輸電線路專用測距儀的研制與應用

趙俊杰　梁加凱　何德華　蔣興森　管祥宇

摘 要：跳線馳度與防振錘安裝距離的測量是輸電線路桿塔驗收作業中必不可少的項目?，F有的塔上測量方法，需兩人配合進行，測量過程受風吹、陽光等天氣影響，存在測量耗時長、測量精度低等不足。本文基于激光測距原理，設計了一種桿塔專用測距儀，可在塔上遠距離、非接觸測量跳線馳度與防振錘安裝距離?，F場試用表明，該儀器具有測量便捷快速、精度高等優點，效果顯著，推廣應用前景良好。

關鍵詞：輸電線路；跳線馳度；防振錘安裝距離；激光測距

1 前言

輸電線路桿塔作為一種特殊的建筑物，承擔著支承導線和地線，并使導線與導線之間，導線和架空地線之間，導線與桿塔之間，以及導線對大地和交叉跨越物之間有足夠的安全距離的作用，良好的桿塔設計與施工將決定線路運行和維護的難易程度。因此，輸電線路桿塔在正式投入使用時需進行驗收，核對其施工建設與設計是否相符。在驗收過程中，輸電桿塔由于其特殊的結構，作業人員在高處測量桿塔設計尺寸時存在一定的難度，某些測量工作無法進行或測量誤差大，且作業人員在測量過程中也存在一定的安全隱患。為此，本文研發了一種適合高壓輸電線路桿塔上使用的操作便捷快速、測量精準的高空測量儀器。

2 現有測距方法存在的問題

現有輸電線路桿塔驗收時進行的測量工作主要有以下兩種：（1）測量跳線馳度；（2）測量防振錘安裝距離?，F有方法測量跳線馳度時，需要2名人員配合，一人于橫擔頭處豎直向下垂放卷尺或測量棒，另一人沿塔身下爬至跳線最低點水平處，觀察卷尺或測量棒在此處的豎直讀數（見圖1）；測量防振錘安裝距離時，需作業人員沿導線朝防振錘移動，使用卷尺測量防振錘至線夾或壓接管的距離（見圖2）?，F有的測量方法存在以下問題：

（1）使用該種方法測量跳線馳度時，卷尺或測量棒在空中易偏斜，驗收人員難以保持豎直，存在測量方法的誤差；風、霧、強光等惡劣天氣會嚴重影響驗收人員的測量讀數，導致測量精度低。以220kV線路跳線馳度3m的跳線為例，2013年驗收過程中，某輸電運檢室驗收過程中的測量結果與實際值誤差為±14cm。

（2）測量跳線馳度工作效率低，作業人員需反復上下移動找觀察位置，耗費時間長。據統計，單次測量時間為3.15min，且需2名作業人員相互配合，影響驗收作業人員配置。

（3）防振錘安裝距離測量過程中，作業人員坐于單根導線上緩慢移動，耗費時間長，且測量過程中存在易不慎墜落的風險。

3 輸電線路專用測距儀的研制

鑒于現有測量方法存在的上述問題，本文決定研制出一種輸電線路專用測距儀，應用于輸電線路桿塔驗收工作中。研究上述兩項測量工作，跳線馳度為跳線最低點至橫檔處的距離；防振錘安裝距離為防振錘至導線夾或壓接管處的距離，兩者實質均為測量特定兩目標物間的直線距離。沿著這一思路，針對現有測量方法的不足，結合輸電線路驗收工作的實際需要。新型測距儀拋棄了以往測量中實物比對的接觸測量方法，采用激光測距原理，測量儀器至兩目標物間的距離以及兩目標物間的測距夾角，最終能實現遠距離、非接觸測量兩目標物間的直線距離。

輸電線路專用測距儀整體尺寸為1400mm×900mm×60mm，質量為0.31kg，主要由5部分組成：脈沖激光器、角度傳感器、數據處理器、顯示屏、儀器外殼。測距儀內部集成的兩個脈沖激光器，能同時對距離10m內兩目標物發射單次激光脈沖，測量激光脈沖到目標的往返時間，由此計算出目標距離。當測距系統計算出光由激光器射出并返回到接收器的時間2t后，激光器到放射物體的距離=光速（c）×時間（2t）/2，即距離=ct，最后分別測量出儀器到兩目標物之間的直線距離。脈沖激光器對準目標物時，角度傳感器動作，測出兩個脈沖激光器朝向之間的角度差θ。數據處理器讀取脈沖激光器測量的目標距離以及角度傳感器采集的角度數據，進行計算處理，由公式，并考慮實際測量中由于信號延遲、誤差等原因對基本公式進行多方面修正，最終算出兩目標物間的距離L，并將其輸出到顯示屏（原理圖見圖3、圖4）。儀器外殼對整個儀器起到了支持、保護的作用。

新型測距儀的測量步驟如下：（1）選擇與目標物間無視線阻礙的測量位置，啟動儀器；（2）根據測量跳線馳度或防振錘安裝距離的功能選擇，將兩脈沖激光器對準特定的兩目標物；（3）點擊測量按鈕，儀器自動讀出其與目標物間的直線距離，以及兩脈沖激光器間的角度差，并計算得出兩目標物間的直線距離；（4）最終將結果輸出到顯示屏，測量完畢。

4 應用成效

為了驗證輸電線路專用測距儀的實用性，某輸電運檢室在2014年6月至2015年6月期間，輸電線路桿塔驗收使用該測距儀進行測量工作（見圖5）。驗收過程中，作業人員分別用原測量方法和輸電線路專用測距儀兩種方法測量跳線馳度和防振錘安裝距離，對測量誤差和耗費時間進行了統計（見表1）。

由表1現場測量記錄數據可知，使用新型測距儀后，測量跳線馳度平均耗費時間由原來的3.1min減為0.5min，測量誤差由原來的±15 cm變為±1cm；測量防振錘安裝距離平均耗費時間由原來的2.3min減為0.6min，測量誤差由原來的±8cm變為±1cm。顯然，新型測距儀的使用，減少了測量作業耗費的時間。需要注意的是，跳線馳度測量工作原本需要2名作業人員配合，而使用新型測距儀時僅需1名作業人員，優化了人員配置，從而提高了整體工作效率。這些優點得益于新型測距儀使用激光遠距離測量技術，只需選擇與被測物無視線阻擋的測量位置，在有效距離10m內就能將激光測距誤差控制在±1cm以內，精度完全滿足桿塔驗收要求。這不再需要作業人員移動至特定的測量位置開展工作，減少了其塔上移動所耗費的時間和特殊測量位置的高墜風險。在測量過程中，只需確保激光點對準了被測物，儀器就能自動讀取數據，輸出測量結果，測量結果不受風、霧、陽光等天氣影響，同時杜絕了驗收人員因觀察角度不同帶來的人為誤差。

5 結束語

隨著國家電網的進一步發展，線路的驗收工作將越來越頻繁。研制的輸電線路專用測距儀已通過國家實用、發明兩項專利初審，其大量的現場應用證明使用該新儀器能夠提高測量精度，優化驗收作業人員配置，極大地提高工作效率，消除安全風險。在實際驗收作業應用中產生了良好的經濟和社會效益，具有非常好的推廣應用價值。

參考文獻

[1]卓放，楊旭，李勝勇，等.變電所輸電線路故障點測距儀的研制[J].電測與儀表，1997（7）：16-19.

[2]王世俊.攝影測量學[M].北京：繪測出版社，2009.