超特高压输电线路新型智能张力机的研制

景国明1，文宗山1，高晓莉2，马守锋2

1.河南送变电建设有限公司，郑州市，450051；2.河南九域博大科技有限公司，郑州市，450051

摘要

目前超特高压输电线路张力架线施工所用的张力机，存在设备先进性不高、可靠性低、安全性没有特色等问题。为提高电力施工张力架线的施工安全和施工质量，增强电力施工设施基础设备，本文介绍一种新型智能张力机。新型智能张力机在机械结构、智能控制系统、工作状态实时监测数据存储、设备维护保养提示等方面均有较大的创新与改进。

关键字：超特高压、张力架线、数据互通、智能张力机

0、引言

在高压架线施工过程中，为避免导线在放线时与地面等障碍物发生接触磨损，需利用张力机给导线连续施加一个与放线方向相反的作用力[1]。但随着施工环境逐渐由平原地区转向高山深海，传统的张力机已无法适应现代化施工进程。以往的张力机功能相对简单，只能单一地实现启动某个按键完成相应的功能，例如工作状态的获取、发送报警等简单信号，这些方法虽然稳定性好，而且方便操作，但现阶段工程增多，施工要求提高，从业人员更加追求高效、舒适、可操作性强和方便性[2]。本文将介绍一种新型智能张力机，在适应复杂多变的施工环境同时，可实时进行安全检查提示、多种施工模式为导线持续提供稳定的张力等。

1、新型智能张力机结构

新型智能张力机在结构上与传统张力机相似，主要由张力轮、减速机、行走轮等装置组成[3]，如图1-1所示。

图1-1 智能张力机整体结构

1-张力轮；2-减速机；3-行走轮

①张力轮是为导线提供张力的两个摩擦卷筒，通常称之为双摩擦卷筒[4]。双摩擦卷筒上均开有凹槽，便于导线在放线过程中可以有规律的进行放线，不至于导线相互缠绕，其结构如图1-2所示。在施工过程中，张力轮转速过快时可能导致导线溜线，张力轮转速过慢时可能导致导线张力过大。

图1-2 智能张力机的张力轮结构布局

②减速机的作用是，在智能控制系统的辅助下通过传感器采集液压系统压力，采用闭环实时控制改变液压元件开度，调整液压系统压力，保证张力偏差不高于5%，保持导线张力恒定，避免出现因放线速度变化，引起张力变化，导致导线跳动的现象。

③行走轮的作用是，在施工过程需要将设备进行转场转移时，便于设备的牵引运输。

2、新型智能张力机控制系统

智能控制系统是新型智能张力机的核心技术，主要由发动机ECU、数传电台、主控制器、人机界面、GPS终端、预留遥控等几部分组成。如图2-1

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图2-1  智能控制系统

针对张力机机械结构和控制系统，设置有数据传输电台等元器件，可将二者组在一起实现对张力机的控制[4]。预留的有线遥控接口可扩展有线遥控、多机联控、便携式遥控器。人机界面和GPS终端，可实时控制监测内置发动机启动、熄火、油门、报警，且内置牵引、送线控制，实时显示当前牵引力、牵引速度、发动机转速等参数。

3、新型智能张力机操控功能

①安全保护

智能牵引机的智能控制系统接收操作面板油门旋钮输出信号，通过J1939总线控制发动机油门。刹车开关不在制动位，张力机无法启动，同时点亮报警指示灯，避免液压系统未建立压力，导线带动张力机转动，导致失压跑线事故。针对在张力工况且刹车关闭时，张力机长时间停车并再次启动的“失速溜车”现象，设计控制系统，在设备释放刹车时，首先控制主泵对液压系统补充压力油，使液压马达回油测液体静压力与设备负载相平衡。由此，当刹车释放后，因液体静压力的平衡作用，避免了液压马达在设备外负载作用下产生液压冲击，防止溜线现象，确保放线安全。

②数据传输GPRS物联网系统

牵张设备可通过无线电进行数据、图片和视频电信号传输，在本地设备显示器上实时查看。实现牵张场数据传输互通，牵张机参数相互显示，并进行智能控制等操作[5]。

通过一台数据终端将牵引机的工作状态数据通过GPRS网络传输至服务器[6-8]，使用任意可联网的计算机终端都可查看当前及历史数据，便于监控人员及时观察张力机工作状态，为现场人员提供维修方案，便于现场维修。还可对整机控制系统远程数据下载、上传，实现远程参数设定，远程排除由于参设设定不当引起的设备故障，结构图如3-1所示，

图3-1 网络数据通讯结构图

③工作状态监测存储

设备状态实时监测储存，并可通过U盘拷贝所存储数据，离线查看。设备显示器具备可插拔U口可以识别≤16GB的U盘，用于存储设备需要记录的工作状态及参数。

液压系统装有多个压力传感器，张力轮装有速度检测传感器，可实时监测张力机工作状态，控制器带有存储功能，可存储液压系统压力数据、张力轮速度数据、张力数据、发动机工作状态数据，设备故障报警，自诊断，存储、输出故障代码，在人机界面上实时监测和储存设备工作状态在线查看或通过U盘拷贝指定数据，离线查看，方便维修人员查阅、维修。其中张力机工作状态参数记录图如3-2所示

图3-2 智能张力机工作状态参数记录图

④设备维护保养提示

按照发动机工作小时数，对发动机和液压系统常规保养和检查项目进行提示，包括发动机机油、机油滤芯、燃油滤芯、油水分离器滤芯，液压系统液压油滤芯等必要更换提示，机械系统定期润滑提示，包括（1）发动机机油、机油滤芯、燃油滤芯、油水分离器滤芯，液压系统液压油滤芯等必要更换提示。（2）机械系统定期润滑提示，牵引轮、进线辊轮磨损等检查提示。（3）保养逾期，警告，停机。如图3-3所示

图3-3 智能张力机设备维护保养记录

4、结语

针对目前高压架线施工过程中张力机存在的不足，结合工程机械的发展方向，吸取过去张力机的优点，本文介绍了一种新型智能张力机，具有智能控制，多重安全检查提示、安全保护、智能操作、数据传输GPRS物联网系统、工作状态监测存储、设备维护保养提示等现代化智能张力机。随着城市化进程的不断推进，高压架线施工的基础设施需要跟上工程机械发展的脚步，新型智能张力机一方面它能为我国电网建设装备提供核心竞争力，另一方面能有效降低施工安全风险、提高工作效率。

参考文献

[1]蒋平海.张力架线机械设备和应用[M].2版.北京:中国电力出版社, 2004.

[2]邱楚然. 架线施工张力机远程智能控制系统的研究[D].兰州理工大学,2013.

[3]高优梁,刘建锋,黄超胜,毋本鑫,高晓莉,杨杰,马军旭,高志龙.智能牵张机研究现状与发展趋势[J].现代制造技术与装备,2021,57(01):207-210.

[4]周俊华.大卷筒底径的液压张力机结构设计[J].企业技术开发（下半月）,2011,30(4):11-12.

[5]洪巧章,赖余斌,徐郁峰.现役张力架线施工用张力机的相关问题研究[J].低碳世界,2019,9(12):68-69.

[6]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.

[7]黄超胜. 牵张设备远程无线监测管理系统的研究与开发[D].浙江大学,2006.

[8]李愿明. SAQ-250牵引机遥控器的设计研究[D].华南理工大学,2016.

作者简介：景国明(1973)，男，高级工程师，主要从事输变电工程施工技术及科技创新工作。