“云鹰”搞定非可视条件下的弧垂观测难题

张丽

◎李馨研 张文涛

最近，有件事让安徽送变电工程有限公司工程技术部副主任李凯很是开心——他与团队成员共同研制的基于北斗定位雷达测控的导地线弧垂观测装置获得安徽省职工技术创新竞赛“金项目”一等奖。这是该装置在获得第十七届“振兴杯”全国青年职业技能大赛(职工组)银奖、2022年国网工人技术创新奖二等奖、合肥市第八届职工技术创新成果一等奖等奖项后，再次获得殊荣。“它成功地解决了云雾、夜间等非可视条件下的弧垂观测难题，有效地降低了环境因素对输电线路施工造成的不利影响，大家形象地称它为‘云鹰’。”1月20日，问起该装置的使用效果，李凯难掩激动地说，“它在雅中—江西±800千伏特高压直流输电线路工程（贵3标段）项目施工中应用后，减少施工成本费用346万元。”
雅中—江西±800千伏特高压直流输电工程地处乌蒙山脉，海拔较高，长期阴雨绵绵，大雾弥漫，可视度极低。弧垂观测在输电线路施工中是一道极为关键的工序，弧垂过大或过小都会直接影响输电线路的安全稳定运行。“过去，施工过程中常用的弧垂观测方法有两种，即使用弧垂板在高空观测和使用经纬仪在地面观测。但在可视度极低的条件下，这两种方法都难以奏效，因此，研制一款非可视条件下的弧垂观测装置迫在眉睫。”李凯说。为此，2020年3月，该公司组建了以李凯为负责人的专项技术团队进行技术攻关。通过深入调研，李凯了解到研制一款非可视条件下的弧垂观测装置要解决以下技术难题：一是要通过大量测算确定装置的质量；二是要保持装置的两个驱动电动机同步运行；三是要使装置在导线曲度高的情况下具有一定的爬坡能力；四是要实现一根导线上对多分裂导线的同步测量；五是要解决装置的通信问题。
面对以上技术难题，李凯和团队成员没有气馁，他们蹲守一线，经过仔细观察、周密思考、反复测试后，最终在超宽带（UWB）测距原理上获得灵感，利用卫星定位、雷达测控的方式，结合专业算法，攻克了上述技术难题。两个月后，初代“云鹰”诞生了。它由测量行走小车、地面中转站、遥控终端等3部分组成。“通过测量行走小车在导地线上面自主行走、测绘，将相关数据进行计算后传输给遥控终端。地面中转站应用北斗定位，进行导地线空间定位。遥控终端接收测算数据，实时显示当前弧垂值。”李凯介绍说。
正当技术团队以为大功告成时，一个棘手的问题出现在大家面前，即“云鹰”的电池续航短、损耗大。“我们用一个月的时间对该问题进行重点攻关：一是重新构建了导线弧垂计算模型，每秒完成弧垂计算20次，并将弧垂数据同步传输至地面监测终端，在提升计算精度的同时，确保电池损耗降至最低；二是精心比选8种设计图纸，通过优化其动力部分的结构布局，使其体积减小、骨架质量减少，并选用最优的驱动行走方式；三是反复测试，优选电气零件和简化接线，解决其行走过程中电流较大，控制板极易发生故障的难题。”李凯认真地说。
两年多来，随着研究的深入开展，李凯带领技术团队对“云鹰”的行走、测量等功能进行反复改进、完善，使其实现了迭代升级，以完美的姿态出现在大家面前。它主要由动力行走系统、自动测量系统、弧垂计算系统等3部分组成，拥有“走”“测”“算”等功能。动力行走系统应用了自动控制模块，在控制测量装置自动到达测量点的同时，不仅通过姿态稳定模块实时调整自身姿态，而且通过无级驱动模块使其动力强劲、爬坡能力稳固。自动测量系统应用了北斗定位模块，在实现非可视条件下单根子导线空间定位的同时，通过雷达测绘模块，实现从已知的单根子导线定位数据测绘其它子导线的相对空间信息。弧垂计算系统通过导线弧垂计算模型，每秒完成弧垂计算20次，并将弧垂数据同步传输至地面监测终端，实时显示当前弧垂值。“施工前，将工程数据输入遥控终端后，架设地面中转站，将‘云鹰’安装在待测的导地线上。工作人员通过遥控终端，使其进入自主行走模式或者手动行走模式，测量系统和计算系统同步开启，将相关数据计算后传输给遥控终端。遥控终端接收测算数据，实时显示当前弧垂值，到达设计弧垂后即完成测量施工。”李凯说。
“云鹰”功能全面，操作简单，在该公司特、超高压等10余个工程成功应用以来，提高施工架线的智能化水平，为电网基建施工提供了极大的便利。目前，“云鹰”已经在四川、新疆、山西等地的送变电工作中推广应用，在电力行业具有非常广阔的市场前景。
图1：李凯（中）和团队成员讨论“云鹰”的制作方案郑贤列/摄


图2：李凯（左二）和团队成员测试“云鹰”的使用效果郑贤列/摄

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