許建清，康宇斌，王昌幼，謝 偉

（江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 211102）

基于架空輸電線路弧垂測量法的研究

許建清，康宇斌，王昌幼，謝 偉

（江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 211102）

對于采用異長法、等長法、角度法和平視法等常規(guī)方法來測量輸電線路弧垂不能滿足時，提出了利用導(dǎo)線垂直投影點(diǎn)來觀測弧垂的方法，并對導(dǎo)線垂直投影線上能夠架設(shè)測量儀器和不能架設(shè)測量儀器的不同情況的測量方法進(jìn)行了論述，最后通過實(shí)例驗(yàn)證了創(chuàng)新測量方案的便捷性和準(zhǔn)確性，為生產(chǎn)一線的弧垂測量提供了技術(shù)保障。

輸電線路；垂直投影；弧垂測量

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對電力能源的需求不斷增多，輸電線路的輸送容量隨之增大，導(dǎo)致架空輸電線路的導(dǎo)線弧垂增大。當(dāng)導(dǎo)線弧垂增大到一定值后，容易導(dǎo)致架空輸電線路凈空距離不足，從而引起跳閘事故的發(fā)生。因此對于架空輸電線路的弧垂要進(jìn)行不定期跟蹤測試，以便及時掌握輸電線路的運(yùn)行狀態(tài)，確保線路的安全運(yùn)行。

目前導(dǎo)線弧垂觀測的方法一般有異長法、等長法（平行四邊形法）、角度法和平視法。在實(shí)際操作時，為了操作簡便，避免檔距、懸掛點(diǎn)高差在測量時的影響，減少現(xiàn)場計(jì)算量以及掌握弧垂的實(shí)際誤差范圍，應(yīng)首先選用異長法和等長法。當(dāng)客觀條件受到限制，不能采用異長法和等長法觀測時，可選用角度法進(jìn)行觀測。如果采用異長法、等長法和角度法都不能達(dá)到觀測弧垂的允許范圍或難以掌握實(shí)際觀測誤差時，才考慮用平視法來觀測導(dǎo)線的弧垂。但這些方法不能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的全部需要，為進(jìn)一步彌補(bǔ)現(xiàn)場生產(chǎn)瓶頸，提出了利用導(dǎo)線垂直投影點(diǎn)來觀測弧垂的方法，并通過實(shí)例驗(yàn)證創(chuàng)新測量方案的便捷性和準(zhǔn)確性，為生產(chǎn)一線的弧垂測量提供技術(shù)保障。

1 現(xiàn)有導(dǎo)線弧垂測量法存在的問題

（1） 采用檔端法時儀器安放點(diǎn)（檔外、檔內(nèi)法時為塔尺近點(diǎn)）以及另一端塔尺點(diǎn)（檔外、檔內(nèi)法為塔尺遠(yuǎn)點(diǎn)）確定困難。這2個點(diǎn)應(yīng)該為耐張串掛點(diǎn)的垂直投影點(diǎn)、懸垂串懸垂線夾出口處的垂直投影點(diǎn)，并非平常所說的檔距的2個端點(diǎn)，而是形成1個弧垂檔距的2個點(diǎn)。

（2） 施工定位時，有時直線塔基礎(chǔ)為避讓綠化、地下管線、建筑物等會發(fā)生線路方向上數(shù)米的變更。這種小距離的變動往往不作設(shè)計(jì)變更。這就導(dǎo)致資料數(shù)據(jù)和現(xiàn)場實(shí)際存在出入，不能直接使用。

（3） 弧垂檔距的2個點(diǎn)在實(shí)際測量中順線路在左右方向的導(dǎo)線投影點(diǎn)、橫線路在前后方向的掛點(diǎn)投影點(diǎn)確定困難，測量中只有當(dāng)這2個點(diǎn)重合時，才能確定為檔端儀器安放點(diǎn)及塔尺點(diǎn)。

（4） 采用檔端法測量時，弧垂觀測檔一端視點(diǎn)與導(dǎo)線懸掛點(diǎn)距離值a確定困難，首先查閱圖紙資料得出耐張串掛點(diǎn)或懸垂串懸垂線夾高度，同時在現(xiàn)場確定儀器安放點(diǎn)與桿塔施工基面的高差。

（5） 采用檔側(cè)法測量時，需要確定檔距中點(diǎn)位置和垂直線路方向的1個確定距離的觀測點(diǎn)，但往往因地形限制和測定復(fù)雜很少使用。

（6） 測量弧垂檔距時困難。一是容易被測量檔距內(nèi)現(xiàn)場植被、障礙物阻擋而影響照準(zhǔn)及讀數(shù)；二是在采用檔外法測量輸電線路弧垂時，測量檔距過大、且儀器點(diǎn)與最近的測點(diǎn)距離可能存在距離遠(yuǎn)而影響讀數(shù)精準(zhǔn)。實(shí)際測量時還要考慮弧垂檔距的2個點(diǎn)的高差、b值（弧垂觀測檔另一端視點(diǎn)與懸掛點(diǎn)距離值）不能太小等問題。

以上問題表明，當(dāng)前采用檔端法、檔外法、檔內(nèi)法、檔側(cè)法測量輸電線路弧垂時，存在前期準(zhǔn)備及現(xiàn)場工作量太大、測量工作困難的問題。

2 基于導(dǎo)線垂直投影點(diǎn)的弧垂測量法

導(dǎo)線垂直投影線，也是弧垂測量的基準(zhǔn)線，如圖1所示。儀器查找導(dǎo)線垂直投影線的方法如圖2所示。

圖1 導(dǎo)線垂直投影線

圖2 儀器查找導(dǎo)線垂直投影線

測量人員一次就能將儀器架設(shè)到導(dǎo)線垂直投影線上的概率太低。為快速找到導(dǎo)線垂直投影線以減少測量誤差，只能像圖2中，以遠(yuǎn)側(cè)的掛點(diǎn)為第1參照點(diǎn)，然后轉(zhuǎn)動鏡筒180°，以近側(cè)掛點(diǎn)為第2觀測點(diǎn)，調(diào)整經(jīng)緯的位置，通過反復(fù)的查找直至觀測到目標(biāo)掛點(diǎn)。通過反復(fù)的測量，測量人員用儀器查找導(dǎo)線垂直投影線會越來越輕松， 導(dǎo)線垂直投影線的精確選取在垂直投影線上能夠架設(shè)測量儀器的情況下進(jìn)行弧垂測量。

2.1 導(dǎo)線垂直投影線上能夠架設(shè)測量儀器

2.1.1 中點(diǎn)直接測量法

中點(diǎn)直接測量法的方法及步驟如下。

（1） 將儀器架在導(dǎo)線的地面垂直投影線上任一點(diǎn)，并用儀器在地面找出O點(diǎn)；鏡筒對準(zhǔn)該導(dǎo)線任一懸掛點(diǎn)，將水平角置零；左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)90°，在該方向上選擇一點(diǎn)A點(diǎn)，并使A點(diǎn)要能夠同時通視導(dǎo)線兩端掛點(diǎn)，并讀出平距L。

（2） 將儀器搬至A點(diǎn)，對中整平，視O點(diǎn)，復(fù)讀平距L，垂直方向測量如圖3所示，將鏡筒分別對準(zhǔn)導(dǎo)線兩端掛點(diǎn)B，C點(diǎn)（B點(diǎn)或C點(diǎn)為直線桿為導(dǎo)線線夾出口處或耐張桿為導(dǎo)線橫擔(dān)掛點(diǎn)），分別讀出仰角α′和β′及水平角α和β。水平方向測量如圖4所示。利用直角三角形三角函數(shù)關(guān)系分別算出l1，l2，l3，l4，再通過仰角α′，β′算出導(dǎo)線掛點(diǎn)相對高程Hb，Hc，即：l1=l×tanα；l2=l×tanβ；l3=l/cosβ；Hb=l4×tanα′；Hc= l3×tanβ′。

（3） 如圖4，可得：

（4） 將鏡筒對準(zhǔn)O點(diǎn)，將水平角置零，左轉(zhuǎn)λ角度，確定Z點(diǎn)水平方向，然后儀器上切Z點(diǎn)上方導(dǎo)線，讀出仰角θ，如圖3所示，即可算得：

（5） 求出中點(diǎn)Z的弧垂：f=Hc+Δhfx-Hz。

2.1.2 近似測量法

為簡化現(xiàn)場測量，在誤差允許的范圍內(nèi)也可以采取以下近似測量法，其測量示意圖與圖3、圖4一樣，只是測量數(shù)據(jù)有所不同，其方法及步驟如下。

（1） 同上述2.1.1節(jié)介紹的中點(diǎn)直接測量法，測量出OA長度l，水平角α，β及仰角α′，β′和θ，然后計(jì)算l1，l2，高程Hb，Hc，Ho。

圖3 垂直方向測量示意

圖4 水平方向測量示意

（2） 利用相似三角形原理算出B，C點(diǎn)在O點(diǎn)處高差Δhfx（設(shè)B點(diǎn)比C點(diǎn)高，若等高則無需計(jì)算，高差為0）：

（3） 計(jì)算出O點(diǎn)處導(dǎo)線弧垂：fox=Δhfx+Hc-Ho。

（4） 最后利用近似公式算出中點(diǎn)弧垂：

綜上所述，2.1.1節(jié)和2.1.2節(jié)介紹的2種利用導(dǎo)線垂直投影線的測量方法可測出導(dǎo)線上任意一點(diǎn)的相對高程，只需要將鏡筒瞄準(zhǔn)所要測的點(diǎn)M，讀出M點(diǎn)與O點(diǎn)的夾角λ，就可知lx，l3。同理就可算出M點(diǎn)的相對高程，對準(zhǔn)確測量輸電線路導(dǎo)線與跨越物的垂直距離有實(shí)際意義。導(dǎo)線垂直投影線利于儀器架設(shè)時，測量任意點(diǎn)相對高程的水平方向測量如圖5所示。

2.2 垂直投影線上不利于儀器架設(shè)的測量情況

長江南岸境內(nèi)的陸域展布大小不等的沿江湖泊、塘等地表水體，區(qū)內(nèi)降水豐沛，地表徑流通暢，地表水系發(fā)育。池州市水系主要有秋浦河、白洋河、九華河、平天湖、查村湖等。

當(dāng)導(dǎo)線垂直投影線上不利于儀器架設(shè)的測量時，其測量步驟及方法如下。分別為如圖6和圖7。

圖5 相對高程測量時水平方向示意

圖6 儀器偏離投影線時垂直方向測量示意

圖7 儀器偏離投影線時水平方向測量示意

（1） 在測量檔側(cè)面，略平行于線路的方向上取O，A 2點(diǎn)，儀器支于A點(diǎn)，測量出lAO的水平距離l，讀出水平角∠BAO=α7，∠CAO=α6。

（2） 同步驟1，儀器再支于O點(diǎn)，復(fù)測O點(diǎn)與A點(diǎn)的水平距離l，讀出水平角度∠BOA=α5，∠COA=α4，即可利用三角形內(nèi)角和等于180°原理計(jì)算可得：α3=180°-α5-α7，α2=180°-α6-α4。利用正弦定理，分別 計(jì) 算 出：lb=lcosα7+lsinα7tan（90°-α3），lc=lcosα4+lsinα4tan（90°-α2）。

（3） 將鏡筒各指向B，C 2點(diǎn)，讀出α1的水平角度，同時讀出B，C 2點(diǎn)各自的仰角θ1，θ2并作好記錄，并算出Hb及Hc。

（4） 利用余弦定理算出：

l1=lc×cosα，la=lc×sinα。

（5） 將鏡筒由C點(diǎn)左移β的角度，β=90°-α，確定M點(diǎn)；設(shè)Z點(diǎn)為BC水平連線的中點(diǎn)，l2= L/2，l3=l2-l1，利用勾股定理算出再用反三角函數(shù)關(guān)系算出水平角λ=arctan（l3/ ld），然后將鏡筒自M點(diǎn)起左轉(zhuǎn)λ角度，上切導(dǎo)線，讀出仰角θ，可得：Hz=lx×tanθ；hx=Hb-Hc；Δhfx=hx/2。

（6） 求出中點(diǎn)Z的弧垂：f=Hc+Δhfx-Hz。

3 實(shí)例論證

實(shí)測500 kV任上5238線492號（直）—493號（直）導(dǎo)線弧垂，其測量過程簡述如下。

（1） 將儀器架設(shè)在該檔中相左下導(dǎo)線（面向492號方向）的垂直投影線上一點(diǎn)，設(shè)為O點(diǎn)，目測該點(diǎn)距離492號較遠(yuǎn)，距離493號較近。

（2） 儀器瞄準(zhǔn)該導(dǎo)線492號線夾處導(dǎo)線中央，將水平角置零，左轉(zhuǎn)90°，在該方向上利于測量的位置上取A點(diǎn)，測得O點(diǎn)與A點(diǎn)的水平距離為58.8 m。

（3） 將儀器搬至A點(diǎn)，對中整平，后視O點(diǎn)，復(fù)讀水平距離58.8 m，將水平角置零，左轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)該導(dǎo)線的測量檔內(nèi)492號懸垂線夾導(dǎo)線出口處（B點(diǎn)），讀得水平轉(zhuǎn)角α=79°18′35″，仰角α′=7°32′26 ″，右轉(zhuǎn)瞄準(zhǔn)該導(dǎo)線的測量檔內(nèi)493號懸垂線夾導(dǎo)線出口處（C點(diǎn)），讀得水平轉(zhuǎn)角β=63°24′07″，仰角β′=15°25′08″。算得B點(diǎn)距離O點(diǎn)l1=311.480 m，算得C點(diǎn)距離O點(diǎn)l2=117.431 m，算得C點(diǎn)距離A點(diǎn)l3=131.330 m，算得B點(diǎn)距離A點(diǎn)l4=316.981 m，測量檔距L=l1+ l2=311.480+117.431=428.911 m，算得492號測量點(diǎn)相對高程Hb=41.960 m，493號測量點(diǎn)C相對高程Hc=36.221 m。

（4） 中點(diǎn)Z距離C點(diǎn)為214.456 m，算得Z點(diǎn)距離O點(diǎn)l5=214.456-117.431=97.025 m。

（5） 利用反三角函數(shù)算得Z，O 2點(diǎn)在A點(diǎn)處的夾角λ=58.783°=58°46′59″ ，將鏡筒自O(shè)點(diǎn)起左轉(zhuǎn)58°46′59″ ，上切導(dǎo)線讀得仰角θ=10°56′13″，算得Z，A 2點(diǎn)的距離lx=113.452 m，Z點(diǎn)上方導(dǎo)線的相對高程Hz=21.923 m，算得Δhfx=2.870 m，中點(diǎn)Z的弧垂：

f=Hc+Δhfx-Hz

=36.221+2.870-21.923

=17.168 m。

這種方法便于理解，計(jì)算簡單，可作為輸電線路弧垂測量的首選。

4 結(jié)束語

（1） 上述創(chuàng)新測量技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是要在1個或2個放置儀器的觀測點(diǎn)能同時觀測到被測量導(dǎo)線的兩端掛點(diǎn)，并能完成該檔導(dǎo)線的弧垂測量。對于現(xiàn)場實(shí)測，一般總能找到這樣的觀測點(diǎn)，相對傳統(tǒng)4種弧垂測量方法，現(xiàn)場測量存在的困難較少。

（2） 通過實(shí)測實(shí)例的推演驗(yàn)證，可得出基于架空輸電線路導(dǎo)線垂直投影點(diǎn)弧垂測量方法便于理解，計(jì)算簡單，能夠有效避免常規(guī)測量方法前期準(zhǔn)備工作較多、工作量大等問題。因此該方法可作為現(xiàn)場觀測檔弧垂測量的首選測量方法。

（3） 相對于傳統(tǒng)檔側(cè)角度法測量，創(chuàng)新觀測方法，即基于架空輸電線路導(dǎo)線垂直投影點(diǎn)的方法，確定被觀測導(dǎo)線地面垂直投影線的橫線路方向觀測點(diǎn)，大大減少了檔側(cè)角度法觀測的誤差。尤其是在導(dǎo)線垂直投影線上不利于儀器架設(shè)的情況下，創(chuàng)新利用輔助線段并解幾個任意三角形，實(shí)現(xiàn)弧垂觀測，能夠解決在復(fù)雜地形條件下，使用當(dāng)前傳統(tǒng)弧垂觀測方法不能觀測的技術(shù)難題，具有較好的工程應(yīng)用價(jià)值。

通過系統(tǒng)研究論證，可確定上述研究創(chuàng)新的幾種輸電線路弧垂測量方法，有利于在無測量前期準(zhǔn)備工作，對不明現(xiàn)場情況下的測量。測量工作人員只需攜帶傳統(tǒng)測量器材、計(jì)算器、筆、紙，即可在現(xiàn)場完成所有測量工作，操作簡單，具有普遍推廣的工程應(yīng)用價(jià)值。

1 王 暉.輸電線路交叉跨越等級管理研究與探討［C］.第四屆全國架空輸電線路技術(shù)交流研討會，濟(jì)南，2013.

2 中華人民共和國國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會.DL/T 5146-2001 35 kV-220 kV架空送電線路測量技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國電力出版社，2001.

3 張正祿.工程測量學(xué)［M］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2005. 4 唐云巖.送電線路測量［M］.北京：中國電力出版社，2004.

5 康宇斌，卞玉萍.特殊環(huán)境中輸電線路的一種弧垂觀測方法［J］.供用電，2011，28（05）：70-73.

6 鄭曉凡，曾璧環(huán).拋物線式檔端角度觀測法測控架空電力線弧垂的誤差分析［J］.浙江電力，2011，30（04）：27-29.

2016-03-16。

許建清（1977-），男，工程師，主要從事輸電運(yùn)檢工作，email：443481876@qq.com。

康宇斌（1978-），男，高級工程師，主要從事輸電運(yùn)檢工作。

王昌幼（1980-），男，工程師，主要從事輸電運(yùn)檢工作。

謝 偉（1985-），男，工程師，主要從事輸電運(yùn)檢工作。