架空输电线路张力架线施工中张力机的应用

架空输电线路张力架线施工中张力机的应用

0牵张机与设备的安全性对比自20世纪70年代末以来，中国开始在电网建设中引入牵引和张力设备。经过30多年的发展，从对引进设备的消化和生产能力到自主开发，中国的牵引张力设备生产能力越来越成熟。输电线路张力架线施工方法也经过了多年的推广应用，配套施工工艺不断完善与提高。张力机作为重要的牵张设备，其技术进步不仅可以解决电力线路施工的难题，也可以推动施工机械装备水平的提升。从总体上看，国外牵张设备产品的设计较合理、技术性能稳定、故障率较低、油耗较小，国内的牵张设备厂家通过对引进国外牵张设备的消化吸收与自主创新，已经不断地缩小技术水平上的差距。目前，国内牵张设备随着国家电网公司施工装备机械化水平的不断推进而日趋成熟，机器的发展从分散阀块到集成阀块、从传统仪表到集成仪表、从纯手动控制到采用电控。然而，现阶段的施工方所持有的张力机大多为手调液控方式，机器的安全性、操控性、可靠性等方面并不尽人意。现有的张力机大都存在一些不足：(1）张力轮处于“受拉”且受较大负载时，容易出现“溜线”的现象；(2）张力轮处于制动并受较大负载时，人工操作松开刹车的时刻，易出现“窜动跑线”现象；(3）张力机液压控制系统的稳定性在作业现场的表现堪忧，成为非正常“跑线”事故的一大因素；(4）张力机作业控制受施工人员经验及技能影响较大，易造成施工事故或设备损坏；(5）张力机缺乏状态自检及整机信息化手段，设备检修完全依靠人工，易产生漏检项，且作业与维护数据也无法有效保存张力机是输电线路张力放线的重要装备。在现场架线作业中，张力机与牵引机配合，对导线施加可控的阻尼张力。基于不断加强的架线施工工程的安全性管理，施工方迫切需要性能更好的张力机。当前我国的张力机市场保有量已居世界首位，对用户所持有的机器进行升级改造，是提升现有张力机安全可靠性的一条风险低、收效快、经济性高的技术路线。1牵张场数据通讯通过对现有张力机现场使用情况的调研，分析总结张力机存在的问题，制定解决方案，采用新技术、新方法实现牵张场数据实时通讯，进而实现牵张机联机控制，实现张力机的张力的准确控制及智能化故障诊断，降低张力架线施工安全风险，实现牵张设备操作简单、可靠。通过调研目前国产张力机主要存在如下问题：1.1牵引机和张力机互联互通在张力放线过程中，目前通过对讲机进行牵张场的通讯指挥工作，施工现场噪音大，经常性地出现通讯中断/不畅等情况。造成指挥人员通讯困难或牵张操作人员误操作，容易造成张力放线安全事故。譬如：由于通信不畅通造成牵张手信息传递失误，在张力机未打开刹车/或是已经停机的情况下牵引机牵引，牵引力会急剧增加，很容易酿成事故。为了防止此类事件的发生，需要牵引机和张力机之间建立可靠的信息沟通和通信联系，并动态显示牵张场设备的实时信息，确保架线施工安全。针对以上问题有如下解决方案：(1）以张力机、牵引机为研究对象，应用4G通讯网络、PLC控制器、状态监测、信号处理等技术和理论，研究和开发架线施工牵张设备远程智能控制系统。实现牵张设备的信息互通显示、互联闭锁，确保张力架线安全施工。(2）采用可靠的通讯网络系统，实时采集牵张场设备的运行信息，双方牵张手能够看到牵引机或张力机的状态，并可进行视频对话，确保通讯畅通，实时沟通。(3）开发牵张设备联机控制系统，通过张力放线长度测量，张力机张机控制以及牵张放线停机/加速的惯性输入，建立可靠的算法和程序控制，通过控制器实现牵引机加速/减速或停机时，张力机实时配合调整张力和放线，确保张力稳定，弧垂安全可控，实现张力放线的稳定/安全1.2导线张力不稳定目前传统张力机张力大小通过在安装液压系统中机械压力表进行换算，刻度盘显示张力数据。张力数据测量点在张力轮、减速机等机械传动的前端，测量数据没有将机械效率纳入计算，所以传统张力机张力显示不准确，张力不稳定。存在的问题主要表现如下：(1）放线过程中张力机大小需要操作手根据牵引机的牵引情况实时调整，安全隐患大，操作手劳动强度大。(2）放线张力不稳定，在一牵多展放导线时由于多根导线张力不一致，导致走板倾斜角度过大，出现过滑车困难现象，严重时出现走板翻转。(3）放线张力不稳定，在跨越施工（带电线路或高速铁路公路）时，距离跨越点的安全距离（弧垂）不易控制，容易出现较大的安全事故。为解决张力机稳定性难题，需要研究张力机张力值准确测量系统，实现张力机张力值的可靠/精确控制，并通过张力值与牵引机实时数据互联，确保牵张放线的安全施工。针对以上问题有如下解决方案：(1）以张力机为研究对象，研究确定张力机的张力测量方式、测量装置设计研究、测量位置的分析研究，通过对张力机实际张力值的精准测量，实现对设备的张力的可靠控制。设计张力控制系统，具体针对张力机的运行张力状态及特点，着手改善架线过程中张力不平稳的缺点，提出用测量反馈、控制，实现PID控制参数的准确输入，对放线张力进行PID整定，最终可靠输出张力，实现张力放线稳定控制，最终实现张力的智能控制。(2）开发张力测量系统，张力PID稳定控制系统以及牵张机联机通讯控制模块，通讯模块将张力机和牵引机的数据互联互锁，联动控制，实现牵张设备的可靠稳定放线。1.3张力机故障诊断问题张力机在张力放线过程中出现故障在所难免，由于现场技术力量落后、技术人员缺少等问题，及时地排查故障和快速维修十分困难，经常会出现等靠厂家维修，耽误工程施工，造成很大的经济损失。因此，施工现场迫切找到一种能够有效进行张力机故障实时诊断的方法，用这种方法可以对张力机迅速、准确地进行监测而进行故障诊断，缩短设备停机时间，提高经济效益。针对以上问题有如下解决方案：(1）设计一种嵌入式的硬件系统，作为张力机在线监测和故障智能诊断的前端数据采集，系统能够采集张力机的工作相关数据，包括发动机的运行参数、液压系统的运行数据以及相关的张力数据等。(2）利用GPRS网络无线数据传输功能或者GSM短消息功能，将设备数据传输到服务控制中心或手持终端上。诊断系统对采集数据进行集中预处理、分析，通过综合算法、识别，最后输出故障原因2张力机升级技术的困难2.1配合施工工艺的选择在张力放线过程中，张力机除了提供张力施加的功能，还提供了制动、反牵等配合施工工艺的多种能力。由于张力机处于不同负载下的多种状态切换，其复杂性给控制系统的升级及验证带来一定难度。张力机系统升级需充分考虑机器的每一个状态，确保逻辑完备、功能完整。2.2数据源的选择不同数据源的多期数据+勘测设计数据+施工数据，形成了海量数据，大数据量的处理和分析也是一个难点。不同数据源的多期地形地貌数据、勘测设计、施工数据，绝对数据量非常大。张力机的升级针对的并非仅仅是某个具体品牌、型号的张力机，而是需要让技术研究与研制成果可普适与大部分现役张力机。因此，需汇总并统计现有张力机的各种机型，针对主流张力机的操控原理设计出具有很高适应性、配置灵活的电液控制系统。2.3优化机器在施工现场使用的真实作业方式，提高机器的专业水平张力放线过程并非单纯的牵引机、张力机的互动，还涉及到整个架空导线的牵张作业的工艺过程，机器的功能开发必须符合规程、满足作业需要。为此，需针对张力机在施工现场使用的真实作业方式制定相应的控制策略、开发可有效应对系统异常及故障的成套软硬件。针对以上张力机升级的技术难点，张力机升级改造的技术方案见图1。3张力机及张力机现场施工及故障诊断技术研究基于以上调查研究，针对现有张力机存在的问题开展研究，主要包括牵张场的数据实时通讯研究，张力机张