董晓虎，易 东

（1．国网湖北省电力公司检修公司 湖北 武汉 430000;2．上海暄望电子科技有限公司 广西 南宁 530000）

输电线路运行区域广泛，其安全稳定运行受到包括气象、地形地貌、输电线路走廊环境变化、导线负荷变化等多类因素的影响。当环境温度升高或导线负荷增加时，都会引起导线温度升高，弧垂增大，进而影响导线对地距离。特别是在线路高负荷的用电高峰，甚至需要针对线路进行短期增容，弧垂变化较大的档距将成为危险点。

此外，输电线路走廊毛竹生长，开上采石等也会影响导线对地距离。当导线对地距离小于设计安全距离时，输电线路安全运行就会受到严重威胁。因此本论文创新性的采用北斗卫星系统的差分定位技术来实时监测输电线路弧垂。

1 原理与设计

1.1 差分定位原理

全球导航卫星系统 （Global Navigation Satellite System，简称 GNSS），目前，GNSS包含美国的 GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的 Galileo、中国的 Compass(北斗)，全部建成后其可用的卫星数目达到100颗以上。

传统的定位方式又称单机定位，是使用单台GNSS接收设备进行定位，该方式定位精度低，一般是米级。

相对定位又称差分GNSS，分为静态相对定位和动态相对定位；本论文设计中采用动态相对定位，是采用载波相位动态差分方法，一般包括基准站、移动站、数据链部分；基准站通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给流动站，流动站不仅通过数据链接收来自基准站的数据，同时采集实时的GNSS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，实时得到高精度的三维定位信息。

图1 GNSS差分定位示意图Fig.1Differential Positioning by GNSS

1.2 弧垂监测原理

文中采用北斗定位导航卫星系统的差分定位技术来监测输电线路导线弧垂，移动站定位后的基本输出量为：经度、纬度和高程。设计上把监测装置（移动站）安装在输电线路导线的最低点，监测点高程的变化量即为导线弧垂的变化量。因此在安装监测装置（移动站）时测量出导线的初始弧垂，同时记录下监测装置（移动站）的初始高程，那么以后将监测装置（移动站）实时输出的高程与初始高程相减所得高程差，叠加在初始弧垂上，即为输电线路的实时弧垂。

1.3 基于北斗定位差分技术的输电线路弧垂监测设计

对于GNSS形变差分定位监测问题，目前都是小范围自成系统，将监测点原始采集数据，传回系统主站，通过服务器软件实时解算出移动站的坐标信息。

这种GNSS弧垂监测的数据模型可以采用批处理的方式或者是实时滤波解，取决于被测导线的监测频率。一般来说，在监测点与基准点相距不远的情况下，采用严格的改正模型，能够达到将监测精度误差缩小到1厘米以内。如图2所示。

图2 基于差分GNSS的输电线路弧垂监测设计Fig.2 Transmission line sagmonitoring design by GNSSdifference

2 基准站设计

基准站是整个监控系统的基准框架，它长期连续跟踪观测卫星信号，通过GPRS手机网络实时将基准站数据发送到控制中心，控制中心根据基准站数据和监测点数据，实时解算出各个监测点的动态数据。为了保证基准站系统的可靠性和稳定性，所有基准站需定期联测IGS或国家地震系统连续运行基准站进行校核；

基准站作为所有监测站位置解算的基准，其位置的选择是至关重要，基准站要求建立在地基稳定的地点，一般可选在地基稳固的场地或者楼顶；同时GNSS基准站场地应满足以下要求：

1)场地稳固，年平均下沉和位移小于3mm；

2)视野开阔，视场内障碍物的高度不宜超过15°；

3)尽量靠近数据传输网络；

4)天线墩的高度不低于2m；

5)观测标志应远离震动源；

6)离移动站不远，直线距离小于20公里。

在本设计中，基准站安装可安装在离输电线路走廊较近的变电站楼顶或电力公司楼顶，采用太阳能结合蓄电池方式供电。

3 移动站设计

移动站安装在输电线路导线上，采用CT感应取能方式供电。

GNSS移动站通过24小时连续运行，实时的接收卫星定位数据，实时进行的解算，可以实时得到每个监测点的精确变化情况。

4 输电线路弧垂计算

在移动站初始安装时，通过全站仪测量出安装档内导线初始弧垂S0，并记录下移动站的初始高程输出值H0。

那么系统在正常运行时，移动站与基准值通过差分计算后H1，那么根据

5 结论

北斗卫星导航系统:是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，同时形成完善的应用支撑产业，并推动其在国民经济社会行业的广泛应用。

本设计利用北斗卫星系统差分定位技术的原理，实现了对输电线路导线弧垂高精度测的实时监测，其测量误差在1厘米以内。

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