专利名称：测定架空输电线路覆冰厚度的便携式覆冰观测仪及其方法
技术领域：
本发明涉及电气工程领域，具体是架空输电线路覆冰厚度的观测。
背景技术：
从2008年I月至今的几年来，我国华中、华东、西南等地部分地区多次出现了较长时间的、持续的、高强度大范围的低温雨雪冰冻天气，导致我国境内江西、湖南、湖北、浙江、安徽等地陆续发生倒塔、断线、线路舞动、冰闪等多种严重的覆冰灾害。这些灾害的发生，造成了电网公司经济财产损失高达1000多亿元人民币。针对严重的覆冰灾害事故，进行输电线路冰区的精细化划分指导差异化的抗冰改造工作，以及对输电线路开展融冰除冰工作都是行之有效的防御手段。然而，冰区的精细化划分需要以长期、大量且准确的观冰数据为基础；同样，融冰除冰工作的有效开展也离不开以准确观冰数据为基础的预警机制。因此，输电线路覆冰数据的准确获取，对于冰灾防御工作具有重要意义。目前，获取输电线路覆冰数据的方法有很多，例如在线监测预警方法，但是其运行经验表明，由于在线监测预警方法的相关覆冰在线监测设备长期工作在强电场及复杂大气环境中，故而设备会出现可靠性较差的问题，同时，覆冰事故常发生在延绵十几公里，甚至几百公里的输电线路上，在线监测设备很难做到全线路监控，同时也存在着设备维护困难的问题，所以这种方法仍不能完全满足实际应用的要求。因此，现阶段通过人工巡查线路还是不可或缺的覆冰数据收集手段。但是，人工巡查由于是肉眼观测，缺少辅助设备，故而存在主观性太强，测得的覆冰数据准确性低等特点。基于上述原因，可以通过开发出便于人工携带的覆冰观测仪，简单而有效地观测覆冰情况，及时发现输电线路存在的问题，避免或减少覆冰灾害的发生，从而提高输电线路运行的安全性，是确保电力系统安全运行的又一个措施。便携式覆冰观测仪综合利用望远镜成像、十字分划测距基本原理以及激光测距技术等原理或方法，以达到方便使用，测量数据精确度高的监测要求，并且便携式覆冰观测仪设备不易损坏，能克服设备维护过程中遇到的多种问题。综上所述，便携式覆冰观测仪具有可行性较强、测量的数据精度高、便于人工携带及维护等突出特点。现有的测量输电线路覆冰厚度的技术，设备要求以及操作步骤普遍较为复杂，测得的数据普遍不够准确。如2012年05月9日公开的公开号为“CN102445156A”的“基 于激光着色的架空输电线路覆冰厚度监测方法和系统”的专利，其首先利用专业设备接受架空输电线路覆冰厚度的监测命令或设定架空输电线路覆冰厚度的监测到达时间，再根据命令，经过一系列条件的筛选决定是否进行着色，并对已着色的线路进行拍摄，获取其轮廓后，利用一系列公式最终计算出冰厚。该测量冰厚的主要缺点是所利用的设备昂贵且复杂，其系统和方法的使用程序较为繁琐，测量并最终获取覆冰厚度的过程十分冗长，很不利于工作人员实时地、简便地计算覆冰厚度。
发明内容
本发明的目的是提供一种精确、便携的输电线路覆冰厚度的测量装置。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种测定架空输电线路覆冰厚度的便携式覆冰观测仪，包括激光测距装置和光学测量装置。所述光学测量装置包括观测目镜和物镜，所述观测目镜和物镜之间安装有十字分划测量板。所述激光测距装置包括激光发射/接收装置。从观测点进行测定操作时，所述物镜与被测覆冰输电线路之间的距离等于所述激光发射/接收装置与被测覆冰输电线路之间的距离，通过所述激光测距装置获得观测点到被测覆冰输电线路之间的距离L，通过所述光学测量装置获得被测覆冰输电线路直径的密位值M。
本发明的原理是在测量架空输电线路覆冰厚度的过程中，由于架空输电线路有一定的覆冰厚度且冰厚肉眼可见，给激光测距带来了方便。通过带激光测距功能的成像装置的激光测距功能对架空输电导线覆冰点与观测点距离的测量，得到一个较为准确的距离值。再利用光学测量装置的十字分划测量板对架空输电导线覆冰所占的密位数进行读取，得到一个较为精确的密位值。最后通过密位测距原理就能得到一个较为准确的架空输电导线覆冰厚度值。本发明中，所采用的激光测距装置的原理是测距仪发射出的激光经被测量物体的反射后又被测距仪接收，测距仪通过记录激光往返的时间计算出被测物体与观测点之间的距离。由于本发明涉及高压输电装置，因此，激光测距装置的测量范围保证在200m及以上。测距误差应维持在每500米有O. 5米误差这一平均水平。本发明的光学测量装置可以是带有十字分划测量板的望远镜。应该强调的是，本发明的激光测距装置和光学测量装置需要匹配，以便于处理所测得的观测点到所述被测覆冰输电线路的距离L和被测覆冰输电线路直径的密位值M。所述被测覆冰输电线路直径包括了输电线路本身横截面的直径和2倍覆冰的厚度。本发明所述装置的操作方法可以通过以下步骤描述
1)选定观测点，将激光测距装置和光学测量装置对准被测覆冰输电线路；
2)通过激光测距装置获得观测点到所述被测覆冰输电线路的距离L;通过光学测量装置获得所述被测覆冰输电线路直径的密位值M ;
3)根据公式计算
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出所述被测覆冰输电线路直径H ；
4)根据公式丑=2r+ rf，计算出所述被测覆冰输电线路的覆冰厚度r，其中d为被测覆冰输电线路未覆冰时的直径。上述步骤3)和4)的过程可以采用PDA编程运算器来编程运算。本发明采用以上的技术方案后，主要具有如下的效果
I)本发明是便于人工携带的输电线路覆冰观测仪器，设计合理，且在使用时仅需要单个人工操作便能达到测量效果，使用方便。该仪器安全系数较高，不会对工作人员提出更高的技术要求。使用过程中不会与高压线路接触，不用人工克服地形困难，在较近或较远的观测点都能有效观测线路的覆冰厚度。2)本发明所采用的测量原理可行性较高，不会对输电线路产生任何负面影响，仪器的使用或方法的应用能够充分保证输电线路的安全。3)本发明所采用的原理和测量装置能够保证测量的数据较为精确，在易于观测覆冰厚度的同时，还能精确观测覆冰厚度。4)本发明没有对测量距离范围提出严格的要求，在较远或较近距离都能适用，这就能保证在不同的工况下，能有效观测覆冰厚度。5)本发明低碳环保，对环境无污染，能耗低，对输电线路无任何消极影响，可广泛应用于各种架空输电线路覆冰厚度观测。
本发明的装置可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。图I为本发明的结构示意 图2为本发明的十字分划测量板的示意 图3为本发明所涉及的被测覆冰输电线路的剖面示意 图4为本发明的流程 图5为无线PDA编程运算器的计算程序步骤流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，作出各种替换和变更，均应包括在本发明范围内。一种测定架空输电线路覆冰厚度的便携式覆冰观测仪，包括激光测距装置I和光学测量装置7。所述光学测量装置7包括观测目镜3和物镜4，所述观测目镜3和物镜4之间安装有十字分划测量板2。所述激光测距装置I包括激光发射/接收装置。从观测点进行测定操作时，所述物镜4与被测覆冰输电线路之间的距离等于所述激光发射/接收装置与被测覆冰输电线路之间的距离，通过所述激光测距装置I获得观测点到被测覆冰输电线路之间的距离L，通过所述光学测量装置7获得被测覆冰输电线路直径的密位值M。实施例中，所述激光测距装置I和光学测量装置7的参数匹配，即放大倍数、物镜口径、出瞳距离和出瞳直径相等。作为优选，所述激光测距仪I放大倍数为7倍、出瞳直径为4 5mm、物镜口径为28 35mm，出瞳距离为10 18mm。所述光学测量装置7的放大倍数为7倍、出瞳直径为4 5_、物镜口径为28 35mm、出瞳距离为10 18_。由于观测点离被测物体距离较远，且被测物体是直径不大的输电线，本发明所公开的装置在观测过程中要避免抖动。因此，实施例中还包括一个承载激光测距装置I和光学测量装置7的球型云台三角架6。所述球型云台三角架6应保证腿部的易于拉伸，且拉伸距离能适应各种不同工况，应保证在高O. 2m 3m之间可拉伸。同时，材质选用铝合金，轻便且耐腐蚀。所述球型云台三角架6的云台要保证能水平面360度自由旋转，垂直面能左右偏转45度左右，这样就能适用于大部分观测情况下装置的固定，以及被测覆冰输电线路与所述十字分划测量板2的对齐。
If V I作为优选，实施例还包括根据公式！将观测时采集的距离L和密位值M
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计算出被测覆冰输电线路的直径H的无线PDA编程运算器5。所述无线PDA编程运算器5还根据公式F =2r + d'，计算出覆冰厚度值r，其中d为被测覆冰输电线路未覆冰时的直径。采用无线PDA编程运算器5编程计算，使得测定效率更高。所述无线PDA编程计算器5能用多种计算机语言编写程序，用以保证计算机语言在尽量简洁的情况下，有效处理数据。无线PDA编程计算器5计算速度快，用以保证在有大量数据的情况下，不会出现计算缓慢或计算错误等多种不良情况。所述无线PDA编程计算器还具有体积较小，易于携带的优点，本发明中其他装置有效配合。实施例还公开了采用上述装置测定架空输电线路覆冰厚度的方法，包括以下步骤
1)选定观测点，将激光测距装置I和光学测量装置7对准被测覆冰输电线路；
2)通过激光测距装置I获得观测点到所述被测覆冰输电线路的距离L;通过光学测量装置(7)获得所述被测覆冰输电线路直径的密位值M ;
3)公式丑=SH,计算出所述被测覆冰输电线路直径；
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4)根据公式i = 2r+d,计算出所述被测覆冰输电线路的覆冰厚度r，其中d为被测覆冰输电线路未覆冰时的直径。参见图3，图中即为一段覆冰的输电线横截面的示意图。图中，内圆部分即为常用输电导线本身的横截面，其直径d可以通过查询各冰区导线机械物理特性表得到。本实施例中，选用500KV、10mm冰区的输电导线一般段的直径，d = 27.63mm。选定安全的观测点，采用放大倍数为7倍、出瞳直径为4. 3 mm、物镜口径为30mm、出瞳距离为17.8mm的激光测距仪1，以及放大倍数为7倍、出瞳直径为4. 3mm、物镜口径为30 mm、出瞳距离为17. 8 mm的光学测量装置7 (可以是带有如图2所示十字分划测量板的望远镜)对图4中的覆冰输
电线进行测定。激光测距仪I显示L = 78m，通过目测，得知M = O. 5 ;通过公式i
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计算出H = 39mm,即获得图3中的外圆直径(包括被测覆冰输电线路中，输电线路本身横截面的直径和2倍覆冰的厚度)。根据公式丑= 2r + rf，计算出所述被测覆冰输电线路的覆冰厚度 r = 5. 685mm。
权利要求
1.一种测定架空输电线路覆冰厚度的便携式覆冰观测仪，其特征在于包括激光测距装置(I)和光学测量装置(7); 所述光学测量装置(7)包括观测目镜(3)和物镜(4)，所述观测目镜(3)和物镜(4)之间安装有十字分划测量板(2)； 所述激光测距装置(I)包括激光发射/接收装置； 从观测点进行测定操作时，所述物镜(4)与被测覆冰输电线路之间的距离等于所述激光发射/接收装置与被测覆冰输电线路之间的距离，通过所述激光测距装置(I)获得观测点到被测覆冰输电线路之间的距离L，通过所述光学测量装置(7)获得被测覆冰输电线路直径的密位值M。
2.根据权利要求I所述的测定架空输电线路覆冰厚度的便携式覆冰观测仪，其特征在于所述激光测距装置(I)和光学测量装置(7)的参数匹配，即放大倍数、物镜口径、出瞳距离和出瞳直径相等。
3.根据权利要求2所述的测定架空输电线路覆冰厚度的便携式覆冰观测仪，其特征在于所述激光测距仪(I)放大倍数为7倍、出瞳直径为4 5mm、物镜口径为28 35mm，出瞳距离为10 18_ ； 所述光学测量装置(7)的放大倍数为7倍、出瞳直径为4 5mm、物镜口径为28 35mm、出瞳距离为10 18_。
4.根据I 3任一权利要求所述的测定架空输电线路覆冰厚度的便携式覆冰观测仪，其特征在于还包括承载激光测距装置(I)和光学测量装置(7)的球型云台三角架(6)。
5.根据I 3任一权利要求所述的测定架空输电线路覆冰厚度的便携式覆冰观测仪，其特征在于还包括根据公式H将观测时采集的距离L和密位值M计算出被测覆冰输电线路的直径H的无线 1000PDA编程运算器(5);所述无线PDA编程运算器(5)还根据公式丑=2r+rf,计算出覆冰厚度值r，其中d为被测覆冰输电线路未覆冰时的直径。
6.一种采用权利要求I 5所述装置测定架空输电线路覆冰厚度的方法，其特征在于，包括以下步骤 1)选定观测点，将激光测距装置(I)和光学测量装置(7)对准被测覆冰输电线路； 2)通过激光测距装置(I)获得观测点到所述被测覆冰输电线路的距离L;通过光学测量装置(7)获得所述被测覆冰输电线路直径的密位值M ； 3)根据公式计算出所述被测覆冰输电线路直径H；1000 4)根据公式if= 2r + rf，计算出所述被测覆冰输电线路的覆冰厚度r，其中d为被测覆冰输电线路未覆冰时的直径。
全文摘要
本发明的目的是提供一种精确、便携的输电线路覆冰厚度的测量装置。即一种测定架空输电线路覆冰厚度的便携式覆冰观测仪，包括激光测距装置和光学测量装置。所述光学测量装置包括观测目镜和物镜，所述观测目镜和物镜之间安装有十字分划测量板。所述激光测距装置包括激光发射/接收装置。在测量架空输电线路覆冰厚度的过程中，通过利用带激光测距功能的成像装置的激光测距功能对架空输电导线覆冰点与观测点距离的测量，得到一个较为准确的距离值。再利用带激光测距功能的成像装置的十字分划测量板对架空输电导线覆冰所占的密位数进行读取，得到一个较为精确地密位值。最后通过反推的密位测距原理就能得到一个较为准确的架空输电导线覆冰厚度值。
文档编号G01B11/06GK102967268SQ201210517799
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者张捷, 姚陈果, 陈鹏, 李成祥, 石孝文, 米彦, 赵东阳, 张磊, 李昭炯, 冯俊, 李晓斌, 殷家敏, 石涛 申请人:重庆市电力公司长寿供电局, 重庆大学, 国家电网公司