架空輸電線路張力架線施工中張力機(jī)的應(yīng)用

0牽張機(jī)與設(shè)備的安全性對比自20世紀(jì)70年代末以來，中國開始在電網(wǎng)建設(shè)中引入牽引和張力設(shè)備。經(jīng)過30多年的發(fā)展，從對引進(jìn)設(shè)備的消化和生產(chǎn)能力到自主開發(fā)，中國的牽引張力設(shè)備生產(chǎn)能力越來越成熟。輸電線路張力架線施工方法也經(jīng)過了多年的推廣應(yīng)用，配套施工工藝不斷完善與提高。張力機(jī)作為重要的牽張?jiān)O(shè)備，其技術(shù)進(jìn)步不僅可以解決電力線路施工的難題，也可以推動施工機(jī)械裝備水平的提升。從總體上看，國外牽張?jiān)O(shè)備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)較合理、技術(shù)性能穩(wěn)定、故障率較低、油耗較小，國內(nèi)的牽張?jiān)O(shè)備廠家通過對引進(jìn)國外牽張?jiān)O(shè)備的消化吸收與自主創(chuàng)新，已經(jīng)不斷地縮小技術(shù)水平上的差距。目前，國內(nèi)牽張?jiān)O(shè)備隨著國家電網(wǎng)公司施工裝備機(jī)械化水平的不斷推進(jìn)而日趨成熟，機(jī)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(jī)大多為手調(diào)液控方式，機(jī)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(jī)大都存在一些不足：(1）張力輪處于“受拉”且受較大負(fù)載時(shí)，容易出現(xiàn)“溜線”的現(xiàn)象；(2）張力輪處于制動并受較大負(fù)載時(shí)，人工操作松開剎車的時(shí)刻，易出現(xiàn)“竄動跑線”現(xiàn)象；(3）張力機(jī)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，成為非正常“跑線”事故的一大因素；(4）張力機(jī)作業(yè)控制受施工人員經(jīng)驗(yàn)及技能影響較大，易造成施工事故或設(shè)備損壞；(5）張力機(jī)缺乏狀態(tài)自檢及整機(jī)信息化手段，設(shè)備檢修完全依靠人工，易產(chǎn)生漏檢項(xiàng)，且作業(yè)與維護(hù)數(shù)據(jù)也無法有效保存張力機(jī)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(jī)與牽引機(jī)配合，對導(dǎo)線施加可控的阻尼張力。基于不斷加強(qiáng)的架線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(jī)。當(dāng)前我國的張力機(jī)市場保有量已居世界首位，對用戶所持有的機(jī)器進(jìn)行升級改造，是提升現(xiàn)有張力機(jī)安全可靠性的一條風(fēng)險(xiǎn)低、收效快、經(jīng)濟(jì)性高的技術(shù)路線。1牽張場數(shù)據(jù)通訊通過對現(xiàn)有張力機(jī)現(xiàn)場使用情況的調(diào)研，分析總結(jié)張力機(jī)存在的問題，制定解決方案，采用新技術(shù)、新方法實(shí)現(xiàn)牽張場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)牽張機(jī)聯(lián)機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)張力機(jī)的張力的準(zhǔn)確控制及智能化故障診斷，降低張力架線施工安全風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)牽張?jiān)O(shè)備操作簡單、可靠。通過調(diào)研目前國產(chǎn)張力機(jī)主要存在如下問題：1.1牽引機(jī)和張力機(jī)互聯(lián)互通在張力放線過程中，目前通過對講機(jī)進(jìn)行牽張場的通訊指揮工作，施工現(xiàn)場噪音大，經(jīng)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(jī)未打開剎車/或是已經(jīng)停機(jī)的情況下牽引機(jī)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(jī)和張力機(jī)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(shè)備的實(shí)時(shí)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(jī)、牽引機(jī)為研究對象，應(yīng)用4G通訊網(wǎng)絡(luò)、PLC控制器、狀態(tài)監(jiān)測、信號處理等技術(shù)和理論，研究和開發(fā)架線施工牽張?jiān)O(shè)備遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)牽張?jiān)O(shè)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集牽張場設(shè)備的運(yùn)行信息，雙方牽張手能夠看到牽引機(jī)或張力機(jī)的狀態(tài)，并可進(jìn)行視頻對話，確保通訊暢通，實(shí)時(shí)溝通。(3）開發(fā)牽張?jiān)O(shè)備聯(lián)機(jī)控制系統(tǒng)，通過張力放線長度測量，張力機(jī)張機(jī)控制以及牽張放線停機(jī)/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(shí)現(xiàn)牽引機(jī)加速/減速或停機(jī)時(shí)，張力機(jī)實(shí)時(shí)配合調(diào)整張力和放線，確保張力穩(wěn)定，弧垂安全可控，實(shí)現(xiàn)張力放線的穩(wěn)定/安全1.2導(dǎo)線張力不穩(wěn)定目前傳統(tǒng)張力機(jī)張力大小通過在安裝液壓系統(tǒng)中機(jī)械壓力表進(jìn)行換算，刻度盤顯示張力數(shù)據(jù)。張力數(shù)據(jù)測量點(diǎn)在張力輪、減速機(jī)等機(jī)械傳動的前端，測量數(shù)據(jù)沒有將機(jī)械效率納入計(jì)算，所以傳統(tǒng)張力機(jī)張力顯示不準(zhǔn)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(jī)大小需要操作手根據(jù)牽引機(jī)的牽引情況實(shí)時(shí)調(diào)整，安全隱患大，操作手勞動強(qiáng)度大。(2）放線張力不穩(wěn)定，在一牽多展放導(dǎo)線時(shí)由于多根導(dǎo)線張力不一致，導(dǎo)致走板傾斜角度過大，出現(xiàn)過滑車?yán)щy現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)走板翻轉(zhuǎn)。(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(shí)，距離跨越點(diǎn)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(jī)穩(wěn)定性難題，需要研究張力機(jī)張力值準(zhǔn)確測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)張力機(jī)張力值的可靠/精確控制，并通過張力值與牽引機(jī)實(shí)時(shí)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(jī)為研究對象，研究確定張力機(jī)的張力測量方式、測量裝置設(shè)計(jì)研究、測量位置的分析研究，通過對張力機(jī)實(shí)際張力值的精準(zhǔn)測量，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的張力的可靠控制。設(shè)計(jì)張力控制系統(tǒng)，具體針對張力機(jī)的運(yùn)行張力狀態(tài)及特點(diǎn)，著手改善架線過程中張力不平穩(wěn)的缺點(diǎn)，提出用測量反饋、控制，實(shí)現(xiàn)PID控制參數(shù)的準(zhǔn)確輸入，對放線張力進(jìn)行PID整定，最終可靠輸出張力，實(shí)現(xiàn)張力放線穩(wěn)定控制，最終實(shí)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(jī)聯(lián)機(jī)通訊控制模塊，通訊模塊將張力機(jī)和牽引機(jī)的數(shù)據(jù)互聯(lián)互鎖，聯(lián)動控制，實(shí)現(xiàn)牽張?jiān)O(shè)備的可靠穩(wěn)定放線。1.3張力機(jī)故障診斷問題張力機(jī)在張力放線過程中出現(xiàn)故障在所難免，由于現(xiàn)場技術(shù)力量落后、技術(shù)人員缺少等問題，及時(shí)地排查故障和快速維修十分困難，經(jīng)常會出現(xiàn)等靠廠家維修，耽誤工程施工，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，施工現(xiàn)場迫切找到一種能夠有效進(jìn)行張力機(jī)故障實(shí)時(shí)診斷的方法，用這種方法可以對張力機(jī)迅速、準(zhǔn)確地進(jìn)行監(jiān)測而進(jìn)行故障診斷，縮短設(shè)備停機(jī)時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。針對以上問題有如下解決方案：(1）設(shè)計(jì)一種嵌入式的硬件系統(tǒng)，作為張力機(jī)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(jī)的工作相關(guān)數(shù)據(jù)，包括發(fā)動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)、液壓系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)以及相關(guān)的張力數(shù)據(jù)等。(2）利用GPRS網(wǎng)絡(luò)無線數(shù)據(jù)傳輸功能或者GSM短消息功能，將設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)控制中心或手持終端上。診斷系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行集中預(yù)處理、分析，通過綜合算法、識別，最后輸出故障原因2張力機(jī)升級技術(shù)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(jī)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(jī)處于不同負(fù)載下的多種狀態(tài)切換，其復(fù)雜性給控制系統(tǒng)的升級及驗(yàn)證帶來一定難度。張力機(jī)系統(tǒng)升級需充分考慮機(jī)器的每一個(gè)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(shè)計(jì)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(gè)難點(diǎn)。不同數(shù)據(jù)源的多期地形地貌數(shù)據(jù)、勘測設(shè)計(jì)、施工數(shù)據(jù)，絕對數(shù)據(jù)量非常大。張力機(jī)的升級針對的并非僅僅是某個(gè)具體品牌、型號的張力機(jī)，而是需要讓技術(shù)研究與研制成果可普適與大部分現(xiàn)役張力機(jī)。因此，需匯總并統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有張力機(jī)的各種機(jī)型，針對主流張力機(jī)的操控原理設(shè)計(jì)出具有很高適應(yīng)性、配置靈活的電液控制系統(tǒng)。2.3優(yōu)化機(jī)器在施工現(xiàn)場使用的真實(shí)作業(yè)方式，提高機(jī)器的專業(yè)水平張力放線過程并非單純的牽引機(jī)、張力機(jī)的互動，還涉及到整個(gè)架空導(dǎo)線的牽張作業(yè)的工藝過程，機(jī)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(jī)在施工現(xiàn)場使用的真實(shí)作業(yè)方式制定相應(yīng)的控制策略、開發(fā)可有效應(yīng)對系統(tǒng)異常及故障的成套軟硬件。針對以上張力機(jī)升級的技術(shù)難點(diǎn)，張力機(jī)升級改造的技術(shù)方案見圖1。3張力機(jī)及張力機(jī)現(xiàn)場施工及故障診斷技術(shù)研究基于以上調(diào)查研究，針對現(xiàn)有張力機(jī)存在的問題開展研究，主要包括牽張場的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通訊研究，張力機(jī)張