蔣峰景， 吳 翔， 吳 睿， 凌 勁， 劉勝杰

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司， 安徽 合肥 231131)

0 引言

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，人們對電能的需求不斷增長，線路輸送容量不斷增大，保證輸電線路的安全穩(wěn)定運行顯得尤為重要，而線路弧垂是輸電線路安全運行的重要指標，在輸電線路架線過程中，需要開展弧垂測量，以滿足設計要求；在輸電線路提高輸送容量過程中，動態(tài)增容技術(shù)是其實現(xiàn)的重要手段，而線路弧垂決定了該技術(shù)的上限；在輸電線路融冰過程中，直流融冰技術(shù)應用最為廣泛，而線路弧垂影響著施加的直流電壓的大小。因此，開展輸電線路弧垂測量研究十分必要。

國內(nèi)外對輸電線路弧垂測量開展了許多針對性的研究，取得了豐碩的成果。目前弧垂觀測的方法有等長法、異長法、角度法和平視法[1-3]。在進行測量時，為避免檔距、懸掛點高差在測量時的影響，減少現(xiàn)場計算量以及掌握弧垂的實際誤差范圍，應首先選用異長法和等長法。當客觀條件受到限制，不能采用異長法和等長法觀測時，可選用角度法進行觀測。如果某些地區(qū)地形復雜，桿塔間高差大，弧垂高于較低的桿塔，異長法、等長法和角度法均不能達到觀測弧垂的允許范圍且難以掌握實際觀測誤差，可以考慮用平視法來觀測導線的弧垂。但這些方法不能滿足現(xiàn)場生產(chǎn)的全部需要，為進一步彌補現(xiàn)場生產(chǎn)瓶頸，提出了一種在檔外視野范圍內(nèi)測量弧垂的新策略，可稱為“兩點法”。該方法只需兩導線懸掛點在視野范圍內(nèi)，不受地形、線路運行情況及線路臺賬等條件限制，且具有易操作、易實現(xiàn)、結(jié)果準確等特點，非常適合現(xiàn)場應用。

1 弧垂測量實現(xiàn)策略

“兩點法”實現(xiàn)的弧垂測量，具體是先選取任意兩基準點作為兩經(jīng)緯儀的擺放位置，確定兩經(jīng)緯儀間的距離，經(jīng)緯儀對中，整平后，測量兩基準點距離及基準點與導線懸掛點間的水平角及傾角，推導算出最大弧垂位置的水平偏轉(zhuǎn)角；然后調(diào)節(jié)經(jīng)緯儀水平偏轉(zhuǎn)該角度，調(diào)節(jié)目鏡，找到最大弧垂點，測量其仰角，最后推出最大弧垂計算公式；針對傳統(tǒng)計算方法效率低的缺點，考慮運用java語言編寫計算程序，錄入觀測參數(shù)即可迅速而準確地計算弧垂。該方法適用于前期資料收集、線路資料設計值與實際情況有出入、融冰線路或者現(xiàn)場情況不明條件下的測量，測量工作人員僅需攜帶經(jīng)緯儀、皮尺或卷尺、電腦即可一人在現(xiàn)場完成所有測量工作，操作簡單，在工程上具有極強的推廣應用價值。

具體操作和分析如下：

(1)在線路附近，視野范圍內(nèi)找到合適的兩基準點z1、z2，用皮尺或卷尺測量兩基準點間的距離l。

(2)將兩臺經(jīng)緯儀安放在兩基準點z1、z2上，對中、整平后，測量兩基準點與導線懸掛點間的水平角及傾角，為方便分析，在適當位置建立空間直角坐標系，如圖1所示。

圖1 兩點法弧垂測量示意圖

圖1中：|AQ1|為基塔A距離地面的距離；|BO|為基塔B距離地面的距離；Z1、Z2為兩臺經(jīng)緯儀安放位置；D點為基塔A、B水平距離中點垂線與導線交點；Q、Q1分別為Z1、Z2所在平面與直線AQ1、直線BO的交點；C、E分別為AB、QQ1中點。

1)先通過經(jīng)緯儀測量水平角∠Q1Z1Z2、∠Q1Z2Z1、仰角∠AZ1Q1，設其分別為?1、?2、θ1；計算Z1點距離基塔A的水平距離|Q1Z1|和基塔A距離Z1、Z2點所在水平面的距離|AQ1|；計算如下。

在ΔQ1Z1Z2中，由三角形邊長定理可得到公式(1)：

(1)

式(1)中，|Q1Z1|為Z1點距離基塔A的水平距離、l為兩基準點Z1、Z2間的距離，?1、?2、θ1分別為經(jīng)緯儀測量得到的水平角∠Q1Z1Z2、∠Q1Z2Z1、仰角∠AZ1Q1的大小。

在ΔAQ1Z1中，由三角形邊長定理也可得到公式(2)：

(2)

式(2)中， |AQ1|為A點到Q1點的距離， |Q1Z1|為Q1點到Z1點間的距離，l為兩基準點Z1、Z2間的距離， ?1、?2、θ1分別為經(jīng)緯儀測量得到的水平角∠Q1Z1Z2、 ∠Q1Z2Z1、仰角∠AZ1Q1的大小。

2)同理，再通過經(jīng)緯儀測量水平角∠QZ1Z2、∠QZ2Z1、仰角∠BZ1Q，設其分別為γ1、γ2、θ1；計算Z1點距離基塔B的水平距離|QZ1|和基塔B距離Z1、Z2點所在水平面的距離|BQ|，易得到公式(3)、公式(4)：

(3)

式(3)中，|QZ1|為Z1點距離基塔B的水平距離，l為兩基準點Z1、Z2間的距離γ1，γ2、θ2分別為經(jīng)緯儀測量的水平角∠QZ1Z2、∠QZ2Z1。

(4)

式(4)中，|BQ|為B點到Q點的距離，|QZ1|為Q點到點Z1的距離；γ1、γ2、θ2分別為經(jīng)緯儀測量的水平角∠QZ1Z2、∠QZ2Z1、仰角∠BZ1Q。

3)計算基塔A、B檔距|QQ1|，由余弦定理可得到公式(5)：

(5)

式(5)中，|QQ1|為Q點到Q1點的距離，|Q1Z1|為Q1點到Z1點的距離，|QZ1|為Q點到Z1點的距離，?1為經(jīng)緯儀測量得到的水平角∠QZ1Z2，γ1為經(jīng)緯儀測量的水平角∠QZ1Z2。

(3)找到兩桿塔水平距離中點垂線與導線交點D，測量其仰角∠DZ1E，令∠DZ1E=μ1，具體分析如下。

1)先推導出偏轉(zhuǎn)角度∠Q1Z1E，可令∠Q1Z1E1=φ，計算如下。

先令∠QQ1Z=δ，在中∠QQ1Z1，可得到公式(6)：

(6)

式(6)中，δ為∠QQ1Z1的大小，|Q1Q|為Q點到Q1點的距離，|Q1Z1|為Q1點到Z1點的距離，|QZ1|為Q點到Z1點的距離。

在ΔQQ1E中，可得到公式(7)：

(7)

式(7)中，|EZ1|為E點到Z1點的距離，|Q1Q|為Q點到Q1點的距離，|Q1Z1|為Q1點到Z1點的距離，δ為∠QQ1Z1的大小。

在ΔQ1Z1E中,可得到公式(8):

(8)

式(8)中，φ為偏轉(zhuǎn)角度∠Q1Z1E的大小，|Q1Z1|為Q1點到Z1點的距離，|EZ1|為E點到Z1點的距離，|QQ1|為Q點到Q1點的距離。

2)以Z1與基塔A水平方向為基準線，即直線Z1Q1，將Z1點經(jīng)緯儀向?qū)Ь€中間位置水平偏轉(zhuǎn)角度φ。

3)調(diào)整目鏡，找到D點，測仰角∠DZ1E，令∠DZ1E=μ1。

4)計算最大弧垂f，可得到公式(9)：

(9)

式(9)中，f為導線最大弧垂，μ1為仰角∠DZ1E的大小,|AQ1|為A點到Q1點的距離,|BQ|為B點到Q點的距離,|EZ1|為E點到點Z1的距離。

上述操作中也可只使用一臺經(jīng)緯儀，但需要來回移動經(jīng)緯儀位置到Z1、Z2點。

2 java程序?qū)崿F(xiàn)

開展弧垂計算時若通過傳統(tǒng)計算方法計算，效率低且容易出錯，本文利用java語言編寫計算程序，錄入觀測參數(shù)即可迅速而準確地計算弧垂。其主程序編寫如下：

public class Calculate

{

double Q1Z1,QZ1,EZ1,QQ1;

public Calculate(double l,double alpha1,double alpha2,double gamma1,double gamma2)

{

double sinr1r2,sing1g2;

sinr1r2=Math.sin((alpha1+alpha2)*Math.PI/180);

sing1g2=Math.sin((gamma1+gamma2)*Math.PI/180);

Q1Z1=l*Math.sin(alpha2*Math.PI/180)/sinr1r2;

QZ1=l*Math.sin(gamma2*Math.PI/180)/sing1g2;

QQ1=Math.sqrt(Q1Z1*Q1Z1+QZ1*QZ1-2*Q1Z1*QZ1*Math.cos((alpha1-gamma1)*Math.PI/180));

double COSTHETA=(QQ1*QQ1+Q1Z1*Q1Z1-QZ1*QZ1)/(2*Q1Z1*QQ1);

EZ1=Math.sqrt((1.0/4)*QQ1*QQ1+Q1Z1*Q1Z1-QQ1*Q1Z1*COSTHETA);

}

public String Calculate2()

{

doublephi=180.0/PI*Math.acos((Q1Z1*Q1Z1+EZ1*EZ1-(1.0/4)*QQ1*QQ1)/(2*Q1Z1*EZ1));

String out1=String.format("%.2f", phi);

return out1;

}

public String Calculate3(double theta1,double theta2,double mu)

{

double AQ1,BQ,DE;

AQ1=Q1Z1*Math.tan(theta1*Math.PI/180);

BQ=QZ1*Math.tan(theta2*Math.PI/180);

DE=EZ1*Math.tan(mu*Math.PI/180);

doubleff=(1.0/2)*(AQ1+BQ)-DE;

String out1=String.format("%.5f", ff);

return out1;

}

}

計算界面如圖2所示。

圖2 “兩點法”java計算界面

3 應用案例

為驗證該策略的正確性，文中對某500 kV輸電線路開展弧垂測量。選取其中2個區(qū)段測量弧垂大小，測量結(jié)果與設計理論值對比進行分析。分析如下。

選取某區(qū)段1，查閱資料其設計的弧垂大小為3.10 m，利用本文中的方法開展測量，輸入測量的參數(shù)結(jié)果如圖3所示。

圖3中，依據(jù)本文測量方法，弧垂計算結(jié)果為3.193 35 m，誤差大小為3%，考慮測量誤差及導線的熱脹冷縮，可認定誤差在合理范圍內(nèi)，且測量結(jié)果較為準確。

圖3 某500 kV輸電線路區(qū)段1弧垂測量結(jié)果

選取某區(qū)段2，查閱資料其設計的弧垂大小為3.3 m，利用本文中的方法開展測量，輸入測量的參數(shù)結(jié)果如圖4所示。

圖4 某500 kV輸電線路區(qū)段2弧垂測量結(jié)果

圖4中，依據(jù)本文測量方法，弧垂計算結(jié)果為3.376 39 m，誤差大小為2%，考慮測量誤差及導線的熱脹冷縮，可認定誤差在合理范圍內(nèi)，且測量結(jié)果較為準確。

綜上所述，基于java實現(xiàn)的輸電線路弧垂測量策略能夠快速、準確地實現(xiàn)對輸電線路弧垂的測量。

4 結(jié)束語

一種基于Java實現(xiàn)的輸電線路弧垂測量策略，通過經(jīng)緯儀測量參數(shù)錄入計算程序，快速得到最大弧垂，在工程上具有極強的推廣應用價值。但在選擇基準點時，為減小誤差，我們應盡量選擇同一水平面上的兩點，且在基準點均能用經(jīng)緯儀觀測到導線兩端懸掛點。