架空输电线路测量技术详解

一、架空输电线路的基本知识

电厂发出的电能，是靠导线输送到用户中心去的。架设在电厂升压变电站和用户中心降压变电站之间的输电导线，一般通过绝缘子悬挂在杆塔上，称为架空输电线路。输电线路采用三相三线制，所以单回路杆塔上有三根导线。各导线之间的最小距离与电压等级有关，如35kV线路为3m，110kV线路为4m。

架空输电线路采用的导线，是由许多根钢芯铝裹线绞织而成的裸绞线，钢芯用以增加导线的机械强度。这种导线，称为钢芯铝绞线。

绝缘子俗称瓷瓶，它有两种形式：3～10kV线路采用的是针式瓷瓶，立放在杆塔或横担之上，如图9-21（a）所示；35kV和更高的高压线路，采用悬式绝缘子串，如图9-21（b）所示，并且电压愈高，绝缘瓷片愈多。35kV一般采用3～4片，110kV则采用7片左右。

图9-21　杆塔上针式瓷瓶和悬式绝缘子串的配置

杆塔在地面上的位置，依照地形情况和设计要求，整齐地排列成一条直线或折线。杆塔的形式主要有单杆、门形双杆和铁塔，根据受力情况不同，可以分为直线杆塔和耐张转角杆塔两种，各有不同的力学结构。竖立在线路直线部分的杆塔，一般只承受导线和绝缘子等的垂直荷载和水平风压荷载，结构比较简单，称为直线杆塔；竖立在线路转角点上的杆塔，须能承受相邻两档导线拉力所产生的合力，结构比较复杂，是一种耐张杆塔。为了将线路分段，以便施工和抑制事故范围，在线路直线部分每隔一定距离，以及线路进出变电所时的第一个杆塔位置（均称为终端），也都使用耐张杆塔。

竖立在地面上的杆塔，除自立式铁塔与锥形杆外，一般要靠拉线维持它的稳定。拉线的方向位置，是由杆塔受力情况决定的。

相邻两杆塔导线悬挂点之间的水平距离，称为档距。相邻两耐张杆塔之间的水平距离，称耐张段长度。35kV以下的线路，档距为150m左右；110kV的线路，档距为250m左右。耐张段长度大约为3～5km。在一个耐张段内，由于各处地形情况不同，各杆塔间的档距互不相等；为了计算导线的应力和弛度，必须选择一个理想的档距，这个档距称为该耐张段的代表档距。设各杆塔间的相应档距为li，则代表档距lr按下式计算

悬挂在两杆塔之间的导线，是不可能拉成平直的，中间自然会向下垂；如果企图用力拉平，不是将导线拉断就是将杆塔拉倒。从悬挂点到导线下垂最低点的铅垂距离称为弛度，俗称弧垂，一般以f表示。如果两悬挂点等高时，弛度恰好产生在档距中央；如果两悬挂点不等高时，则有两个弛度，如图9-22中的fA和fB。

图9-22　导线的弛度和限距

图9-23　杆塔呼称高

在实际工作中，当两悬挂点不等高时，常以连接两悬挂点的直线AB与导线所形成的曲线之间的最大铅垂距离代表弛度，称为斜弛度，如图9-22中的f。在弛度理论中证明，斜弛度f也产生在档距的中央，但不是导线的最低点。弛度的这一几何性质，可以用一个公式来表示，即

式中　HA、HB、HC——悬挂点和档距中点上导线的高程。

斜弛度（或称档距中点的导线弛度）f和导线最低点的弛度fA、fB有如下关系，即

弛度的力学意义与档距l、导线的单位重量g（包括额外负荷如复冰、风力等）以及导线的应力σ等因素有关，它是用另一个公式计算的，即

导线对地面和其它设施必须保持一定的距离。其允许最小安全距离称为限距，如图9-22所示。限距的大小与电压等级有关，在送电线路规范中有明确的规定，见表9-5。小于规定限距的地面点称危险点。一般危险点应予铲除，如果不易铲除时，则应提高导线的悬挂高度使之满足限距要求。导线的悬挂高度与杆塔的横担高度有关，从地面到最低横担面的高度称为杆塔呼称高，如图9-23所示。

表9-5　导线最大弧垂时，对地面及其它设施的最小安全距离（限距）

架空输电线的路径、杆塔的排列、拉线的方向位置、弛度和限距的大小，都必须根据设计要求，通过测量确定。这种测量包括选线、定线、平断面测量、杆塔定位和施工放样等项内容和工序。前面四道工序都由电力勘测设计部门担任，可以分期完成，也可以一次连续完成，根据任务要求和技术力量而定。施工放样（指施工基面测量、拉线及弛度放样）则由线路施工单位担任，在施工开始时和施工过程中进行。

二、路径方案的选择

架空输电线所经过的地面，称为路径。

为了节省建设资金和便于施工、运行，在输电线路的起讫点间必须选择一条合理的路径。这条路径的基本要求是短而直、转弯少而转角小、交叉跨越不多，当导线最大弛度时，对地面建筑物具有一定的安全高度（即不小于限距）。此外，在选择路径方案时，还必须考虑以下各点：

（1）当线路与公路、铁路以及其它高压线路平行时，至少应与它们隔开一个安全倒杆距离（等于最大杆塔高度加3m）。而与重要通讯线特别是国际线平行时，其最小允许间距必须经过大地导电率测量和通讯干扰计算来确定。

（2）当线路与公路、铁路、河流以及其它高压线、重要通信线交叉跨越时，其交角应不小于30°。

（3）线路应尽量设法绕过居民区和厂矿区，特别应该远离油库、火药库等危险品仓库和飞机场。线路离飞机场的允许最小距离应和有关主管部门共同研究确定，并订出协议。

（4）线路应尽量避免穿过林区，特别是重要的经济林区和绿化区。如果不可避免时，应严格遵守有关砍伐的规定，尽量减少砍伐数量。

（5）杆塔附近应无地下坑道、矿井和滑坡、塌方等不良地质现象；转角点附近的地面必须坚实平坦，有足够的施工场地。

（6）沿线应有可通车辆的道路或通航的河流，便于施工运输和维护、检修。

选线工作一般先在小比例尺（最好是1∶10000或1∶25000）地形图上进行。根据图上反映的地貌、地物情况和有关地质资料，全面考虑国家各项建设的利益，选择一条合适的路径方案，再到实地进行踏勘，插旗标定线路起讫点、转角点和主要交叉跨越点的大体位置。在踏勘过程中，如发现图上的方案有不符合实际情况的地方，可以在进一步调查研究的基础上进行必要的修改，重新选定一条比较合理的路径。

这里值得提到的是：近几年来，有的电力勘测设计单位利用相应比例尺的航空摄影相片进行选线，已取得良好的效果，今后的线路勘测工作将朝着直接利用航测资料的方向发展。

三、定线测量

路径方案确定之后，在实地标出了线路的起讫点、转角点和主要交叉跨越点的大体位置。定线测量的任务，除了正式标定这些点的中心位置外，还必须定出方向桩和直线桩，测定转角大小，并在转角点上定出分角桩，如图9-24所示。

图9-24　定线测量应该标定的各种桩位

转角桩在图上和实地上都要在编号前冠一个“J”（即“角”字的第一个拼音字母）表示，一般称为J桩。线路转角的大小，以来线方向的延长线（图9-24中的虚线所示）转至去线方向的角值表示。在图9-24中，J2是右转一个α2角；J3是左转一个α3角。在J桩附近要标出来线和去线的方向，表示这个方向的木桩称为方向桩，一般钉在离J桩5m左右的路径中线上，并在木桩侧面注上“方向”二字。分角桩钉在J桩的外分角线（大于180°的钝角分角线）上，也离J桩5m左右，桩测注上“分角”二字。分角桩与两边导线合力的方向相反，杆塔竖立以后，要在分角方向打一条拉线，使其与两边导线拉力所产生的合力抗衡，保证杆塔不致偏倒。转折点的角度要用正倒镜观测一测回，记入定线手簿中。

不在转角点附近的路径方向桩，通常称为直线桩。它位于两个转角桩中心的联线上，是平断面测图和施工定位的依据，起着测站的作用。直线桩应选在路径中心线上突出明显、能够观测地形的地方；相邻两直线桩之间的距离，一般不应超过400m。直线桩以在编号前冠一个“Z”（即“直”字的第一个拼音字母）表示。

线路定线是一个十分重要的环节。直线部分如果定得不直，杆塔竖立以后，不但看去很不整齐，而且会使直线杆塔承受额外的扭力，影响工程质量。因此，定线测量精度要求较高，必须采用性能良好的经纬仪进行工作。

定线测量时，如在通视良好的情况下，应按经纬仪重转法（即正倒镜观测）延长直线。遇到障碍时，常用等边三角形法或矩形法绕过障碍。(www.xing528.com)

四、平断面测量

平断面测量的工作内容包括：测定各桩位高程及其间距，计算从起点至各桩位的累积距离；测定路径中线上各碎部点对桩位的距离和高差，在毫米格纸（即坐标纸）上绘制纵断面图和平面示意图；测绘可能小于限距的危险点和风偏断面。

（一）桩位高程和间距的测定

平断面测量之前，应先用水准测量从邻近的水准点引测线路起点的高程。线路上其它各桩位的高程和间距，可用视距高程导线测定。为了避免错误，视距要用三丝读数，天顶距应用正倒镜观测一测回，最大视距不应超过400m。高程导线测到线路终点后，应和邻近的水准点闭合。其闭合差fh不应超过下式规定

式中　α——线路上的平均竖直角（或平均地面坡度），可根据每边的天顶距按∑|90-Z|/n求得，并以度为单位（当α小于2°时，按2°计）；

　　　N——边数；

　　　L——路线总长，以km为单位。

在天顶距小于80°或大于100°的地段，为避免因标尺前后倾斜而产生过大的距离和高差误差，可采用水平置尺法进行测量（详见第六章第三节）。

视距高程导线的记录计算如表9-6所示。由于高程导线采取跳站观测，每一站都应先观测后视桩号，根据后视桩号的已知高程按反觇法计算出测站桩号的高程，填写在与后视桩号同行的高程栏中，亦即在表9-6中高程栏内画有波纹线的数字为测站点的高程。高程栏内未画波纹线的数字是对应的前视桩号高程，它是根据已求出的测站高程按直（正）觇法观测计算出来的；这个前视桩号作为下一站的后视桩号，是下一站按反觇法观测计算求得测站高程的依据。这样，高程导线的起始点（即终端桩位）高程就不能记在与后视桩号同行的高程栏中，故单独记在上面一栏。后视和前视都占有两行，上行为正镜读数，下行为倒镜读数。截尺、高差和高程都取至小数点后第二位（即cm）；视距、平距和累距都取至小数点后第一位（即dm）。正、倒镜截尺应当相同（平截除外），以便计算指标差。采用平截（即使望远镜水平）时，指标差反映在正、倒镜所读取的截尺上，计算高差时应将截尺取中数。

表9-6　平断面测量视距高程导线记录手簿

续表

（二）路径纵断面图的测绘

架空输电线路径中线的纵断面图和其它纵断面图的绘制方法大致相同，但有一些不同的要求：

（1）在断面图上除了反映地面的起伏情况外，还应显示出线路跨越的地面突出建筑物的高度。如果地面建筑物恰好位于路径中线上，称为正跨，图中以实线表示；如果地面建筑物仅被输电线路的边线（即左右两边的导线）所跨，称为边跨，图中以虚线表示。

（2）当线路跨越其它高压线和通讯线时，除了以电杆符号表示出它们的顶高外，还应注明高压线的伏数和通讯线的线数，并注明上线高。

（3）被跨越的河流、湖泊、水库，应调查和测定最高洪水位，并在图中表示出来。

纵断面图的绘制一般在野外测站上进行。比例尺的大小视具体要求而定；通常采用横向（平距）1∶5000，纵向（高程）1∶500，以便于设计人员用预制的弛度板在图上作排杆设计。在绘图之前，应根据图例从左至右定出里程标；里程标的零点就是线路的起点。然后在靠近起点的左边绘出标高线，从下往上标出高程。每张图上标高线起点的高程应定得适当，尽量使这段路径上的最高断面点和最低断面点都不致于落到图外。在高程相差很大的地区，不得已时，可以在图中变更标高线的高程标数，将这段断面错开绘制。

纵断面图的具体绘法如下：

首先根据测站的累距和高程展出测站点，并从该点向下画一条2cm的线段表示。在测站线的下方，从图框的横线向上作一条5cm的垂线，在垂线的左侧注出桩号，字头朝左；然后在下面的相应栏内注出测站的累距、高程以及与相邻桩号的间距。然后根据路径上碎部点到测站点的平距和高差，展出碎部点。展绘碎部点时，应弄清前后方向和高差的正负。最后将所有地面点（包括测站点）联成一条折线，即绘成断面图，如图9-25所示。

（三）危险点、边线断面和风偏断面的测绘

图9-25　路径平断面图

（1）危险点。凡是靠近路径中线（35kV离中线5m以内，110kV离中线6m以内）的地面突出物体，如果它们至导线的距离可能小于限距，称为危险点。在断面图上应显示出危险点的高程位置；在平面图上应显示出它至路径中线的距离和左右位置。危险点在图上以符号“⊙”表示。

（2）边线断面。当边线（即左右两边的导线）经过的地面高出路径中线地面0.5m以上时，须测绘边线断面。因边线断面的方向与路径中线平行，两位置比中线断面高，故可绘在中线断面的上方。在平面图上应显示出边线断面的左右位置：

左边的边线断面用“—.—.—.—”表示；

右边的边线断面用“…………………”表示。

（3）风偏断面。当线路沿山坡而过，如果垂直于路径方向的山坡坡度在1∶3以上时，惟恐导线因风吹摆动而靠近山坡，需要测绘这个方向的断面，以便设计人员考虑杆塔高度或调整杆塔位置。这种垂直于路径方向的断面称为风偏断面。风偏断面测量宽度一般为15m，用纵横一致的比例尺（高程和平距一般都为1∶500）绘在相应中线断面点位旁边的空白处。

（四）平面示意图的测绘

平面示意图绘在断面图下面的标框内，路径中线左右各绘50m的范围，比例尺为1∶5000，即和断面图的横向（距离）比例尺一致。绘图之前，先在标框中部画一条直线表示路径中线。中线两边的地物和地貌通常采用目测，但应以断面点控制其前后位置。为了在图上反映出与路径中线交叉跨越的线状地物（如输电线、通信线、公路、铁路、河流）的交角，还要用仪器测量，用量角器展点，绘出这些地物的轮廓位置，并在道路两头注明通往何地（河流则用箭头表示流向）。

平面示意图上应显示出沿路径方向的地形、地物的特征，注出村庄、河流、山头、水库等的名称，以便施工时能据此找到杆位。

比较重要的交叉跨越地段，还要根据设计要求测绘专门的地形图或交叉跨越平面图，采用的比例尺一般为1/500。

五、杆塔定位测量

平断面测量以后，送电设计人员便可根据图上反映的情况，合理安排杆塔位置，选择适当的杆型和杆高，这步工作称为排杆。杆位确定后，从图上可以量得它与邻近断面桩之间的平距，从而可以在实地上标定应竖杆塔的位置。

转角杆塔的基本位置就是J桩的位置，不需要重新排杆定位。但当转角较大，转角杆塔采用不等长横担或横担较宽时，为了尽量减小两侧直线杆塔所受角度荷载的影响，杆塔中心与J桩之间必须有一段位移距离，于是需要定出位移桩。位移桩一般在施工基面测量中测定。因此，通常所谓定位测量，是指直线杆塔的定位而言；而排杆只是排定线路直线部分的杆塔位置。

定位测量时，将经纬仪安置在与所定杆位邻近的断面桩（直线桩或转角桩）上，根据欲定杆位至断面桩的平距，沿中线方向定出杆位桩。杆位桩的编号以数字右上角加“#”号表示。由于断面图上反映的实地情况不可能十分细致准确，如按照设计距离定出的杆塔位置不利于竖杆时，在征得设计人员同意后，可以稍许前后移动，但移动的范围一般不超过±3m。

实地定下杆塔桩位后，应重新测定杆位桩至断面桩之间的距离和杆位高程，并计算档距和累距。

定位测量记录格式如表9-7所示。表中“设计预定杆桩关系”一栏内的数字，即通过排杆设计后，从断面图上量得的欲定杆位桩至断面桩的平距；如果欲定的杆位桩在某断面桩的前面（指顺线路起点到终点的方向而言），则在断面桩号与杆位距离之间用“+”号联系；如果在后面，则用“-”号联系。根据断面桩向前或向后标定杆位桩，通常是用视距测量方法进行的。首先根据地形坡度试放，使杆桩距离和位置达到设计要求时，打下杆位桩，再用视距测量准确测定杆位桩至测站（断面桩）的距离和杆位桩的高程，并记入手簿的相应栏内。表格中的“实地杆桩关系”即定位测量以后正式确定的杆位桩至断面桩的距离，也就是上面所说的视距改平后的值；由于按设计预定距离定出的杆塔位置不一定利于竖杆必须根据实际情况作适当的调整，所以“实地杆桩关系”不一定与“设计预定杆桩关系”完全一致。表格中杆位桩的累距可以根据断面桩的累距和实地杆桩关系计算求得，例如：6#杆位桩的累距即等于断面桩Z3的累距与对应的“实地杆桩关系”的代数和，亦即6#累距=859.9+（-150.5）=709.4（m）。档距则等于相邻两杆位桩累距之差。另外，表格中的“杆塔脚断面”，是指采用门型杆或四脚铁塔时，两个杆脚方向上的断面；一般只有在坡地上，为了考虑施工基面或配置高低腿时，才测量杆脚位置对杆位中心桩的高差和绘制杆塔脚断面图。

表9-7　杆塔定位测量记录手簿

杆塔定位测量之后，应当编制成果表。在成果表中应列出杆塔编号、实地杆桩关系、档距、累距、杆位高程、转角方向等。成果表必须一式数份，分发给有关设计、施工单位。

最后值得指出的是：由于施工前还必须设计和制造杆塔构件，进行其它有关准备工作，时间久了，有些位于田土内的杆位桩可能毁坏；因此，进行定位测量时，必须在杆位桩前后中线上设置副桩，用红漆在副桩上注明至杆位桩的前后距离（以“±”号表示），以便施工时容易找到。