【技術實現步驟摘要】
本專利技術用于超高壓輸電線路機器人實現弧垂測量，目標是實現在超高壓架線施工過程中不具備通視條件時，利用線路機器人快速準確的測量出弧垂，以解決復雜施工條件時，現場無法利用地面觀測儀器獲取弧垂，影響施工進度的難題，從而大幅提高施工效率和精度。
技術介紹
1、超高壓架空輸電線路承擔著電能輸送的主要任務，是電力系統非常重要的組成部分。超高壓輸電線為分列式鋼筋鋁絞線，輸電線架設在塔上收到張力和重力作用，呈現類拋物線狀，弧垂是指架空線上的最低點到兩懸掛點間的連線的鉛垂距離。過大的弧垂會增加風致舞動的風險舞動不僅會導致導線的疲勞損壞，還可能引發相間短路或導線相互纏繞等問題，嚴重影響輸電的穩定性和安全性，同時也會影響其載流能力，弧垂過小意味著輸電導線之間的拉力過大增加導線斷裂、支架損壞或絕緣子串受損的風險，因此在輸電線路施工過程中將弧垂作為放線施工標準和項目驗收指標，必須滿足設計要求。
2、目前工程中常采用的弧垂測量方法有等長法、異長法、角度法及平視法四種，這四種方法均需要通過地面測量人員借助經緯儀觀測，獲得線路特定點的位置信息后進行計算得到弧垂數據。然而架設地區的地理環境復雜多變，同時受氣候因素影響，不滿足通視條件時不具備觀測條件，嚴重影響電力施工進程。同時隨著電力建設不斷向偏遠地區延伸，以及電壓等級的不斷提高，桿塔跨越距離不斷增大，施工難度不斷提升，急需一種方便可靠的弧垂監測手段。
3、為了解決遠距離不通視條件下的弧垂測量難題，空中測量方案成為主流方向。其中直升機加載激光雷達具有測量范圍大，續航能力強的優勢，然而測量
4、本專利技術應用到的相關技術如下：
5、(1)卡爾曼濾波：卡爾曼濾波是一種遞歸算法，專門用于線性動態系統的狀態估計，其采用噪聲與信號的狀態空間模型，利用前一時刻的估計值和現時刻的觀測值來更新對狀態變量的估計，求出現時刻的估計值，其設計目標是在系統狀態不可直接測量且測量值受到噪聲干擾的情況下，提供一個最佳估計。
6、(2)最小二乘法：最小二乘法是一種用于數據擬合和參數估計的數學方法，其通過最小化預測值與實際觀測值之間誤差的平方和，來找到最佳的參數估計，使得模型的預測值盡可能接近實際觀測值。
技術實現思路
1、本專利技術提出一種用于超高壓輸電線路機器人的弧垂測量方法，通過磁轉子與傾角傳感器配合，結合傾角傳感器獲取機器人在線路上的運行狀態數據，利用拋物線擬合，從而計算出線路弧垂，針對因機器人自重影響弧垂測量的問題，提供補償方案。具體方法如下：
2、步驟1?獲取數據：機器人在線路上運行，運行機構包括主動輪和壓緊輪，運行時壓緊輪被動旋轉，在其側面內嵌入磁轉子和霍爾傳感器；磁轉子與霍爾傳感器配合提供壓緊輪旋轉的圈數(圈/秒)，已知壓緊輪的周長(毫米)，數據采樣時間間隔取0.2（秒），計算得到壓緊輪在第個采樣周期內，在線路上行走的距離為；
3、???（1)。
4、步驟2?計算弧垂：?由于采樣時間為0.2秒，因此將機器人在空間上的位移近似為直線，長度等于，與水平方向的夾角為，得到機器人在水平方向的位移和垂直方向的位移的值分別為
5、（2）。
6、其中通過在機器人上裝載傾角傳感器獲得，由于在測量過程中受到振動或加速度變化等因素影響而出現突變，但是實際的線路坡度變化是平滑的，因此需要對采樣周期內夾角數據進行平滑處理，本專利技術采用卡爾曼濾波處理，處理后第個采樣周期內的夾角為，再用步長為2的中值濾波對夾角數據進行處理，根據公式(2)得到第個采樣周期內，機器人在水平方向的位移和垂直方向的位移的值分別為
7、（3）。
8、在工程中已知架空線路在兩基塔上的懸掛點準確位置信息，設機器人從懸掛點向懸掛點方向運動；由a、b兩點確定的直線函數關系為
9、（4）。
10、架空線上機器人采集的第個點的坐標表示為
11、（5）。
12、在電力施工中當懸掛點之間的高度差與檔距之間的比值不大于10%時，可以采樣拋物線擬合進行導線力學計算；由于超高壓架空輸電線路通常滿足要求，因此將架空線上機器人采集的所有點的坐標數據，利用最小二乘法擬合成斜拋物線，其方程為
13、（6）
14、其中，最小二乘法得到拋物線方程系數 ɑ 0、 ɑ 1和 ɑ 2，通過誤差平方和最小獲得。
15、計算弧垂關系式為
16、（7）
17、此時對應弧垂的值記為橫坐標。
18、步驟3?弧垂補償：由于機器人自身重力作用，會對架空地線的受力情況產生影響，增加架空輸電線的弧垂，因此為提高弧垂測量的準確性需要進行弧垂補償；根據簡支梁的剪力與彎矩之間的關系，構建架空輸電線的弧垂與受力關系，其關系式為
19、（8）。
20、式中為弧垂；為高差角，即懸掛點a、b所確定的直線在水平方向的夾角；為懸掛點a、b的水平間距；為架空輸電線受到的水平應力；為架空線本身的重量所造成的比載，自重比載與重力的方向相同，其計算公式為
21、（9）
22、式中，為單位導線質量（千克/米）；為導線截面積（平方毫米）。
23、將產生弧垂的作用力解為分布式荷載（線路自重）與集中荷載（線路上懸掛物重力）共同作用時，則公式(8)被改寫為
24、（10）
25、其中為僅存在分布式荷載時架空輸電線受到的水平應力；為線路中第個集中荷載的單位截面重力。
26、當利用公式(10)中表示機器人重力對弧垂的影響，則機器人重力產生的弧垂增量可表示為
27、（11）
28、其中，為機器人重力除以導線截面積。
29、將步驟2中根據公式(7)得到的弧垂值，代入公式(8)中求得水平應力的值，再將值代入公式(11)，求得弧垂增量。
30、根據公式(7)與公式(11)得到修正后的弧垂的計算公式為
31、（12）
32、即為所求弧垂。
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1.一種用于超高壓輸電線路機器人的弧垂測量方法，其特征在：通過機器人上的磁轉子與傾角傳感器配合，結合傾角傳感器獲取機器人在線路上的運行狀態數據，利用拋物線擬合，從而計算出線路弧垂，針對因機器人自重影響弧垂測量的問題，提供補償方案；具體方法如下：
【技術特征摘要】
1.一種用于超高壓輸電線路機器人的弧垂測量方法，其特征在：通過機器人上的磁轉子與傾角傳感器配合，結合傾角傳感器獲取機器人在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱慶林，王金龍，邵穎鵬，蔣卓元，周建才，王華峰，張瑾，楊明揚，
申請(專利權)人：國網黑龍江省送變電工程有限公司，
類型：發明
國別省市：
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