制器、傾角傳感 器、存儲(chǔ)器、電源模塊、GPRS無(wú)線通訊模塊、GPS模塊和ZigBee無(wú)線模塊，微控制器通過(guò)導(dǎo)線 分別與傾角傳感器、存儲(chǔ)器、電源模塊、GPRS無(wú)線通訊模塊、GPS模塊和ZigBee無(wú)線模塊連 接，為上述各個(gè)部件供電的電源模塊包括依次電連接的導(dǎo)線感應(yīng)取電單元、整流濾波模塊 和儲(chǔ)能電容，導(dǎo)線感應(yīng)取電單元與圓環(huán)形硅鋼片上纏繞的感應(yīng)線圈相連接。
[0039] 所述的輸電線路弧垂在線監(jiān)測(cè)裝置，其硅鋼片材料根據(jù)導(dǎo)線上的電流具體選擇。 感應(yīng)線圈的圈數(shù)依據(jù)在線監(jiān)測(cè)裝置最大功耗及導(dǎo)線平均電流決定，在線監(jiān)測(cè)裝置要求輸電 線路上最小工作電流為20A。
[0040] 由于采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性：
[0041] 該輸電線路弧垂在線監(jiān)測(cè)方法，其測(cè)量精度高，穩(wěn)定度高，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，采集數(shù) 據(jù)準(zhǔn)確可靠，通過(guò)已知相鄰兩桿塔的高度信息及兩桿塔之間的水平距離，對(duì)輸電