國網(wǎng)安徽省電力有限公司 劉大平 梅一 國網(wǎng)安徽省電力有限公司建設(shè)分公司 朱棟 國網(wǎng)阜陽供電公司 張祖瀧 安徽明生電力投資集團(tuán)有限公司 孫楷淇 國網(wǎng)銅陵供電公司 李廳

1 輸電線路張力架線牽引用鋼絲繩斷線檢測研究現(xiàn)狀

由于牽引繩斷線會引起后方導(dǎo)線連同走板發(fā)生甩尾鞭擊的嚴(yán)重事故，對跨越檔內(nèi)的重要設(shè)施造成重大損失，因此需要重視放線過程中鋼絲繩斷線問題。目前，國內(nèi)已經(jīng)有相關(guān)單位進(jìn)行了一些防斷線抱緊相關(guān)裝置方面的研究，但僅限于裝置本身的控制及鎖緊機構(gòu)的研究。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和5G時代的背景下，數(shù)據(jù)量的傳輸及可靠性，可以實現(xiàn)放線鋼絲繩拉力在線監(jiān)測、抱緊機構(gòu)、牽張機等整個系統(tǒng)的聯(lián)動控制反應(yīng)。

山東某送變電工程有限公司研究了在輸電線路張力架線雙向防跑線裝置，該裝置能夠在放線過程中使導(dǎo)線正常通過。一旦發(fā)生斷線，在放線滑車位置附近，能夠雙向抓住導(dǎo)線的張力放線防跑線裝置。根據(jù)杠桿原理設(shè)計一種連桿機構(gòu)，將杠桿一端活動軌跡設(shè)置為變軌跡形式，以實現(xiàn)正常未夾緊時寬裕的通過空間和接收到夾緊信號后的快速抓緊，采用對稱互補結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)不論導(dǎo)線在設(shè)備哪一側(cè)斷裂均能夠快速夾緊。控制部分在開機自檢通過后，進(jìn)入導(dǎo)線狀態(tài)監(jiān)測狀態(tài)，由編碼測速儀實時測量導(dǎo)線的運行速度，將導(dǎo)線速度與設(shè)定值斷線閾值進(jìn)行比較，以此判斷斷線的狀態(tài)。雖然此設(shè)計方案通過計算分析和實際工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該方案滿足現(xiàn)場工程一定應(yīng)用需求，但該裝置也存在一些問題未解決，比如裝置如何過走板；安裝未考慮在鋼絲繩的許用強度下的鎖緊情況；通過分析牽引速度超過預(yù)設(shè)閾值判斷斷線情況，導(dǎo)致斷線后導(dǎo)線的速度超過一定閾值，再進(jìn)行機構(gòu)動作，反應(yīng)不夠及時，在整體機構(gòu)強度滿足標(biāo)準(zhǔn)的情況下，結(jié)構(gòu)強度余度必須提高數(shù)倍[1]；牽張機不能及時收到收緊信息，會產(chǎn)生一定的不可控性。湖南省公司設(shè)計了一種能夠在牽引繩斷線后即時鎖緊牽引繩的防跑線裝置。但該裝置也存在一些問題，例如只能進(jìn)行單項握緊鋼絲繩，牽引頭、走板通過存在困難、整體結(jié)構(gòu)重量大、施工難度較大、斷線時牽張機無法及時了解斷線狀態(tài)等。

目前，放線鋼絲繩的實時拉力值的在線監(jiān)測裝置尚未研發(fā)，在線拉力值超過許用載荷是直接導(dǎo)致鋼絲繩斷裂的主要原因。裝置缺乏有效的抱緊機構(gòu)能夠使?fàn)恳^、走板通過，存在整體結(jié)構(gòu)偏大、不便于實際施工操作等問題。對于在線傳感監(jiān)測領(lǐng)域，自20世紀(jì)60年代以來，美國某航空工業(yè)基于飛機的設(shè)備維修狀態(tài)監(jiān)測已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)中，由于技術(shù)成熟、穩(wěn)定，可延伸到核工業(yè)。隨著工業(yè)發(fā)達(dá)國家電力行業(yè)電力設(shè)備維護(hù)技術(shù)的發(fā)展逐漸成熟，開始研究狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)[2]。文章主要研究對鋼絲繩的在線拉力值檢測，并將所測力值大小通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實時傳給牽張場工作人員，了解放線拉力的實時數(shù)據(jù)，在鋼絲繩斷裂前期，及時作出超載預(yù)警，讓操作人員及時作出應(yīng)對反應(yīng)。

2 輸電線路張力架線牽引用鋼絲繩斷線檢測系統(tǒng)實施方案

2.1 整體方案設(shè)計圖

現(xiàn)場鎖緊裝置布置如圖1所示。放線滑車處裝有滑輪壓力傳感器，可以實時監(jiān)測鋼絲繩對滑輪的壓力。另外滑輪處裝有測速傳感器，可以監(jiān)測滑車的轉(zhuǎn)速狀態(tài)。兩放線滑車中間處裝有鋼絲繩抱緊裝置，可以在鋼絲繩斷裂后，迅速將鋼絲繩鎖緊，防止鋼絲繩斷線引發(fā)的施工事故發(fā)生。

圖1 現(xiàn)場鎖緊裝置布置圖

通過判斷滑車所受鋼絲繩的壓力值及滑輪轉(zhuǎn)速判斷鋼絲繩是否斷裂。鋼絲繩放線牽引過程中，抱緊裝置一直處于工作狀態(tài)。當(dāng)傳感器檢測到牽引走板、牽引接頭及接續(xù)管時，可將其打開，讓牽引走板、牽引接頭及接續(xù)管通過后，再恢復(fù)工作狀態(tài)[3]。

當(dāng)斷點發(fā)生在圖示1 斷點1 處，A、B塔處的滑車鋼絲繩壓力突減，且滑車向放線方向加速轉(zhuǎn)動，則A、B塔處的正向抱緊機構(gòu)立即工作，鎖緊斷點1左側(cè)段的鋼絲繩。

當(dāng)斷點發(fā)生在圖1斷點2 處，A、B 塔處的滑車鋼絲繩壓力突減，斷點2 處左側(cè)的滑車向牽引方向加速轉(zhuǎn)動，斷點2處右側(cè)的滑車向張力場方向轉(zhuǎn)動，則A 塔處的反向抱緊機構(gòu)及B 塔處的正向抱緊機構(gòu)立即工作，分別鎖緊斷點2兩側(cè)段的鋼絲繩。

當(dāng)斷點發(fā)生在圖1斷點3 處，A、B 塔處的滑車鋼絲繩壓力突減，且滑車向放線反方向加速轉(zhuǎn)動，則A、B塔處的反向抱緊機構(gòu)立即工作，鎖緊斷點3右側(cè)段的鋼絲繩。

2.2 抱緊機構(gòu)設(shè)計

該設(shè)計中為了驗證鎖緊機構(gòu)及相應(yīng)傳感器工作的可靠性，滑車設(shè)計按一牽二設(shè)計，鋼絲繩放線牽引力按10t設(shè)計，鋼絲繩破壞載荷選擇30t，選用鋼絲繩的直徑為Φ22mm。鋼絲繩拉力載荷抱緊機構(gòu)設(shè)計成楔形結(jié)構(gòu)。鋼絲繩及楔芯受力如圖2所示。

圖2 鋼絲繩及楔芯受力圖

受力分析得公式（1）：

楔芯受力圖如圖3所示。

圖3 楔芯受力圖

受力分析得式（2）（3）（4）：

綜合可得式（5）：

式中：μ1為鋼絲繩與楔芯的摩擦系數(shù)；μ2為楔芯的摩擦系數(shù)。

暫假設(shè)μ1為0.15，由于楔芯與殼體之間設(shè)計了滾針滑動，改變了以往的滑動摩擦結(jié)構(gòu)，μ2可設(shè)為0.05，楔形角θ設(shè)為5°時，滿足鋼絲繩自鎖條件。楔芯打開時，鋼絲繩可從中間正常通過，當(dāng)檢測滑輪速度及壓力值滿足判別為斷線狀態(tài)時，鎖緊機構(gòu)中的繼電推桿動作，將楔芯彈出鎖緊鋼絲繩[5]。

鋼絲繩在斷線時，運動速度快，為了增大楔芯塊的緩沖時間，設(shè)計彈性結(jié)構(gòu)的U 型板，可以提高鋼絲繩緩沖時間，防止對鋼絲繩或?qū)﹁F塔造成二次損害，后期需要通過試驗進(jìn)行驗證。在雙滑車的中間設(shè)置成正反方向各一對的鎖緊機構(gòu)，滑車安裝正、反向鋼絲繩抱緊機構(gòu)圖如圖4所示。可以滿足斷線鋼絲繩兩個不同方向的鎖緊功能。

圖4 滑車安裝正、反向鋼絲繩抱緊機構(gòu)圖

2.3 智能走板設(shè)計

走板采用一牽二結(jié)構(gòu)設(shè)計，牽引載荷設(shè)定為13t。智能走板在導(dǎo)線牽引處裝有拉力傳感器，網(wǎng)關(guān)端主要由自組網(wǎng)模塊網(wǎng)關(guān)組成，需要新開發(fā)網(wǎng)關(guān)底板，再結(jié)合自組網(wǎng)通信模塊進(jìn)行使用。組網(wǎng)模塊各自通過DC/DC開關(guān)電源由外部電池進(jìn)行供電。

無線拉力傳感器安裝在牽引走板或聯(lián)結(jié)牽引工具中，工作時通過拉動兩端的結(jié)構(gòu)在軸向方向產(chǎn)生一個微小的機械形變，通過粘貼在軸向方向的應(yīng)變片，將拉力的大小轉(zhuǎn)換成電阻值的變化，再通過差動全橋電路將電阻值的變化轉(zhuǎn)換成毫伏信號，將毫伏信號傳輸?shù)诫娐钒迳线M(jìn)行放大、采樣后轉(zhuǎn)換成拉力值，并通過中繼器進(jìn)行拉力值傳輸，最后傳輸?shù)綘繌垯C端，作業(yè)人員可以隨時掌握動態(tài)。

2.4 智能滑車設(shè)計

智能滑車結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 智能滑車結(jié)構(gòu)圖

在滑車滾軸處裝有壓力傳感器，采集放線滑車所受放線鋼絲繩的軸向壓力。在滑車底部處通過霍爾傳感器或聲波傳感器來檢測滑車的速度，從而判別鋼絲繩是否斷裂。

2.5 感知數(shù)據(jù)的采集和處理

檢測系統(tǒng)中采用的BSQ-DG型數(shù)字變送器如圖6所示。將傳感器采集的各種信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號，并通過RS485 總線與上位機通信。產(chǎn)品自帶上位機監(jiān)控軟件，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、百分比顯示、零點校準(zhǔn)、顯示校準(zhǔn)、修改變送器地址等基本功能。

圖6 BSQ-DG型數(shù)字變送器

3 結(jié)語

文章主要研究對鋼絲繩的在線拉力值檢測，并將所測力值大小通過移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實時傳給牽張場人員，了解放線拉力的實時過程，在鋼絲繩斷裂前期，及時作出超載預(yù)警，讓操作人員及時作出應(yīng)對反應(yīng)。為了便于后期施工人員規(guī)范化操作裝置，文章對輸電線路張力架線牽引用鋼絲繩斷線檢測進(jìn)行了簡單的探討研究，以供相關(guān)人員參考，便于工作人員能夠及時檢測鋼絲繩實時拉力情況，保障輸電線路跨越施工的順利進(jìn)行。