2019年基于弧垂檢測裝置與液壓絞磨的輸電線路自動緊線技術研究.pptx

1、1,基于弧垂檢測裝置與液壓絞磨的輸電線路自動緊線技術研究,2,目 錄,一、輸電線路緊線施工作業現狀,3,緊線施工是輸電線路建設中一個重要施工工序，用于保證輸電導線與地面保持一段安全距離，保障輸電線路能安全有效地運行；弧垂是導線在相鄰桿塔間下垂的幅度，是衡量導線設計、施工質量和運行維護的重要指標之一，在整個輸電線路緊線施工中起著至關重要的作用。目前，架空輸電線路的施工過程中，弧垂采用人工觀測的方式，即通過經緯儀觀察遠處導線實物及測量參照物，通過較復雜的幾何計算得到觀測結果，然后與設計指標進行人工比對。,由于人工觀測的結果直接受觀測人員的經驗知識、操作技能、作業規范程度等人為因素的影響，存在一定的

2、局限性。（1）觀測人員需要掌握一整套人工觀測的工作方法與流程、并結合氣溫等因素判別目標弧垂合格與否。（2）在霧天、夜間等能見度較差的狀況下，人工觀測無法展開作業，直接影響施工進度。（3）由于觀測過程依賴人員進行主觀判斷，難以形成基于數據的硬性指標。（4）由于缺乏計算機的數據管理及智能終端的利用，弧垂標準數據及觀測結果的存儲、查詢、管理等均高度依賴人工，容易導致結果數據的遺失、出錯。另外，緊線施工作業主要根據測工觀測的弧垂值，采用“機動絞磨粗調+鋁合金環鏈緊線器細調”的施工方式使導線弧垂值滿足設計值。,4,一、輸電線路緊線施工作業現狀,5,目 錄,針對上述問題，按照國家電網公司輸電線路全過程機械

3、化施工的要求，江蘇省送變電有限公司依托國網公司科技項目開展基于弧垂檢測裝置與液壓絞磨的輸電線路自動緊線技術研究。項目研究內容包括實現弧垂的自動化檢測，在人機界面上實時顯示當前導線弧垂。此外，進一步通過程序邏輯對比當前弧垂值與目標弧垂值，通過程序指令輸出控制緊線執行器的收緊或放松，直至導線當前弧垂與目標弧垂基本一致，從而實現自動緊線。項目研究成果可在架線施工及質量控制環節實現“機器換人”，減少測量誤差、提高工效，完成對弧垂指標的嚴格管控，并推動架線施工技術向高精度、自動化、智能化方向發展。,二、項目研究內容及目標,6,7,目 錄,自動弧垂檢測工作原理,8,地面人員通過無線遙控搭載了高精度定位系統

4、位置探頭的自行走小車沿導線高空行走，從所測得的空間三維坐標數據（x,y,z）獲取導線弧垂、形狀等；自行走小車所測得的空間三維坐標通過無線通信系統傳到地面控制站；地面控制站通過軟件處理獲取導線兩端掛點A、B及檔距中央導線點坐標后，通過計算可實時測得中央弧垂以及導線的曲線形狀。,f=Z 1+Z 2 2 Z 3,三、自動弧垂檢測裝置的研制,9,定位技術檢測裝置所能達到的準確度及精度指標，主要依賴于自行走小車上的定位系統位置探頭所能實現的位置精度，且位置數據應具有足夠快的更新速度。,三、自動弧垂檢測裝置的研制,運動控制技術高空導線位置探頭的移動需借助遠程遙控在導線上的自行走小車實現。,無線通訊技術通過

5、定位系統位置探頭所獲取的導線測點坐標數據需傳輸至位于地面的工控計算機。,技術方案的關鍵及支撐,自行走小車研制,關鍵功能與指標描述：行走時不損傷鋁導線表面；可在較大坡度的導線上啟、停與巡航，爬坡能力最高可達30；可越過導線上的接續管（接續管的直徑最大為導線直徑的兩倍）；能應對5級風速下的導線擺動；小車搭載檢測部件后總重量不超過20 kg；續航里程超過3km。強調其在導線上行進時的動力性、可靠性與安全性，需具備足夠的爬坡能力與附著于導線的能力。結構應緊湊、整體重量受控。,10,基于自動弧垂檢測裝置的工作原理，提出適合于在導線上行走的自行走小車總體設計，并開展行走驅動部分的結構設計與傳動鏈的計算。,

6、三、自動弧垂檢測裝置的研制,11,行走機構的設計單履帶式行走機構：履帶與導線接觸面積大，附著能力強；零部件數量多，不易簡化與減重，不易于便捷上小導線；雙膠輪單輪驅動行走機構：零部件數量少；易于減重；附著能力弱化。雙膠輪雙輪驅動方案：結構重量有所減輕，相比膠輪式單驅結構，輪子與導線接觸面更多，存在同步帶安裝調整較麻煩的問題。,三、自動弧垂檢測裝置的研制,自行走小車研制,12,行走驅動的設計計算通過力學分析，并結合對滾動阻力的試驗測定，估算出所需的電機功率以及減速機的速比；減小驅動元件的重量與體積，采用直流無刷電機與蝸輪蝸桿式減速機。,G-機器人自重；F1-拉簧拉力；f-履帶與導線之間的靜摩擦力；

7、-設計最大爬坡角度,自行走小車研制,三、自動弧垂檢測裝置的研制,13,小車上下導線機構小車上下導線機構采用壓緊輪機構。該機構利用杠桿原理，增加動力臂的長度，可以減小操作人員操作的力度，壓緊彈簧的工作可以在地面完成，在高空只需輕輕將杠桿撥出即可，減少操作人員的工作難度，減少在操作過程中會產生的安全隱患。,自行走小車研制,三、自動弧垂檢測裝置的研制,14,自行走小車線上行走試驗雙膠輪式雙驅結構小車則在前進爬坡、后退爬坡兩種情形下都具有良好的爬坡能力。,三、自動弧垂檢測裝置的研制,自行走小車研制,15,自動弧垂檢測裝置采用的定位系統需要達到厘米級的精度，故采用DGPS中的實時動態測量技術RTK（Re

8、al Time Kinematic）。RTK技術是全球衛星導航定位技術與數據通信技術相結合的載波相位實時動態差分定位技術，它能夠實時地提供測站點在指定坐標系中的三維定位結果。與自建基站相比，如果指在一定區域內建立多個基準站，對該地區構成網狀覆蓋，并進行連續跟蹤觀測，通過這些站點組成衛星定位觀測值的網絡解算，獲取覆蓋該地區和該時間段的RTK改正參數，用于該區域內RTK用戶進行實時RTK改正的定位方式，為網絡RTK?，F場施工中，在允許使用網絡RTK方式的情況下，可免去自建基準站帶來的工作。自動弧垂檢測裝置可根據使用現場的具體情況來選用RTK的方式。CORS系統就是采用網絡參考站系統軟件，對分布在一

9、定區域內的多臺基準站的坐標和實時觀測數據進行系統綜合誤差改正建模，盡可能消除區域內流動站觀測數據的系統綜合誤差，從而獲得高精度的實時定位結果。,三、自動弧垂檢測裝置的研制,高精度衛星定位系統的選型,16,通過搭建基準站與流動接收站組合，開展定步長試驗、定高程試驗，確認位置數據的穩定性與重復性可有效滿足需求。,三、自動弧垂檢測裝置的研制,高精度衛星定位系統性能試驗,17,將衛星接收機作為一個獨立部分，即可與小車進行快速連接小車進行線上位置數據采集，也可臨時搭建手持式移動站，來實現人工手持方式的定位數據采集；采用磁吸底座使得衛星接收天線與小車的連接快速便捷。,高精度衛星定位系統的加裝,三、自動弧垂

10、檢測裝置的研制,18,自動弧垂檢測裝置選用E90-DTU無線數傳電臺模塊。E90-DTU(433C30)采用先進的超窄帶調制技術，提升了通信距離與通信穩定性。,在架線施工現場，兩相鄰鐵搭之間的跨距可達數百甚至上千米，空中部分與地面控制站之間的無線通訊鏈路直接關系到自行走小車能否處于受控狀態并將檢測結果準確傳輸到地面控制站。為此，采用以下三項措施來確保通訊鏈路的可靠性：（1）空中部分對定位數據進行預處理，降低信道傳輸速率及對無線信號發射功率的需求，減少誤碼率與延時；（2）無線通信報文協議采用CRC16碼進行差錯校驗；（3）采用無線數傳電臺的冗余雙鏈路設計，并分時作業來確保無線通訊鏈路始終有效。,

11、三、自動弧垂檢測裝置的研制,無線通訊鏈路的部件與功能實現,19,三、自動弧垂檢測裝置的研制,20,目 錄,21,由于常規機動絞磨無法實現電控，自動弧垂檢測裝置的信號無法反饋至絞磨實現自動緊線，因此常規機動絞磨無法與弧垂檢測裝置連接。經過市場調研，隨著輸電線路施工裝備的快速發展，近兩年有相關廠家研制出液壓絞磨，該絞磨的動作均通過電信號控制實現，且可通過調節流量實現無級調速。因此，從原理上分析，該液壓絞磨滿足與自動弧垂檢測裝置實現聯動的基本條件，可用于自動緊線功能的實現。,四、自動緊線裝置的選型與改造,緊線執行器的選型,22,液壓絞磨卷筒有七個繩槽，增加了鋼絲繩在卷筒上的摩擦力，尾繩需要的力小，減

12、輕了拽拉尾繩操作者的勞動強度。液壓絞磨雙卷筒上的鋼絲繩是分槽纏繞，避免了鋼絲繩之間的相互擠壓和摩擦的缺陷，延長了鋼絲繩的使用壽命。液壓絞磨操作簡單方便，采用一個操作手柄來實現收線、放線，且可對速度和力進行無級調節。,四、自動緊線裝置的選型與改造,緊線執行器的選型,23,結合液壓絞磨原理，先導液壓油路由圖中所示的手動液控先導手柄來提供。實際上，該手動液控先導手柄為兩個減壓閥組合而成的液壓先導閥組。手柄搖桿的前、后對應具體的先導油路，搖桿的角度則對應先導控制油壓的大小，并最終通過三位四通主換向閥來控制液壓絞磨收、放線的速度大小。,四、自動緊線裝置的選型與改造,緊線執行器的選型,24,為使地面控制站

13、可通過程序來實現對液壓絞磨的收、放線控制，應使液壓絞磨的先導控制油路可以接收電氣控制信號?；谝延幸簤航g磨的液壓系統及技術參數，設計定制了一套電比例先導控制閥組。該液壓控制閥組的控制油壓（A、B口）輸出參數與現有手動液控先導手柄的輸出參數兼容，可對液壓絞磨主油路的三位四通換向閥進行比例流量控制。電比例先導控制閥組中的兩個電比例先導控制閥可根據壓力調整曲線來接受外部電氣指令信號。,四、自動緊線裝置的選型與改造,緊線執行器的改造,25,為了便于現場作業中的人工對執行器進行及時干預，控制系統增加了手動控制元件與控制信號的選擇邏輯，并與比例閥放大驅動模塊集成至一個手提便攜控制盒。,四、自動緊線裝置的選

14、型與改造,緊線執行器的改造,26,手動控制指操作人員直接通過控制盒面板上的元件進行控制；程序控制指控制信號來自于地面控制站的電腦。緊線自動控制采用的是程序通過通訊的方式將指令信號傳遞給一個信號轉換器，信號轉換器將接受到的通訊指令信號轉換為模擬電壓信號，并輸出至比例閥放大驅動模塊。,四、自動緊線裝置的選型與改造,緊線作業的控制系統,27,程序控制指控制信號來自于地面控制站的電腦。程序控制與手動控制不同之處在于產生控制信號的方式不同。自動控制采用的是程序通過通訊的方式將指令信號傳遞給一個信號轉換器，信號轉換器將接受到的通訊指令信號轉換為模擬電壓信號，并輸出至放大驅動模塊。程序控制方式下，操作人員同

15、樣可通過電腦軟件界面來進行人工控制緊線執行器的動作以及速度大小。在程序控制方式下，地面控制站可以在各項條件具備情況下進入自動緊線作業狀態。采用程序來進行的自動緊線作業的流程如圖所示。,四、自動緊線裝置的選型與改造,自動緊線功能的實現,28,目 錄,硬件選型與設計,29,采用工業三防平板電腦，作為地面控制站。另一方面，將其余功能部分如無線通訊系統獨立集成為一個模塊，由內置鋰電池供電，該模塊可通過無線方式與平板電腦進行短距離WI-FI通訊。,五、地面控制站的設計與實現,30,地面控制軟件采用國家儀器(National Instruments)的虛擬儀器平臺Labview來開發上位機軟件與人機界面，

16、并實現自行走小車的無線遙控、弧垂檢測結果的接收與顯示、存儲等功能。,所示界面用于手動按鍵方式采集當前的移動站的位置數據,五、地面控制站的設計與實現,控制軟件設計,31,所示界面用于操控小車在導線上的行走，并顯示小車的水平位置以及當前導線的弧垂值,五、地面控制站的設計與實現,控制軟件設計,32,該界面既可用于手動方式輸出緊線執行器的操作指令，也可監控自動緊線方式下指令輸出的狀態。,五、地面控制站的設計與實現,控制軟件設計,33,界面用于顯示檢測檔距內導線的軌跡。,五、地面控制站的設計與實現,控制軟件設計,34,程序還需對檢測方式、硬件資源等進行配置管理。左圖界面用于設置弧垂檢測參數進行相關配置等

17、。右圖界面用于設置弧垂檢測的方式、數據記錄文件的位置、通訊接口配置等。,五、地面控制站的設計與實現,控制軟件設計,35,在開始緊線之前可以將設計參數如檔距、高差、弧垂輸入至程序。通過自動弧垂檢測裝置的運行，可以通過定位系統對導線兩端懸掛點的位置數據采集、小車在弧垂測點的位置數據采集來得出實測的檔距、高差與弧垂。在弧垂檢測、自動緊線的過程中，軟件界面還可實時反饋相關參數信息如小車是否處于檔距中點（測點）、實測弧垂與目標弧垂的差距，這些反饋信息有利于現場操作人員直觀把握當前運行狀態。,五、地面控制站的設計與實現,軟件設計工作流程,36,目 錄,37,本項目研究成果的工程應用依托于江蘇田灣核電站三期

18、500千伏送出工程連云港工地，自動弧垂檢測裝置在該工程48#49#塔位進行了施工現場應用。鐵塔基本信息如下：雙回路耐張塔：5E5-SJ2-33，呼高為33米；雙回路耐張塔：5E5-SJ3-30，呼高為30米；檔距：298米；導線型號：JL/G1A-630/45；施工中點弧垂：6.13米（溫度25）。,1-桿塔；2-導線；3-行走小車；4-轉向滑車；5-液壓絞磨；6-地錨,六、自動弧垂檢測和緊線裝置檢測與工程應用,38,針對自動弧垂檢測裝置開展高空試驗。驗證自行走小車行走、獲取定位坐標數據等各種功能指標；試驗導線弧垂檢測的精度、作業方法；開展自動檢測裝置弧垂測量值與經緯儀人工觀測結果的交叉驗證與

19、差距分析；驗證利用自動弧垂檢測裝置與電控型緊線執行器進行閉環緊線作業的方法及實現的各種功能指標和精度。,六、自動弧垂檢測和緊線裝置檢測與工程應用,39,六、自動弧垂檢測和緊線裝置檢測與工程應用,40,六、自動弧垂檢測和緊線裝置檢測與工程應用,41,目 錄,42,七、總結及展望,本項目研究成果實現了基于高精度衛星定位技術的架空輸電線路自動弧垂檢測裝置及自動緊線，該裝置綜合運用衛星定位技術、運動控制、嵌入式軟硬件等多項成熟技術，解決架空輸電線路弧垂自動檢測的難題并實現“機器換人”。（1）采用高精度衛星定位技術，將位置探頭加裝至可以沿高空導線行進的遠程無線遙控小車，并采用數據采集與記錄技術來獲得高空導線的三維空間數據，然后采用軟件算法對數據進行處理，獲得導線的弧垂數據；（2）實現弧垂的自動檢測，克服人工經緯儀觀測的缺陷和不足，具有通視要求低、作業距離長、無累計誤差等優勢，能有效應對大霧、夜間等人工無法作業的場合；（3）采用測量的高精度弧垂數據與液壓絞磨反饋的方式，實現自動緊線功能。,目前成套裝置已能滿足自動弧垂檢測與緊線自動作業的要求，下一步將針對負載變動時緊線執行器速度控制穩定性、各組成部分的減重與連接優化、子導線同步檢測等方面開展進一步優化提升。,43,謝謝大家 匯報完畢,