智能化施工技术在电网工程建设中的应用

智能化施工技术在电网工程建设中的应用

智能化施工技术为了更好地适应和推进中国电网设计的特高压电网和智能电网的建设，相关能源和设备的技术和设备也必须走上信息、智能和互动的道路。发展智能化施工技术主要应从两个方面开展相关研究:一方面是施工管理的信息化、智能化;另一方面是施工装备的自动化、智能化。本文就智能技术在输变电工程施工中的研究和应用作一探讨。1机群无线通讯、监测和智能化管理随着智能技术在工程机械的广泛应用,在工程机械上配备各种传感器、控制器及通讯设备,实现机械智能化,将开发出能实时判断作业状况并做出调整的智能化施工系统。现代工程机械正成为机电液一体化的高端产品,智能化成为国内外工程机械的主要发展趋势。目前国外先进的工程机械公司已在新型的装载机、平地机、挖掘机、摊铺机和压路机上安装了远程无线通讯系统、GPS定位系统和车载计算机装置,将工程机械的工作参数、工作进程等一系列信息通过无线通讯系统进行监控和管理,具有代表性的是CATERPILALR公司的采矿铲土运输机群动态管理系统CAES(ComputerAidedEarthmovingSystem)。国内一些主要的工程机械生产和科研单位都已参加了“智能化工程机械”的研究开发工作,目前己经完成了道路施工机械中的装载机、材料拌和站、自卸车和摊铺机等单台工程机械的智能化改造,并掌握机群智能化工程机械系统的设计和制造技术。对于电网建设施工设备智能化研究来说,目前国内外在铁塔组立设备、张力架线设备等方面已经开展了相关智能化的研究并有了一些应用,如开发了单台牵引、张力架线设备的智能化功能,而且也实现了通过集控装置或几台设备联网实现群控功能;在组塔设备中研制了组铁专用塔式起重机,可以实现铁塔组立的单机智能化吊装,目前正在开展多台起重机联合作业智能化施工方向的研究。2工程建设管理前面提到现代工程建设项目系统越发庞大和复杂,涉及的技术、工种、人员、设备、材料和层级等繁多,并且工程项目中不确定因素比重加大。输变电工程建设是电力工程建设中的重要组成部分,随着特高压电网、跨大区联网和智能电网等工程项目的开工建设,对项目管理提出了更高、更新的要求。工程建设管理的好坏直接关系着整个输变电工程项目的顺利实施,影响着企业形象、社会和经济效益,在目前我国输变电工程技术水平已跻身世界一流的同时,相应施工管理水平的提升也是紧迫的主、客观的需求。为了进一步加强输变电工程项目建设管理水平、提升建设安全与质量、节约工程成本等,缩短项目管理与国际先进水平的差距就必须从传统的管理理念上强化工程项目管理的意义,充分开发和利用先进的信息化技术加以辅助,从而达到全面提升我国电力建设工程整体水平的目的。2.1各单位和部门的原因分析1)电力工程数量多、规模等级逐步提高,目标控制如工程进度、经费、质量、安全、标准、人力和设备资源等难度加大。2)参与单位和部门多,业务大量交叉,组织协调工作难度大,沟通缺乏有效手段。3)前期准备工作量大、不可控因素多,并且与其它工作之间的关联度高、依赖性强。4)工程管理缺乏标准化流程控制。5)工程建设文档多且复杂,存档和查阅难度大,历史数据难保存,决策支持的难度大。6)安全、质量保障措施和方案编制、存取、调用和控制等方面尚需加强。2.2智能化施工管理系统1)我国输变电工程等级、型式多样性,相应输电线路和变电工程中的铁塔、导线、基础等型式、规格和种类多样复杂,对应的施工导则、质量验收和安全规范等繁多,配套施工设备种类多、用量大,要在有限的时间内完成上述大量工程管理信息的处理和高效分配,依靠人工处理层面不仅难度很大,而且难免出现偏差或遗漏,有可能造成施工质量和安全隐患;尤其是输变电建设施工中环境多变、数据量大、计算复杂等,技术人员大多凭经验选择工器具,可能会造成大量人力、财力和物力的浪费,更有可能由于工程项目多、技术人员分散且年轻、经验不足、易失误等因素造成管理方面的错误,直接给工程带来损失、质量无法保证、形成安全隐患。2)当前随着信息技术的飞速发展,计算机具有速度快、计算正确可靠、信息储备量大、标准化程度高和各种功能集合等功能,如何把工程施工方面的管理,包括工程量计算、施工方案的设计、工程节点的控制与考核、安全质量保障措施、配套施工设备和工器具选择、规程规范的参照等和施工管理紧密结合,进一步提高输变电工程项目建设中高效协调各相关方关系与工作问题,运用先进的信息技术改善和提高电网建设施工管理水平显得尤为重要。3)智能化施工管理利用计算机系统对施工组织与管理过程中的信息进行收集、传输、处理、保存、维护和使用,并利用人工智能领域中的专家系统、知识工程等现代科学技术和方法进行施工组织和管理。智能化施工管理信息系统既包含基本的施工(土石方开挖、测量、地锚、运输、杆塔基础施工、抱杆、杆塔起吊、拉线、放线、张紧等)计算,又涵盖现场施工管理所需的施工进度、工器具、施工流程、施工规范和安全管理等功能的智能化管理平台,对于在输变电项目施工管理最底层,也是最薄弱的施工现场管理将有重要意义。研究开发智能化的施工管理信息系统,对实现施工全过程管理的智能化、系统化、实时化和统一化,保证电网建设施工安全性、可靠性,提高施工效率、降低施工成本等方面具有重要意义,可使输变电施工组织与管理方便、高效、科学化,有利于缩短施工周期、降低工程造价和提高施工企业综合效益。3牵、张设备配套施工技术逐渐成熟施工设备的智能化是今后发展的必然趋势,本文仅以输电线路施工中必要的、复杂程度和自动化程度高的张力架线设备为例,阐述智能化施工技术在牵引、张力架线设备中的应用。上世纪70年代末我国在电网建设中开始引进牵引、张力设备,经过20多年的发展,从对引进牵、张设备的消化吸收到自主创新的制造,我国牵、张设备的生产能力已经比较成熟。输电线路张力架线施工方法也历经了20多年的推广应用,配套施工工艺不断完善与提高,目前已普及到全国各种电压等级的输电线路施工中。近年来随着电压等级的提升,工程对展放质量要求越来越高,大截面导线的出现、多分裂导线同步展放的要求,特别是交直流特高压工程项目的开工建设等,使配套施工用的大型牵、张设备不断出现以满足工程所需。在施工工期越来越短、施工质量要求越来越高、安全环保要求越来越严的情况下,作为输电线路施工的主要必备机械,对牵、张设备的功能、性能及可靠程度要求不断提高,因此研究开发智能化的牵、张设备对提高输变电工程施工质量和效率具有重要意义。3.1智能化放线施工在张力架线施工中主牵引机应具有健全的工作、控制和防护(保安)机构,能在使用地区自然环境下连续工作;主张力机也应具有健全的工作机构和控制机构,能连续平稳地调整放线张力,与主牵引机同步运转,放线张力一经调定后应基本保持恒定不变,能分别控制同时牵放的各子导线的放线张力,或用其它方法补偿各子导线在牵放过程中可能出现的张力差。要实现牵、张设备及张力架线施工的智能化,首先要解决单台牵引机和张力机的智能化,更重要的是在张力架线过程中实现多台牵、张设备的协同智能化施工,使输变电工程放线施工更为高效、可靠和安全。对于单台牵、张设备的智能化,首先在整机方面集成控制中心采用微处理器进行放线数据的采集、监视、控制与调节。数据的采集通过配置的测定张力的拉力传感器和测定速度的速度传感器,通过总线传输,将牵引、张力的数据实时传递到主机控制中心。经过事先设定好的程序处理后随时调节速度与张力(总张力、分张力等),实现对牵、张设备各项功能的智能化控制,从而达到放线过程的智能化施工。牵引机具有闭环控制的牵引力及牵引速度控制功能,张力机具有恒张力控制功能。架线过程中,张力机的张力控制机构上加装对展放线索张力的全程检测装置,并根据检测结果实时自动调节,保证线索控制张力始终恒定在预设值,控制张力不受起动、行走、停止及放线速度等影响。恒张力放线施工能够有效避免接导线损伤、扭面等缺陷,保证架线质量;同时对系统安全进行全面监控,防止突发事件的发生并对整机运行状态、各种工作参数和故障状况等信息实现实时显示和记录,对各种预期保养项目进行及时提醒。另外单台牵、张设备应具有无线通讯功能,实现单机和机群智能化系统主控单元的状态参数上传和施工参数的下载。3.2机群设备组合目前我国已在特高压工程等输电电路中采用多分裂导线形式,由于装配式架线施工技术在国内尚未完全成熟,而且现场应用较少,因此绝大多数输电线路工程放线依然采用牵、张设备。为了减少导线在长期运行中出现的不均匀蠕变、保障和提高施工质量,同时也减少牵张设备、配套工器具的规格等级,充分利用现有施工设施,综合考虑后在1000kV特高压交流试验示范工程中,8分裂导线大多施工单位采用2×(1牵4)同步张力放线方法,即通过采取两套1牵4放线设备组合实现张力放线。2台张力机或2台牵引机相互配合,在布场时相互错开3~5m,2台设备的操作手之间能进行手势沟通,牵放过程中副操作手随从主操作手进行张力及牵引力的调整等。牵放中副操作手应以主操作手牵放的速度、张力和弧垂等为标准向主操作手牵放导线,达到基本同步为了进一步满足各类工程的实际应用,需要在单台牵、张机智能化的基础上进一步设计开发集成牵、张机群智能化同步架线施工系统,从而全面满足工程实际的需要。机群智能化同步张力架线系统由单机智能系统和管理中心系统共同组成,单机智能系统具有实时牵张设备状态测量、显示、通讯和调节等功能,通过通讯单元模块将施工设备的状态信息实时地传输到管理中心,中心结合施工设备的数据,分析运算后产生一个集成化的该系统当前状态下的实时施工作业模型。该模型的建立不仅可以监控施工系统内的所有设备,实施通信、调度和调整各个智能分支单机,同时可以令施工管理人员在后台实现接近实时条件下的对施工现场作业的全程监控。该作业管理软件通过最佳施工状态的分析产生新的施工方案,并将每一台机器的最佳运行状态、牵张力和展放速度传送给相应设备的监控单元并实时调整牵张设备的运行参数。机群智能化同步架线施工系统便于操作人员随时了解设备运行状态,及时发现安全隐患;提高设备使用参数的透明度,及时判断