输电线路“档侧法”观测导地线弧垂方法研究

输电线路“档侧法”观测导地线弧垂方法研究

郎博宇 马博韬 段正阳 王帅

国网冀北电力有限公司工程管理分公司 100070

摘要：本文对比几种输电线路导地线弧垂观测方式，推导形成了一种新型弧垂观测方法，采用此方法观测弧垂，观测点可以选择在档侧一定范围之内任意一点，可选范围大，无需固定点，受地形、天气等因素影响较小，观测较为简便。

关键词：弧垂观测; 三维测量;

引言

目前输电线路施工及验收过程中，观测弧垂采用的方式一般分为角度法、驰度板观测法、中点高度法等。以上几种观测方法，有的计算和操作复杂，有的容易受到地形的影响和限制。根据施工及验收的实际工作，结合日常工作经验，推导形成了一种新型档侧弧垂观测方法。采用此方法观测弧垂，观测点可以选择在档侧一定范围之内任意一点，可选范围大，无需固定点，受地形、天气等因素影响较小，观测较为简便。

1 几种弧垂观测方式的原理及优缺点

1.1 角度法观测弧垂方法

角度法观测弧垂方法，是将经纬仪摆放在所要求的位置，测量角度计算弧垂，一般分为档端法、档外法、档内法，在观测中对视野的限制、目测的误差、数据偏差等影响因素相对较小，但利用角度法观测弧垂，经纬仪摆放位置必须与导地线的两悬挂点在一条直线上，且观测的角度太大或太小均会导致误差增加，对结果影响较大。

1.2 驰度板观测弧垂方法

驰度板观测弧垂方法，是在观测档一侧的杆塔上人工绑上弧垂板，另一侧借助观测人员以目视或望远镜的方式进行弧垂观测，分为等长法和异长法两种方式。这种方法在架线施工过程中应用较为广泛，但该观测法容易受到塔高、地形、人为误差等因素制约，线路如已带电运行，也增加了临近带电体作业的风险。驰度板观测法一般不适用于施工验收检测弧垂或线路日常运维检修工作中的弧垂测量。

1.3中点高度法观测弧垂

中点高度法观测弧垂适用于电力线路的地型为平原，在实际的测量的过程中需要首先测量多项距离、角度，再通过计算选定档距中央，通过计算得出导地线弧垂值，中点高度法受地型影响较大，且数据观测多，计算量大。

2 “档侧法”观测导地线弧垂原理及观测方法

2.1 弧垂计算模型对比

导地线弧垂是指相邻两杆塔悬挂点之间，连接的任意一点至导地线间的垂直距离，在工程施工及验收过程中，除了有特别说明外，一般均指导地线中点的弧垂。架空线路由于两悬挂点的距离大，导地线材料的刚性对导地线悬挂于空中的几何形状影响很小，所以可将导地线假定为悬链线。由于悬链计算方程包含有双曲线函数，计算较为复杂，工程实际应用中多采用抛物线计算公式作为替代计算方法，使用抛物线形式计算的结果在精度上能够满足工程精度要求且计算简便。

2.2 测量工器具选择

现阶段输电线路弧垂观测使用的测量工器具多以经纬仪为主，在用到全站仪测量时，大多也以棱镜反射的方式测量。该方式以高空作业为主，作业环境相对比较复杂，不仅增加高空作业风险，且需要劳动力较多，因此如采用免棱镜反射的测量方式，将减少大量的高空作业带来的风险，大大提高测量效率。

激光全站仪免棱镜测量一般是通过假设的三个已知点，通过导线测量和水准测量布设一个施工控制网，再找到一个适合观测的位置架设全站仪通过那三个已知点做后方交汇（见图1）来确定站点，途中A、B、C三点为已知点，P点为待设点，前提是P点不能位于A、B、C三点所确定的外接圆（危险圆）上。通过全站仪的模拟空间计算，得出目标点位的直线距离、高差角度等数据。我们不仅可以将一定范围内测量任意目标的长度、尺寸等数据，也可以通过全站仪建立空间直角坐标系，得出空间任意一点的直角坐标数据。

图1 免棱镜测量方式示意图

2.3 测量原理

“档侧法”观测导地线弧垂，是利用全站仪的免棱镜测量及相对坐标建站的功能，首先设置全站仪建立空间直角坐标系，用此坐标系，分别测量观测档两端导地线两端线夹a、b两点的坐标（x₁，y₁，z₁）和（x₂，y₂，z₂），然后再任意选择导地线上一点c,测量其坐标（x₃，y₃，z₃）。因导地线受重力影响，a、b、c点在同一平面上，且平面竖直垂直于地面，这样就可以通过已知三点坐标，推算出同时通过a、b、c三点的抛物线方程，a、b两点斜长的中点m到抛物线abc的竖直距离mn，即为我们需要得到的中点弧垂f₀。

图2 观测示意图

2.4 观测方法

（1）在架空输电线路观测档档侧视野开阔的任意一点架设全站仪。

（2）使用全站仪，建立空间直角坐标系。

（3）分别测量并记录导地线两端线夹的坐标a（x₁，y₁，z₁）和b（x₂，y₂，z₂），以及导地线任意一点坐标c（x₃，y₃，z₃）的数据。

（4）通过计算，得出导地线弧垂数值f₀。

3 “档侧法”观测导地线弧垂应用分析

3.1 “档侧法”观测导地线弧垂，虽然观测方式简便，减少了观测时间及高空作业风险，但是所观测的数据计算处理难度和工作量相应增加。为此，配合此观测方式已开发基于主流终端平台的专用程序，只需将观测数据由全站仪导出至终端，通过程序直接计算输出结果，检测适应性好、速度快，减少了观测人员计算所带来的工作量，提高了数据处理的效率和计算的准确度。并且该程序可以在计算机、手机、平板等终端运行，无需增加任何工器具，大幅度提高了输电线路架线施工过程中的施工、实测实量、竣工预验收等检查工作质量。

3.2 在输电线路弧垂检查观测工作中，该方法不但能观测本档弧垂，只要在所选观测点的可视范围内、免棱镜量程允许的前提下，可以在同一位置观测多档导地线弧垂，极大的减少了转场所带来的效率影响。

3.3 “档侧法”观测导地线弧垂已在多条220千伏、500千伏线路新扩建工程中应用，对相同观测档分别角度法、驰度板观测法及本观测方法进行了导地线弧垂观测，从观测地点选择、观测数据量、计算时间及准确率和误差等方面进行对比，结果证明该方法在时间、效率等方面具有较大的优势，且误差因素影响较小，观测结果完全能够满足施工及验收的需要。

3.4 本程序在实现观测导地线弧垂的基础上，可对其进行后续开发，系列化研发各种模块功能，逐步实现输电线路工程基础高差、插入式角钢倾斜，塔材倾斜及预偏、绝缘子倾斜、间隔棒间距等更多现场数据检测功能，进一步打造输电线路现场智能自动化检测新模式。

参考文献

[1]潘正风等.数字测图原理与方法（第二版）[M]．武汉：武汉大学出版社，2002.

[2]唐云岩.送电线路测量[M].北京：中国电力出版社,2004.

[3]邵天晓.架空送电线路的电线力学计算（第二版）[M]. 北京：中国电力出版社,2003.

作者简介：

1.郎博宇（1988.07.12—），性别：男，籍贯：北京，民族：汉族，学历：大学本科，职称：经济师，研究方向：输变电工程建设与管理。

2.马博韬（1993.09.28—），性别：男，籍贯：河北，民族：汉族，学历：硕士研究生 职称：助理工程师 研究方向：输变电工程建设与管理。

3.段正阳（1989.11.18-），性别：男，籍贯：河北，民族：汉族，学历：硕士，职称：工程师，研究方向：输变电工程建设与管理

4.王帅（1984.10.31—），性别：男，籍贯：河北，民族：满族，学历：大学本科，职称：高级工程师，研究方向：电力技术。