随着高压、超高压输电线路不断穿越山区、河谷、风口、跨江等复杂环境，导线在大风、覆冰、高温等自然因素作用下容易产生较大幅度的 风偏、弧垂变化、振动舞动 等问题，严重时会造成相间距离不足、跳闸、线路覆冰断线、异物碰线等风险。

传统的人工巡视或定期测量方式明显滞后，无法实现实时监测和早期预警。
北斗风偏弧垂在线监测装置 基于北斗高精度定位、倾角监测、空间三维建模，实现对输电导线姿态、弧垂变化、横向风偏距离的24小时动态监测，为输电线路安全运行提供有力保障。

一、系统建设目标

本方案以“精准监测、智能预警、可视化呈现”为核心，建设一套适用于各种类型杆塔和不同走廊环境的在线监测系统，目标包括：

1. 实时掌握导线风偏变化，实现厘米级定位精度。

2. 准确测量导线弧垂值，评估高温、覆冰、高荷载状态。

3. 判断导线三维空间姿态，包括垂度、倾斜角度、水平偏移量。

4. 基于北斗差分实现持续在线监测，分钟级上传频率。

5. 可视化展示导线状态三维模型与历史曲线趋势。

6. 设置多阈值预警策略，提前识别危险状况。

7. 满足无人值守、全天候、长周期稳定运行需求。

二、系统构成

北斗风偏弧垂在线监测系统主要分为六部分：

（1）北斗高精度监测终端

• 双频北斗/GNSS模块

• 垂直精度可达厘米级

• 集成加速度/陀螺仪，用于导线振动与姿态融合计算

安装方式：吊装在导线本体或金具附近。

（2）杆塔基准站

• 作为差分基准点

• 一般设在铁塔顶部或坚固平台

• 通过光伏供电或市电取电

（3）气象监测模块（可选）

• 风速风向仪

• 温度传感器

• 湿度、雨量
  用于对风偏与导线状态进行环境修正分析。

（4）数据采集与传输模块

• 4G/5G/北斗短报文通信

• 远程OTA升级

• 数据加密传输

（5）后台监控平台

提供系统核心功能：

• 导线风偏三维模型可视化

• 导线空间坐标实时显示

• 弧垂自动计算、分布曲线展示

• 风偏报警示意图

• 数据趋势对比（高温、覆冰、大风时期）

• 短信/APP/电话告警

• 日报、周报、月报自动生成

（6）太阳能供电系统

• 高效太阳能板

• 防雷控制器

• 电池组实现 5–7 天阴雨续航

适用于无市电区域。

三、监测原理说明

1. 北斗高精度定位原理

通过“基准站—流动站（监测终端）”的差分解算，实现导线三维坐标的实时测量。

优点：

• 厘米级空间精度

• 可直接反映垂度、水平偏移量

• 可靠性高，抗干扰强

2. 风偏计算原理

风偏距离 = 导线瞬时水平坐标 – 导线静态基准坐标
通过北斗坐标变化即可直接得出横向位移量。

3. 弧垂计算原理

根据导线两端绝缘子串高度差与导线最低点高度，结合北斗连续坐标点进行自动建模，计算：

• 弧垂曲线

• 最低点位置

• 弧垂变化量

弧垂与温度、张力、覆冰负荷具有强相关性，系统可辅助判断：

• 覆冰严重程度

• 温度升高导致垂度放大

• 高负荷弧垂变化趋势

4. 姿态融合分析

通过加速度 + 陀螺仪传感器，可识别：

• 自然风振

• 次生舞动（过渡振动）

• 大幅摆动（风险较高）

实现导线动态状态全面掌握。

四、监测点布设方案

结合线路电压等级、跨距、环境情况，给出推荐布点策略：

1. 常规跨越段（150–400m）

• 每跨安装 1 套导线北斗监测终端

• 在中跨位置效果最佳

• 杆塔顶部安装基准站 1 套

2. 大跨越（≥400m）

如跨江、跨高速、跨铁路区域：

• 每跨布设 2–3 套导线监测终端

• 更新频率提高至 5 秒

• 对关键导线相间距离实时监测

3. 易风偏区（风口、峡谷地区）

• 增配风速风向仪

• 北斗终端增加倾角传感器

• 实现精准风偏-风速关联分析

4. 易覆冰区（山区、河谷）

• 提高弧垂监测频率

• 配置温湿度传感器

• 平台自动判断覆冰厚度趋势

五、系统建设流程

1. 现场勘查

• 杆塔结构、布线情况

• 通道遮挡分析

• 供电可行性评估

• 信号覆盖情况检测

2. 设备安装

• 北斗监测终端固定于导线

• 基准站装于铁塔顶部

• 传感器统一接入采集系统

• 安装接地和防雷部件

3. 平台接入及调试

• 绑定设备

• 设置北斗差分链路

• 配置预警阈值（风偏/弧垂/坐标变化等）

• 校准导线静态坐标基准

4. 上线运行

• 数据稳定上传

• 平台可视化渲染

• 曲线趋势生成

• 自动推送日报/周报

六、预警策略设计

监测系统对风偏、弧垂、舞动等多参数设置多级预警：

报警等级划分

预警特点

• 支持多参数联动预警

• 自动判断风偏是否由风速引起

• 历史趋势识别“早兆”，如弧垂加速度异常

• 预警自动生成报告，便于调度指挥

七、平台可视化功能

平台界面可实时显示以下内容：

● 三维线路模型显示

• 导线弧垂动态模型

• 导线风偏姿态动画

• 三相对比视图

● 多曲线分析

• 弧垂趋势

• 风偏趋势

• 舞动频率分析

• 温度与弧垂关系曲线

● 跨距安全距离评估

• 实时计算相间距离

• 判断是否存在碰线风险

● AI 风偏预测模块

基于多年数据训练模型，可提前预测：

• 风偏增大趋势

• 弧垂恶化趋势

• 导线张力失稳风险

八、系统优势

1. 可精准识别毫米级导线变化

2. 具备风偏+弧垂“双监测能力”

3. 良好稳定性，适用于恶劣天气

4. 适合大跨越、高风险区域长时间监测

5. 极大降低人工巡线压力

6. 可与输电可视化视频监控联动

7. 维护成本低、可靠性强

九、应用场景

• 大跨越输电线路

• 高压/超高压风口区

• 覆冰重灾区

• 跨江跨河跨高速区域

• 山区长跨距线路

• 多风山区杆塔群

北斗风偏弧垂在线监测系统通过北斗定位、姿态传感、三维解算和可视化技术的融合，实现输电导线“状态可见、风险可控、预警及时”的全流程管理模式，是现代输电线路智慧运维的必备手段。