黃世明， 戴錦春， 巫世晶

(武漢大學(xué) 動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院，湖北 武漢 430072)

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高壓輸電導(dǎo)線張力檢測裝置*

黃世明， 戴錦春， 巫世晶

(武漢大學(xué) 動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院，湖北 武漢 430072)

在高壓輸電線路上，拉力傳感器不便于直接安裝。為解決這一問題，提出并設(shè)計(jì)了一種導(dǎo)線張力的檢測裝置。該裝置采用摩擦夾緊，能在不斷電的情況下方便地安裝在高壓輸電線路上，通過拉壓力傳感器實(shí)現(xiàn)對輸電線路張力的測量。試驗(yàn)研究分析表明：測力裝置能承受高壓輸電導(dǎo)線的張力，不產(chǎn)生機(jī)械滑動(dòng)，工作過程中對導(dǎo)線無損傷，不影響導(dǎo)線的運(yùn)行狀態(tài)。

輸電導(dǎo)線； 張力； 檢測裝置

0 引 言

在高壓輸電導(dǎo)線的舞動(dòng)研究中，在特定的條件下需要對導(dǎo)線的張力[1,2]進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，目前的監(jiān)測輸電導(dǎo)線的張力的主要方法有監(jiān)控設(shè)備視頻觀察法和弧垂監(jiān)測法[3]。但是這兩種監(jiān)測裝置都是間接的測量，且成本高，同時(shí)具有惡劣條件下工作不穩(wěn)定，監(jiān)測數(shù)據(jù)難以處理以及檢測可靠性較低等缺點(diǎn)。因此，急需要一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、直接測量導(dǎo)線張力的低成本裝置來測量導(dǎo)線張力。

為降低環(huán)境因素對檢測的影響，提高檢測可靠性，降低檢測難度，本文設(shè)計(jì)一種直接安裝在導(dǎo)線上的張力檢測裝置。通過拉力傳感器直接測量并采集導(dǎo)線張力，工作穩(wěn)定，測量結(jié)果真實(shí)可靠。

1 檢測裝置

1.1 檢測裝置的結(jié)構(gòu)

高壓輸電導(dǎo)線張力檢測裝置二維總裝圖如圖1所示，該裝置主要由上內(nèi)襯夾頭、下內(nèi)襯夾頭、夾頭外套、拉力傳感器、連接拉桿以及必要的螺桿、螺母、墊圈、鍵等零部件構(gòu)成。

圖1 檢測裝置結(jié)構(gòu)圖Fig 1 Structure chart of measurement device

檢測裝置的上內(nèi)襯夾頭上設(shè)有兩個(gè)螺栓安裝孔，下內(nèi)襯夾頭設(shè)有螺紋孔，通過墊圈和螺栓夾緊輸電導(dǎo)線。夾頭外套的兩端設(shè)有連接拉桿的安裝孔，安裝孔內(nèi)設(shè)有鍵槽，安裝孔與連接拉桿間隙配合，連接拉桿末端設(shè)有鍵槽，通過鍵連接與夾頭外套進(jìn)行周向定位，鍵與鍵槽采用過渡配合。

該檢測裝置的主要有以下特點(diǎn)：

1)內(nèi)襯夾頭和夾頭外套的結(jié)構(gòu)便于安裝。內(nèi)襯夾頭采用高強(qiáng)度軟材料，分為上下兩部分，通過螺栓連接，可以方便地將導(dǎo)線夾在中間，且在內(nèi)襯夾頭內(nèi)壁設(shè)有極細(xì)防滑細(xì)紋，增加接觸面粗糙度，提高加持穩(wěn)定性。夾頭外套采用高強(qiáng)度鋼，在夾頭外套上設(shè)計(jì)了一條軸向開口，通過該開口將導(dǎo)線塞入，夾頭外套便可沿導(dǎo)線移動(dòng)并套住內(nèi)襯夾頭。內(nèi)襯夾頭和夾頭外套的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了不斷電情況下將該檢測裝置安裝。

2)內(nèi)襯夾頭外壁和夾頭外套內(nèi)壁采用錐面，且錐度相同。內(nèi)襯夾頭對導(dǎo)線的夾持是利用摩擦學(xué)原理，內(nèi)襯夾頭會(huì)對導(dǎo)線施加一個(gè)預(yù)緊力，但僅憑預(yù)緊力無法滿足夾持穩(wěn)固的要求，因?yàn)閷?dǎo)線的張力是隨著環(huán)境等因素變化的，而預(yù)緊力是不變的，當(dāng)導(dǎo)線張力超過了預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力，內(nèi)襯夾頭便會(huì)在導(dǎo)線上滑動(dòng)，失去了夾持作用。采用錐面可以對導(dǎo)線施加一個(gè)隨導(dǎo)線張力變化而變化的壓力，保證了在導(dǎo)線張力增大的情況下，內(nèi)襯夾頭依然能對導(dǎo)線夾持穩(wěn)固。同時(shí)二者錐度相同，能保證它們之間良好的配合，盡量減小間隙，避免在惡劣環(huán)境下二者發(fā)生振動(dòng)、相互撞擊，影響檢測結(jié)果。

3)連接拉桿與夾頭外套采用鍵連接。連接拉桿的作用是將兩端夾頭外套連接，承受導(dǎo)線張力，這就要求二者之間的連接穩(wěn)定可靠，不允許松動(dòng)。該裝置工作環(huán)境的復(fù)雜性，多變性，容易引發(fā)裝置自身的振動(dòng)。對于螺紋連接，雖然結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，但是只能承受單向扭矩，在振動(dòng)的情況下容易發(fā)生松動(dòng)。對于鍵連接，有很好的周向定位效果，也可以承受一定扭矩，所以，在振動(dòng)情況下可以保證連接拉桿和線夾體之間沒有相對轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在軸向上有螺桿帽的定位，并配合使用螺紋連接，確保連接拉桿和夾頭外套之間的連接穩(wěn)固性。

1.2 檢測裝置的工作原理

將該檢測裝置安裝在待測線路上，首先將帶有螺桿帽一側(cè)的上內(nèi)襯夾頭和下內(nèi)襯夾頭固定在輸電導(dǎo)線上，然后將連接拉桿安裝在該側(cè)的夾頭外套上，并用夾頭外套套住內(nèi)襯夾頭，在連接拉桿上面安裝拉力傳感器。同理在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b另一側(cè)的內(nèi)襯夾頭和夾頭外套，最后通過雙螺母與連接拉桿固連，完成整套裝置的安裝。通過調(diào)節(jié)雙螺母可以改變兩個(gè)夾頭外套之間導(dǎo)線所受的拉應(yīng)力，同時(shí)雙螺母結(jié)構(gòu)可以用來防松，能夠保證拉力傳感器的零點(diǎn)狀態(tài)穩(wěn)定不變，避免影響測量的準(zhǔn)確性。安裝完畢之后，擰緊雙螺母，使得兩內(nèi)襯夾頭之間的導(dǎo)線松弛，其張力為零，此時(shí)導(dǎo)線的張力全部由兩連接拉桿承受。這樣，導(dǎo)線的張力有效地轉(zhuǎn)移到連接拉桿上，通過該裝置便可直接測量出導(dǎo)線的張力。

2 試驗(yàn)分析

為了檢驗(yàn)該裝置是否滿足實(shí)際要求，需要對其進(jìn)行試驗(yàn)分析。由于該檢測裝置主要受到拉力作用，而且工作在高壓環(huán)境，所以對其進(jìn)行了拉力試驗(yàn)和高壓試驗(yàn)。

2.1 拉力試驗(yàn)

對檢測裝置進(jìn)行拉力試驗(yàn)的目的有兩個(gè)：一是檢驗(yàn)該裝置是否具有足夠強(qiáng)度，保證在一定拉力下不會(huì)變形損壞，依然能夠正常工作；二是線夾對導(dǎo)線的夾持會(huì)施加一定壓力，檢驗(yàn)在該壓力的作用下，是否會(huì)對導(dǎo)線造成損傷。

用拉力機(jī)檢驗(yàn)裝置的抗拉強(qiáng)度。試驗(yàn)對象為LGJ—240/30鋼芯鋁絞線，鋁線共有24根，橫截面積為240 mm2，抗拉強(qiáng)度153.9 N/mm2，鋼線共有3根，橫截面積30 mm2，抗拉強(qiáng)度1 244 N/mm2。將裝置安裝在導(dǎo)線試樣上，然后將導(dǎo)線兩端夾持在拉力機(jī)上。用拉力機(jī)不斷施加拉力，模擬導(dǎo)線的張力，創(chuàng)造近似的工作狀態(tài)，觀察該裝置的工作情況。該實(shí)驗(yàn)并非破壞試驗(yàn)，而只是驗(yàn)證裝置的抗拉強(qiáng)度能否滿足工作需求，所以只將拉力不斷增加至4 T，實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄如表1所示。在整個(gè)試驗(yàn)過程中該裝置工作狀態(tài)良好，沒有出現(xiàn)與導(dǎo)線相對滑動(dòng)的現(xiàn)象，夾持比較穩(wěn)固，而且裝置的各零件沒有損壞現(xiàn)象，抗拉強(qiáng)度足以適應(yīng)實(shí)際檢測環(huán)境。同時(shí)通過試驗(yàn)確定內(nèi)襯夾頭內(nèi)壁的防滑細(xì)紋的寬度和間距，保證夾持穩(wěn)固且對導(dǎo)線表面無損傷。在工作狀態(tài)下，該裝置不會(huì)對導(dǎo)線造成破壞。

表1 拉力試驗(yàn)結(jié)果記錄

2.2 高壓試驗(yàn)

高壓電氣設(shè)備一旦發(fā)生放電，就會(huì)產(chǎn)生紫外線，較微弱的放電，也可以通過紫外成像儀捕捉到，即凡是有外部放電的地方都能用紫外成像儀觀察到電暈[4]。電暈是極不均勻電場中存在的一種自持放電現(xiàn)象，伴有可聽噪聲、無線電干擾、電暈損失、臭氧等效應(yīng)[5]。交流輸電系統(tǒng)的工程設(shè)備電暈特性關(guān)系到系統(tǒng)對環(huán)境的影響和線路的電暈損失，同時(shí)對輸電系統(tǒng)的運(yùn)行控制和工程造價(jià)都有影響[6]。

該檢測裝置需要安裝在高壓輸電導(dǎo)線上進(jìn)行長期工作，就要求減少其電暈特性對高壓輸電線路的影響，因此，對該裝置進(jìn)行高壓試驗(yàn)有重要意義。

本試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)該裝置的電暈特性對高壓輸電線路的影響情況。根據(jù)該裝置應(yīng)用環(huán)境的輸電電壓，在試驗(yàn)過程中，將電壓升高到220 kV，可以觀察到如圖2所示的試驗(yàn)結(jié)果，高壓輸電線路自身設(shè)備產(chǎn)生明顯放電現(xiàn)象，而該檢測裝置周圍幾乎觀察不到放電現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果為導(dǎo)線金具電暈較明顯，檢測裝置電暈微弱、不明顯。結(jié)果表明該檢測裝置對高壓輸電線路的影響較小。

圖2 高壓試驗(yàn)現(xiàn)場Fig 2 Scene of high-voltage test

3 結(jié)束語

試驗(yàn)結(jié)果表明：導(dǎo)線張力檢測裝置安裝方便，夾持穩(wěn)定可靠，能承受導(dǎo)線張力，不會(huì)對導(dǎo)線造成損壞。能夠在不影響輸電線路正常運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)張力檢測功能。檢測裝置與傳統(tǒng)導(dǎo)線張力測量方法相比，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于能直接測量導(dǎo)線張力，結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。另外該裝置可以應(yīng)用到不同的輸電線路，根據(jù)待測線路的結(jié)構(gòu)參數(shù)來修改該裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)對其它輸電線路的檢測。

[1] 王 劍.架空導(dǎo)線張力監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].保定：華北電力大學(xué)，2013:1-4.

[2] 朱寬軍，劉超群，任西春.架空輸電線路舞動(dòng)時(shí)導(dǎo)線動(dòng)態(tài)張力分析[J].中國電力，2006， 38(10):40-44.

[3] 王 彥，樂 濱.一種在線監(jiān)測導(dǎo)線舞動(dòng)的張力測量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].湖北大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版， 2014，36(6):548-551.

[4] 謝 梁，谷莉莉，鄭懷清，等.特高壓交流剛性跳線金具電暈試驗(yàn)[J].高電壓技術(shù)，2009 (3):470-474.

[5] 蔣興良，黃 俊，董冰冰，等.霧水電導(dǎo)率對輸電線路交流電暈特性的影響[J].高電壓技術(shù)，2013，39(3):636-641.

[6] 萬啟發(fā)，陳 勇，謝 梁，等.特高壓交流輸變電工程設(shè)備的電暈試驗(yàn)[J].高電壓技術(shù)，2007， 33(3):14-16.

巫世晶，通訊作者， E—mail：wsj@whu.edu.cn。

Tension measurement device of high-voltage transmission lines*

HUANG Shi-ming, DAI Jin-chun, WU Shi-jing

(School of Power and Mechanical Engineering,Wuhan University,Wuhan 430072,China)

While measuring tension of lines,it's not convenient to install tension sensor directly.In order to solve this problem,a tension measuring device is designed.The device adopts friction clamping,and it can be installed on transmission lines easily without power off.The tension of transmission lines can be measured by tension sensor.Experimental study and analysis prove that the device can sustain tension of high voltage transmission lines without mechanical sliding,without damage to lines in operation process and without influences to running state of lines.

transmission lines; tension; measurement device

2015—11—11

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51375350)

10.13873/J.1000—9787(2016)10—0080—02

TH 122； TH 823

A

1000—9787(2016)10—0080—02

黃世明(1991-)，男，河南信陽人，碩士研究生，主要從事機(jī)電工程及測試系統(tǒng)的研究。