電力系統(tǒng)地電位螺栓智能緊固器的研制

歐傳剛，吳志成，金 浩，朱 鵬，徐志科，金 龍

(1.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南京 210096；2.國網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司，福建 泉州 362000)

電力系統(tǒng)地電位螺栓智能緊固器的研制

歐傳剛1，吳志成2，金 浩1，朱 鵬1，徐志科1，金 龍1

(1.東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南京 210096；2.國網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司，福建 泉州 362000)

針對傳統(tǒng)螺栓緊固器存在的扭力損耗和不夠智能等問題，介紹了新研制的一種遙控智能螺栓緊固器，闡述了該緊固器的組成模塊及其工作原理，為電力安全生產(chǎn)提供了一種安全智能的新工具。

螺栓緊固器；智能；無線模塊；語音播報

在電力生產(chǎn)中，對跳線引流板等導(dǎo)線側(cè)金具螺栓的緊固和緊固情況的檢測需要通過笨重的專用工具，致使作業(yè)人員勞動強度大、效率低，作業(yè)危險性高；特別是等電位緊固引流設(shè)備的松動發(fā)熱螺栓時，存在較高的安全風(fēng)險。為解決這個問題研制了一種智能螺栓緊固器，它可預(yù)設(shè)扭矩，實時監(jiān)測扭矩大小，實現(xiàn)地電位緊固或檢測輸電線路帶電側(cè)螺栓，避免工作人員在線作業(yè)帶來的危險，同時降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。

1 螺栓緊固器簡介

1.1 傳統(tǒng)緊固器

現(xiàn)階段螺栓緊固器采用的技術(shù)有語音播報技術(shù)、無線控制技術(shù)和扭矩實時檢測技術(shù)。然而采用這些技術(shù)的螺栓緊固器主要用于機械行業(yè)，在電力行業(yè)中還未實現(xiàn)應(yīng)用。

電力行業(yè)中使用的傳統(tǒng)電動螺栓緊固器外形與結(jié)構(gòu)分別如圖1，2所示。該電動螺栓緊固器電動操作桿、電動控制裝置安裝在操作桿頭部(見圖2最左側(cè))，通過絕緣承軸配合，將動力傳輸?shù)讲僮鳁U尾部，實現(xiàn)操作桿尾部電動旋轉(zhuǎn)。采用這種結(jié)構(gòu)的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對地電位螺栓的遠(yuǎn)距離操作，操作者不需要靠近鐵塔即可完成整個操作。但這種結(jié)構(gòu)存在如下問題：

(1)?螺栓緊固器主體在操作者手中，借助于絕緣桿將扭矩傳輸?shù)角岸寺菟ǎ瑫斐膳ぞ負(fù)p耗，同時絕緣桿的設(shè)計也過于復(fù)雜；

(2)?螺栓是否緊固主要依靠操作者的經(jīng)驗來判斷，不能夠直觀了解到螺栓是否擰緊。

圖1 傳統(tǒng)電動螺栓緊固器外形

圖2 傳統(tǒng)電動螺栓緊固器結(jié)構(gòu)

1.2 遙控智能螺栓緊固器

針對傳統(tǒng)的電動螺栓緊固器存在的一些問題設(shè)計了遙控智能螺栓緊固器。該緊固器結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要組成部件包括遙控器、絕緣桿、可更換螺栓套筒、緊固器主體、鋰電池。

在實際使用中，遙控器在操作者手上，該螺栓緊固器主體由絕緣桿送入工作位置。絕緣桿通過螺紋連接口和螺栓緊固器連接在一起，并可根據(jù)需要加長。與傳統(tǒng)的方法相比，該方法可避免扭力的浪費，同時也可使得扭力的測量更加準(zhǔn)確，還能通過語音播報螺栓的緊固程度，更加智能化。遙控智能螺栓緊固器實物如圖4所示。

圖3 遙控智能螺栓緊固器結(jié)構(gòu)

圖4 遙控智能螺栓緊固器實物

2 遙控智能螺栓緊固器功能原理

遙控智能螺栓緊固器主要由無線模塊、直流電機模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、ARM主芯片數(shù)據(jù)處理模塊、SD卡模塊、音頻播放模塊等組成(見圖5)。

設(shè)備中的無線模塊采用SC2262-IR芯片。這是一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編碼電路?，F(xiàn)場操作時，不需要接觸到現(xiàn)場的帶電裝置，按下遙控器的發(fā)射按鈕，即可對直流電機端的無線接收模塊控制繼電器發(fā)出指令，使電機正反轉(zhuǎn)動，達(dá)到遠(yuǎn)程控制緊固器的目的。

直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩如下:

式(1)中，?CT=pN/2πa，與電機構(gòu)造有關(guān)，對已制成的電機是一個常數(shù)；磁通Φ與電壓有關(guān)，該螺栓緊固器采用12?V鋰電池供電，可將Φ視為常數(shù)。由此得出：該螺栓緊固器的電磁轉(zhuǎn)矩TM∝Ia，因此只需要采集電機的電流即可反映轉(zhuǎn)矩的大小。然而由于A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只能采集電壓值，所以必須將電流轉(zhuǎn)化為電壓。在設(shè)備中采用TBC06DS電流傳感器實現(xiàn)此功能，該傳感器輸出電壓與電流的關(guān)系如下：

ARM芯片的A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只能采集0～3.3?V的電壓，電壓過大會燒壞芯片。所以，在A/D采集前添加一個運放電路，以減小電壓，見式(3)：

采取上述方法可測量更多的電壓值，ARM主芯片可采集更多數(shù)據(jù)，使得設(shè)備更加完善。

圖5 智能螺栓緊固器系統(tǒng)組成

微處理器采用的ARM主芯片是LPC1768芯片，可將A/D采集的數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)扭矩值進行比較。當(dāng)采集的數(shù)據(jù)大于預(yù)設(shè)扭矩值時，ARM通過I2C總線讀取SD卡內(nèi)預(yù)存的語音，并把音頻信息轉(zhuǎn)化后通過D/A輸出。外設(shè)電路則通過功放來驅(qū)動喇叭，播放音頻，提示工作人員停止緊固。

3 結(jié)束語

使用該遙控智能螺栓緊固器后，作業(yè)人員無需在線作業(yè)，即可安全、可靠地實現(xiàn)電力系統(tǒng)地電位螺栓緊固。

1?Ruediger?Kroh．會說話的螺栓緊固裝置[J].現(xiàn)代制造，2005(9).

2?王??堃，成??曄，趙??奔．可記錄緊固信息的定扭矩扳手[J]．工具技術(shù)，2002(7).

3?黃建國，孫克儉．螺栓緊固機的智能控制設(shè)計[J]．電子科技，2005(6).

4?王衛(wèi)東，李旭瓊．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第2版)[M]．北??京：電子工業(yè)出版社，2010.

金??浩(1987-)，男，碩士研究生，主要從事軟件工程的研究。

朱??鵬(1989-)，男，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)及其自動化方面的研究。

徐志科(1978-)，男，副教授，主要從事電氣設(shè)備運行檢測、電機驅(qū)動控制方面的研究。

金??龍(1965-)，男，教授，主要從事超聲波電機結(jié)構(gòu)設(shè)計、驅(qū)動、伺服控制等方面的研究。

2014-02-12。

歐傳剛(1990-)，男，碩士研究生，主要從事電力系統(tǒng)及其自動化方面的研究，email：ouchuangang@sina.cn。

吳志成(1967-)，男，工程師，主要從事高壓帶電檢修方面的工作。