张力机自动化控制智能升级研究

张力机自动化控制智能升级研究

摘要:输电线路架线施工技术是实现特高压与各等级电网建设的重要前提与保障,电力施工向山区、边远地区延伸的趋势对张力架线施工装备提出更高要求。架线施工工程的安全管理不断加强,因此性能更加优越的张力机一直是施工方所需要的。现有的张力机尚无法满足施工现场的需要,对现有的张力机进行升级改造,是提升现有张力机安全可靠性能的一条低风险、高收效、高经济性的技术路线。

关键词:张力机;自动化控制;智能升级

输电线路架线施工技术是实现特高压与各等级电网建设的重要前提与保障,电力施工向山区、边远地区延伸的趋势对张力架线施工装备提出更高要求。张力机是输电线路张力放线的重要核心装备。现场架线作业时,通过张力机与牵引机的协调配合,对导线施加可控合理的阻尼张力。现阶段架线施工工程的安全性管理不断加强,现有张力机尚无法满足相关需要,因此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潜力巨大且保有量已居世界首位,对现有用户所持有的张力机进行升级改造,是提升现有张力机安全可靠性能的一条低风险、高收效、高经济性的技术路线。输电线路中张力架线施工方法已经经过多年的推广应用,输电线路张力架线施工的配套施工工艺也不断得到完善与提高。张力机作为核心的牵张设备,其技术进步不仅可以解决张力架线的相关难题,也可以提升施工机械装备水平。国内的牵张设备随着国家电网公司施工装备机械化水平的不断提高而日益成熟,然而,现在的张力机大多为手动控制方式,操控性、安全性等方面差强人意。主要存在以下不足:(1)易出现“溜线”现象;(2)易出现“窜动跑线”现象;(3)液压控制系统稳定性较差;(4)机器操作受人为因素影响大;(5)设备检修缺乏信息化手段。经过不断地研究与探索,国内相关专家针对张力机的升级改造也有相关的结果。侯建明等[1]研究的张力机智能控制系统可实现远程操作的设计目标。刘建锋等[2]研究中实现一个人通过一个控制柜操作多台张力机的设想。李林峰等[3]研究了适用于碳纤维导线展放减小导线弯曲度的张力机。

1现役张力机作业工况的模拟与分析

(1)在张力工况时,张力轮被动旋转带动主马达旋转,此时,马达相当于泵工况。考虑到调节泵出油口的压力、吸油口的背压及散热问题,主马达作泵工况时被动旋转,将机械能转变为液压能,通过调节出油口的压力来实现对张力轮所施加阻力大小的调节,从而实现对张力的调节。

(2)在牵引工况时,发动机带动液压泵旋转,液压泵通过系统将动力传递到马达,从而驱动张力轮旋转,其回路主泵打出的油通过调压阀后将压力能转变为热能,然后通过散热器将热能释放,背压阀用来保证主泵吸油口处有一定的油压,避免主泵吸空造成损坏。

(3)尾架主要用于支撑导线盘,同时在张力工况时给导线提供一定的张力,使导线不在张力轮上打滑;在牵引工况时提供一定的牵引力,将导线缠绕在导线盘上。

2液压系统的电液控制模块设计分析

根据输变电线路施工对牵引机功能的特殊要求,对张力机电液系统进行专业设计,进行液压系统模拟仿真测试。

(1)设计液压系统采用闭式系统、开式系统相结合的方式,冲击较小,变量控制方便污染小,系统中设置有用来冷却的热交换装置,确保闭式系统、开式系统均能在稳定的、适宜的系统温度下工作,确保液压系统工作可靠,延长液压元件的使用寿命。

(2)设计特殊的液压系统,保证在任何情况下满足泵、马达、减速器的壳体压力需要,杜绝泵、马达、减速器的轴封由于壳体压力过高而损坏。

(3)所设计的液压系统采用“液压伺服”控制系统,能够实现预调功能,在液压系统中设置一预调阀,当系统压力达到该阀的预设值,“液压伺服”控制系统,会控制变量泵的斜盘摆角变小(排量减小),直至泵的输出流量与系统的泄漏量相平衡,保持当前负载,此时泵的消耗功率很小仅为液压系统泄漏损失的功率。

(4)液压系统采用集成插装阀块技术,插装阀为进口产品,插装型式使液压阀安装在一个集成阀块上,简化液压回路,减少液压胶管连接数量,增强系统抗污染能力,提高使用性能,且维护非常方便。张力机插装阀图如图1所示。

3防“跑线”专项研究与技术解决方案

(1)调研分析“跑线”问题的实质原因,总结问题根源,研究制定解决问题的技术方案。

(2)针对负载时启动张力机,设备系统压力建立不及时,出现张力轮转动跑线的问题,制定补压系统或背压装置,解决负载启动跑线问题。

(3)针对张力机在受到较大负载时出现跑线现象,研究在机械、液压系统的设计上补充控制油路,增加负载能力,防止跑线。

(4)设计失压自动保护系统,采用特殊的液压系统设计,保证张力机失压时,自动保护系统工作,确保设备不发生失压跑线事故,提高线路施工安全。

(5)主要针对现有主流张力机机型进行升级改造,提高现有张力机的可靠安全性能,便于推广使用。

(6)增加防溜线、带载启动系统,保证张力机在临时停机时,张力机上导线不向前溜线。同时,当张力停机后,再次释放制动器时无冲击,张力机上导线不向前溜线。

4车载集总型信息系统的研制与应用

利用移动互联网的成熟技术,给机器配备远程数据通信装置;让机器运转的状态实时传递到监控人员电脑,便于及时俘获警报状态,并对机器的安全可靠性水平进行实时评估、监控。

(1)开发集总型的数据记录与作业信息汇总功能。进行作业过程的力、速度等关键数据的在线记录并可离线导出到个人电脑,数据记录与信息汇总原理图如图2所示。

(2)数据传输方式。数据传输由无线数传电台E90-DTU(图3)以及远程数据通信模块PCB板组成。

(3)与本地数据库同步。系统对数据库的访问使用WebService接口,可以实现隔离数据库,防止直接访问数据库,数据库的安全性得到了保障。使用WebService进行数据通信的结构图如图4所示。5结语

本文对现有的张力机的升级改造进行研究,阐述现役张力机的工作方法,并对其不足进行升级研究,升级后的工程张力机在施工作业过程中杜绝各种因人工误操作引起的停机及元件受损,升级后的张力机限制不安全的人工指令,具有主动保护能力,且寿命显著高于原有机器,在张力放线过程中实现参数及作业状态全过程记录与远程监控,切实提升了现有张力机的安全性与可靠性,是一条低风险、快收效、高经济性的技术路线。

参考文献

[1]侯建明,孟昭清.张力机智能控制系统研究与工程应用[J].电力建设,2013,34(10):118-123.

[2]刘建锋,翟飞.张力机多机联控系统研究[J].机电信息,2015(33):171-173.

[3]李林峰,刘建锋,高晓莉,等.适用于碳纤维导线展放的张力机研究[J].山东工业技术,2019:216.

作者:洪巧章 单位:南方电网能源发展研究院有限责任公司