输电线路专用测距仪的研制与应用

赵俊杰　梁加凯　何德华　蒋兴森　管祥宇

摘 要：跳线驰度与防振锤安装距离的测量是输电线路杆塔验收作业中必不可少的项目。现有的塔上测量方法，需两人配合进行，测量过程受风吹、阳光等天气影响，存在测量耗时长、测量精度低等不足。本文基于激光测距原理，设计了一种杆塔专用测距仪，可在塔上远距离、非接触测量跳线驰度与防振锤安装距离。现场试用表明，该仪器具有测量便捷快速、精度高等优点，效果显著，推广应用前景良好。

关键词：输电线路；跳线驰度；防振锤安装距离；激光测距

1 前言

输电线路杆塔作为一种特殊的建筑物，承担着支承导线和地线，并使导线与导线之间，导线和架空地线之间，导线与杆塔之间，以及导线对大地和交叉跨越物之间有足够的安全距离的作用，良好的杆塔设计与施工将决定线路运行和维护的难易程度。因此，输电线路杆塔在正式投入使用时需进行验收，核对其施工建设与设计是否相符。在验收过程中，输电杆塔由于其特殊的结构，作业人员在高处测量杆塔设计尺寸时存在一定的难度，某些测量工作无法进行或测量误差大，且作业人员在测量过程中也存在一定的安全隐患。为此，本文研发了一种适合高压输电线路杆塔上使用的操作便捷快速、测量精准的高空测量仪器。

2 现有测距方法存在的问题

现有输电线路杆塔验收时进行的测量工作主要有以下两种：（1）测量跳线驰度；（2）测量防振锤安装距离。现有方法测量跳线驰度时，需要2名人员配合，一人于横担头处竖直向下垂放卷尺或测量棒，另一人沿塔身下爬至跳线最低点水平处，观察卷尺或测量棒在此处的竖直读数（见图1）；测量防振锤安装距离时，需作业人员沿导线朝防振锤移动，使用卷尺测量防振锤至线夹或压接管的距离（见图2）。现有的测量方法存在以下问题：

（1）使用该种方法测量跳线驰度时，卷尺或测量棒在空中易偏斜，验收人员难以保持竖直，存在测量方法的误差；风、雾、强光等恶劣天气会严重影响验收人员的测量读数，导致测量精度低。以220kV线路跳线驰度3m的跳线为例，2013年验收过程中，某输电运检室验收过程中的测量结果与实际值误差为±14cm。

（2）测量跳线驰度工作效率低，作业人员需反复上下移动找观察位置，耗费时间长。据统计，单次测量时间为3.15min，且需2名作业人员相互配合，影响验收作业人员配置。

（3）防振锤安装距离测量过程中，作业人员坐于单根导线上缓慢移动，耗费时间长，且测量过程中存在易不慎坠落的风险。

3 输电线路专用测距仪的研制

鉴于现有测量方法存在的上述问题，本文决定研制出一种输电线路专用测距仪，应用于输电线路杆塔验收工作中。研究上述两项测量工作，跳线驰度为跳线最低点至横档处的距离；防振锤安装距离为防振锤至导线夹或压接管处的距离，两者实质均为测量特定两目标物间的直线距离。沿着这一思路，针对现有测量方法的不足，结合输电线路验收工作的实际需要。新型测距仪抛弃了以往测量中实物比对的接触测量方法，采用激光测距原理，测量仪器至两目标物间的距离以及两目标物间的测距夹角，最终能实现远距离、非接触测量两目标物间的直线距离。

输电线路专用测距仪整体尺寸为1400mm×900mm×60mm，质量为0.31kg，主要由5部分组成：脉冲激光器、角度传感器、数据处理器、显示屏、仪器外壳。测距仪内部集成的两个脉冲激光器，能同时对距离10m内两目标物发射单次激光脉冲，测量激光脉冲到目标的往返时间，由此计算出目标距离。当测距系统计算出光由激光器射出并返回到接收器的时间2t后，激光器到放射物体的距离=光速（c）×时间（2t）/2，即距离=ct，最后分别测量出仪器到两目标物之间的直线距离。脉冲激光器对准目标物时，角度传感器动作，测出两个脉冲激光器朝向之间的角度差θ。数据处理器读取脉冲激光器测量的目标距离以及角度传感器采集的角度数据，进行计算处理，由公式，并考虑实际测量中由于信号延迟、误差等原因对基本公式进行多方面修正，最终算出两目标物间的距离L，并将其输出到显示屏（原理图见图3、图4）。仪器外壳对整个仪器起到了支持、保护的作用。

新型测距仪的测量步骤如下：（1）选择与目标物间无视线阻碍的测量位置，启动仪器；（2）根据测量跳线驰度或防振锤安装距离的功能选择，将两脉冲激光器对准特定的两目标物；（3）点击测量按钮，仪器自动读出其与目标物间的直线距离，以及两脉冲激光器间的角度差，并计算得出两目标物间的直线距离；（4）最终将结果输出到显示屏，测量完毕。

4 应用成效

为了验证输电线路专用测距仪的实用性，某输电运检室在2014年6月至2015年6月期间，输电线路杆塔验收使用该测距仪进行测量工作（见图5）。验收过程中，作业人员分别用原测量方法和輸电线路专用测距仪两种方法测量跳线驰度和防振锤安装距离，对测量误差和耗费时间进行了统计（见表1）。

由表1现场测量记录数据可知，使用新型测距仪后，测量跳线驰度平均耗费时间由原来的3.1min减为0.5min，测量误差由原来的±15 cm变为±1cm；测量防振锤安装距离平均耗费时间由原来的2.3min减为0.6min，测量误差由原来的±8cm变为±1cm。显然，新型测距仪的使用，减少了测量作业耗费的时间。需要注意的是，跳线驰度测量工作原本需要2名作业人员配合，而使用新型测距仪时仅需1名作业人员，优化了人员配置，从而提高了整体工作效率。这些优点得益于新型测距仪使用激光远距离测量技术，只需选择与被测物无视线阻挡的测量位置，在有效距离10m内就能将激光测距误差控制在±1cm以内，精度完全满足杆塔验收要求。这不再需要作业人员移动至特定的测量位置开展工作，减少了其塔上移动所耗费的时间和特殊测量位置的高坠风险。在测量过程中，只需确保激光点对准了被测物，仪器就能自动读取数据，输出测量结果，测量结果不受风、雾、阳光等天气影响，同时杜绝了验收人员因观察角度不同带来的人为误差。

5 结束语

随着国家电网的进一步发展，线路的验收工作将越来越频繁。研制的输电线路专用测距仪已通过国家实用、发明两项专利初审，其大量的现场应用证明使用该新仪器能够提高测量精度，优化验收作业人员配置，极大地提高工作效率，消除安全风险。在实际验收作业应用中产生了良好的经济和社会效益，具有非常好的推广应用价值。

参考文献

[1]卓放，杨旭，李胜勇，等.变电所输电线路故障点测距仪的研制[J].电测与仪表，1997（7）：16-19.

[2]王世俊.摄影测量学[M].北京：绘测出版社，2009.