架空輸電線路張力架線施工中張力機的應用

0牽張機與設備的安全性對比自20世紀70年代末以來，中國開始在電網建設中引入牽引和張力設備。經過30多年的發(fā)展，從對引進設備的消化和生產能力到自主開發(fā)，中國的牽引張力設備生產能力越來越成熟。輸電線路張力架線施工方法也經過了多年的推廣應用，配套施工工藝不斷完善與提高。張力機作為重要的牽張設備，其技術進步不僅可以解決電力線路施工的難題，也可以推動施工機械裝備水平的提升。從總體上看，國外牽張設備產品的設計較合理、技術性能穩(wěn)定、故障率較低、油耗較小，國內的牽張設備廠家通過對引進國外牽張設備的消化吸收與自主創(chuàng)新，已經不斷地縮小技術水平上的差距。目前，國內牽張設備隨著國家電網公司施工裝備機械化水平的不斷推進而日趨成熟，機器的發(fā)展從分散閥塊到集成閥塊、從傳統(tǒng)儀表到集成儀表、從純手動控制到采用電控。然而，現(xiàn)階段的施工方所持有的張力機大多為手調液控方式，機器的安全性、操控性、可靠性等方面并不盡人意?，F(xiàn)有的張力機大都存在一些不足：(1）張力輪處于“受拉”且受較大負載時，容易出現(xiàn)“溜線”的現(xiàn)象；(2）張力輪處于制動并受較大負載時，人工操作松開剎車的時刻，易出現(xiàn)“竄動跑線”現(xiàn)象；(3）張力機液壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性在作業(yè)現(xiàn)場的表現(xiàn)堪憂，成為非正?！芭芫€”事故的一大因素；(4）張力機作業(yè)控制受施工人員經驗及技能影響較大，易造成施工事故或設備損壞；(5）張力機缺乏狀態(tài)自檢及整機信息化手段，設備檢修完全依靠人工，易產生漏檢項，且作業(yè)與維護數(shù)據(jù)也無法有效保存張力機是輸電線路張力放線的重要裝備。在現(xiàn)場架線作業(yè)中，張力機與牽引機配合，對導線施加可控的阻尼張力?；诓粩嗉訌姷募芫€施工工程的安全性管理，施工方迫切需要性能更好的張力機。當前我國的張力機市場保有量已居世界首位，對用戶所持有的機器進行升級改造，是提升現(xiàn)有張力機安全可靠性的一條風險低、收效快、經濟性高的技術路線。1牽張場數(shù)據(jù)通訊通過對現(xiàn)有張力機現(xiàn)場使用情況的調研，分析總結張力機存在的問題，制定解決方案，采用新技術、新方法實現(xiàn)牽張場數(shù)據(jù)實時通訊，進而實現(xiàn)牽張機聯(lián)機控制，實現(xiàn)張力機的張力的準確控制及智能化故障診斷，降低張力架線施工安全風險，實現(xiàn)牽張設備操作簡單、可靠。通過調研目前國產張力機主要存在如下問題：1.1牽引機和張力機互聯(lián)互通在張力放線過程中，目前通過對講機進行牽張場的通訊指揮工作，施工現(xiàn)場噪音大，經常性地出現(xiàn)通訊中斷/不暢等情況。造成指揮人員通訊困難或牽張操作人員誤操作，容易造成張力放線安全事故。譬如：由于通信不暢通造成牽張手信息傳遞失誤，在張力機未打開剎車/或是已經停機的情況下牽引機牽引，牽引力會急劇增加，很容易釀成事故。為了防止此類事件的發(fā)生，需要牽引機和張力機之間建立可靠的信息溝通和通信聯(lián)系，并動態(tài)顯示牽張場設備的實時信息，確保架線施工安全。針對以上問題有如下解決方案：(1）以張力機、牽引機為研究對象，應用4G通訊網絡、PLC控制器、狀態(tài)監(jiān)測、信號處理等技術和理論，研究和開發(fā)架線施工牽張設備遠程智能控制系統(tǒng)。實現(xiàn)牽張設備的信息互通顯示、互聯(lián)閉鎖，確保張力架線安全施工。(2）采用可靠的通訊網絡系統(tǒng)，實時采集牽張場設備的運行信息，雙方牽張手能夠看到牽引機或張力機的狀態(tài)，并可進行視頻對話，確保通訊暢通，實時溝通。(3）開發(fā)牽張設備聯(lián)機控制系統(tǒng)，通過張力放線長度測量，張力機張機控制以及牽張放線停機/加速的慣性輸入，建立可靠的算法和程序控制，通過控制器實現(xiàn)牽引機加速/減速或停機時，張力機實時配合調整張力和放線，確保張力穩(wěn)定，弧垂安全可控，實現(xiàn)張力放線的穩(wěn)定/安全1.2導線張力不穩(wěn)定目前傳統(tǒng)張力機張力大小通過在安裝液壓系統(tǒng)中機械壓力表進行換算，刻度盤顯示張力數(shù)據(jù)。張力數(shù)據(jù)測量點在張力輪、減速機等機械傳動的前端，測量數(shù)據(jù)沒有將機械效率納入計算，所以傳統(tǒng)張力機張力顯示不準確，張力不穩(wěn)定。存在的問題主要表現(xiàn)如下：(1）放線過程中張力機大小需要操作手根據(jù)牽引機的牽引情況實時調整，安全隱患大，操作手勞動強度大。(2）放線張力不穩(wěn)定，在一牽多展放導線時由于多根導線張力不一致，導致走板傾斜角度過大，出現(xiàn)過滑車困難現(xiàn)象，嚴重時出現(xiàn)走板翻轉。(3）放線張力不穩(wěn)定，在跨越施工（帶電線路或高速鐵路公路）時，距離跨越點的安全距離（弧垂）不易控制，容易出現(xiàn)較大的安全事故。為解決張力機穩(wěn)定性難題，需要研究張力機張力值準確測量系統(tǒng)，實現(xiàn)張力機張力值的可靠/精確控制，并通過張力值與牽引機實時數(shù)據(jù)互聯(lián)，確保牽張放線的安全施工。針對以上問題有如下解決方案：(1）以張力機為研究對象，研究確定張力機的張力測量方式、測量裝置設計研究、測量位置的分析研究，通過對張力機實際張力值的精準測量，實現(xiàn)對設備的張力的可靠控制。設計張力控制系統(tǒng)，具體針對張力機的運行張力狀態(tài)及特點，著手改善架線過程中張力不平穩(wěn)的缺點，提出用測量反饋、控制，實現(xiàn)PID控制參數(shù)的準確輸入，對放線張力進行PID整定，最終可靠輸出張力，實現(xiàn)張力放線穩(wěn)定控制，最終實現(xiàn)張力的智能控制。(2）開發(fā)張力測量系統(tǒng)，張力PID穩(wěn)定控制系統(tǒng)以及牽張機聯(lián)機通訊控制模塊，通訊模塊將張力機和牽引機的數(shù)據(jù)互聯(lián)互鎖，聯(lián)動控制，實現(xiàn)牽張設備的可靠穩(wěn)定放線。1.3張力機故障診斷問題張力機在張力放線過程中出現(xiàn)故障在所難免，由于現(xiàn)場技術力量落后、技術人員缺少等問題，及時地排查故障和快速維修十分困難，經常會出現(xiàn)等靠廠家維修，耽誤工程施工，造成很大的經濟損失。因此，施工現(xiàn)場迫切找到一種能夠有效進行張力機故障實時診斷的方法，用這種方法可以對張力機迅速、準確地進行監(jiān)測而進行故障診斷，縮短設備停機時間，提高經濟效益。針對以上問題有如下解決方案：(1）設計一種嵌入式的硬件系統(tǒng)，作為張力機在線監(jiān)測和故障智能診斷的前端數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)能夠采集張力機的工作相關數(shù)據(jù)，包括發(fā)動機的運行參數(shù)、液壓系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)以及相關的張力數(shù)據(jù)等。(2）利用GPRS網絡無線數(shù)據(jù)傳輸功能或者GSM短消息功能，將設備數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒湛刂浦行幕蚴殖纸K端上。診斷系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)進行集中預處理、分析，通過綜合算法、識別，最后輸出故障原因2張力機升級技術的困難2.1配合施工工藝的選擇在張力放線過程中，張力機除了提供張力施加的功能，還提供了制動、反牽等配合施工工藝的多種能力。由于張力機處于不同負載下的多種狀態(tài)切換，其復雜性給控制系統(tǒng)的升級及驗證帶來一定難度。張力機系統(tǒng)升級需充分考慮機器的每一個狀態(tài)，確保邏輯完備、功能完整。2.2數(shù)據(jù)源的選擇不同數(shù)據(jù)源的多期數(shù)據(jù)+勘測設計數(shù)據(jù)+施工數(shù)據(jù)，形成了海量數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)量的處理和分析也是一個難點。不同數(shù)據(jù)源的多期地形地貌數(shù)據(jù)、勘測設計、施工數(shù)據(jù)，絕對數(shù)據(jù)量非常大。張力機的升級針對的并非僅僅是某個具體品牌、型號的張力機，而是需要讓技術研究與研制成果可普適與大部分現(xiàn)役張力機。因此，需匯總并統(tǒng)計現(xiàn)有張力機的各種機型，針對主流張力機的操控原理設計出具有很高適應性、配置靈活的電液控制系統(tǒng)。2.3優(yōu)化機器在施工現(xiàn)場使用的真實作業(yè)方式，提高機器的專業(yè)水平張力放線過程并非單純的牽引機、張力機的互動，還涉及到整個架空導線的牽張作業(yè)的工藝過程，機器的功能開發(fā)必須符合規(guī)程、滿足作業(yè)需要。為此，需針對張力機在施工現(xiàn)場使用的真實作業(yè)方式制定相應的控制策略、開發(fā)可有效應對系統(tǒng)異常及故障的成套軟硬件。針對以上張力機升級的技術難點，張力機升級改造的技術方案見圖1。3張力機及張力機現(xiàn)場施工及故障診斷技術研究基于以上調查研究，針對現(xiàn)有張力機存在的問題開展研究，主要包括牽張場的數(shù)據(jù)實時通訊研究，張力機張