大截面導(dǎo)線自動(dòng)壓接與智能檢測(cè)系統(tǒng)研究

摘? 要：輸電線路導(dǎo)地線壓接操作是一項(xiàng)重要隱蔽工程，其質(zhì)量直接影響后期電網(wǎng)線路長期安全運(yùn)行。目前施工現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)地線壓接主要采用人工方式進(jìn)行，壓接質(zhì)量完全取決于壓接工人的技術(shù)水平及責(zé)任心。鑒于此，設(shè)計(jì)了一種新型自動(dòng)壓接平臺(tái)及智能檢測(cè)系統(tǒng)，其能提高壓接質(zhì)量和檢測(cè)效率，消除人為因素的影響，也方便對(duì)壓接質(zhì)量的監(jiān)督與管理。

關(guān)鍵詞：大截面導(dǎo)線;自動(dòng)壓接;智能檢測(cè)

0? ? 引言

輸電線路導(dǎo)地線壓接操作是一項(xiàng)重要隱蔽工程，其質(zhì)量直接影響后期電網(wǎng)線路長期安全運(yùn)行。

國內(nèi)關(guān)于壓接的研究以關(guān)鍵工藝參數(shù)、圖像識(shí)別等方面為重點(diǎn)，壓接測(cè)量仍然處于人工使用卡尺測(cè)量讀取、手動(dòng)記錄存檔的技術(shù)階段，并沒有進(jìn)行高效、準(zhǔn)確測(cè)量、記錄方面的研究，整體技術(shù)水平較低。

國外壓接測(cè)量現(xiàn)狀：國外輸電線路導(dǎo)地線壓接測(cè)量技術(shù)與國內(nèi)基本一致，激光、射線、電子等先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)并沒有在導(dǎo)地線測(cè)量中得到充分應(yīng)用。

先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)已在國內(nèi)外各種行業(yè)得到成功應(yīng)用，而輸變電線路施工測(cè)量技術(shù)還有待改進(jìn)，特別是在導(dǎo)地線壓接測(cè)量與監(jiān)督控制方面，需要研制專用的設(shè)備，便于實(shí)際工程應(yīng)用，解決隱蔽工程施工的測(cè)量與監(jiān)控難題。

國內(nèi)針對(duì)大截面導(dǎo)線壓接方法也有相關(guān)研究成果，例如大截面導(dǎo)線耐張線夾反向壓接施工技術(shù)為導(dǎo)線壓接施工提供了全新的出路，楊福英[1]和黎兆權(quán)[2]對(duì)導(dǎo)線耐張線夾反向壓接施工方法進(jìn)行了詳細(xì)說明，并分析了大規(guī)格線夾反向壓縮的技術(shù)方法和設(shè)計(jì)方法。朱秦川等[3]根據(jù)實(shí)際狀況，對(duì)大截面導(dǎo)線的液壓施工方法進(jìn)行了說明，通過研究發(fā)現(xiàn)采用接續(xù)管順壓操作和耐張管倒壓操作，可以有效防范出現(xiàn)松股問題。

1? ? 自動(dòng)壓接平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究

如圖1所示，導(dǎo)線接續(xù)智能化壓接平臺(tái)由線性單元、控制單元、夾緊裝置和壓接鉗組成。線性單元上有步進(jìn)電機(jī)，可快速精確帶動(dòng)壓接鉗到達(dá)指定位置進(jìn)行壓接。控制系統(tǒng)由電接點(diǎn)壓力表、可編程控制器、急停按鈕和手持終端組成。采用可編程控制器作為主要控制單元，控制器存儲(chǔ)多種導(dǎo)線參數(shù)并按照工藝進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，可選擇導(dǎo)線型號(hào)進(jìn)行壓接，若有需要，輸入密碼可修改壓接參數(shù);手持終端作為人機(jī)交互處理工具，用于實(shí)現(xiàn)操作中參數(shù)的輸入修改及運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)的顯示;急停按鈕隨時(shí)可以緊急斷開所有動(dòng)作，保證壓接質(zhì)量和操作人員人身安全。

1.1? ? 壓接平臺(tái)線性設(shè)計(jì)

線性導(dǎo)軌是用鋁合金材料制成槽或脊，可承受、固定、引導(dǎo)移動(dòng)裝置或設(shè)備并減少其摩擦的一種裝置，導(dǎo)軌表面上的縱向槽或脊用于導(dǎo)引、固定機(jī)器部件、專用設(shè)備、儀器等。導(dǎo)軌又稱滑軌、線性導(dǎo)軌、線性滑軌，用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，擁有比直線軸承更高的額定負(fù)載，同時(shí)可以承擔(dān)一定的扭矩，可在高負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)高精度的直線運(yùn)動(dòng)。

本文所述線性導(dǎo)軌具有下列性能：

（1）導(dǎo)向精度：主要指導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軌跡的精確度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度，導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形，靜（動(dòng)）壓導(dǎo)軌副之間的油膜厚度及其剛度等。

（2）精度保持性：主要由導(dǎo)軌的耐磨性決定。耐磨性與導(dǎo)軌的材料、導(dǎo)軌副的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌上的壓強(qiáng)及其分布規(guī)律等因素有關(guān)。

（3）剛度：包括導(dǎo)軌自身剛度和接觸剛度。主要取決于導(dǎo)軌的形狀、尺寸、與支承件的連接方式及受力狀況等因素。

（4）低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性：動(dòng)導(dǎo)軌做低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)易產(chǎn)生摩擦自激振動(dòng)，即爬行現(xiàn)象。爬行會(huì)降低定位精度或增大被加工工件表面的粗糙度值。

線性導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)有效控制了導(dǎo)線壓接的直線度，避免了導(dǎo)線壓接時(shí)出現(xiàn)彎曲，提高了導(dǎo)線壓接質(zhì)量。線形導(dǎo)軌設(shè)計(jì)如圖2所示。

1.2? ? 步進(jìn)電機(jī)精準(zhǔn)控制

步進(jìn)電機(jī)：將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。

在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就會(huì)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。

本設(shè)計(jì)使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器精準(zhǔn)控制電機(jī)，控制線性導(dǎo)軌帶壓接鉗精確移模，確保重模和壓接位置的準(zhǔn)確，保證壓接質(zhì)量。精準(zhǔn)步進(jìn)控制電機(jī)如圖3所示。

2? ? 智能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

連接金具、壓接質(zhì)量直接影響后期線路長期安全運(yùn)行，因此，提出研制輸電線路導(dǎo)線壓接金具、壓接質(zhì)量的高效檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的導(dǎo)地線壓接工藝相關(guān)數(shù)據(jù)的一鍵測(cè)量，以提高對(duì)壓接質(zhì)量的判斷水平和檢測(cè)效率，消除人為因素的影響，同時(shí)方便對(duì)壓接質(zhì)量的監(jiān)督與管理。

檢測(cè)裝置主要包括金具快速檢測(cè)裝置、壓接后對(duì)邊距及彎曲度檢測(cè)裝置。

2.1? ? 金具快速檢測(cè)裝置

通常金具檢測(cè)主要復(fù)檢金具的內(nèi)徑、外徑是否滿足設(shè)計(jì)要求，針對(duì)復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)要求設(shè)計(jì)檢測(cè)裝置采用通止規(guī)原理，實(shí)現(xiàn)金具外形尺寸的快速檢測(cè)、顯示與記錄。

設(shè)計(jì)裝置一端為復(fù)檢金具內(nèi)徑的通規(guī)/止規(guī)，另一端為復(fù)檢金具外徑的通規(guī)/止規(guī)（采用可測(cè)量內(nèi)徑、外徑的分體式設(shè)計(jì)）;復(fù)檢金具內(nèi)徑和外徑的通止規(guī)內(nèi)部裝有光感發(fā)射源，發(fā)射源連接控制器，控制器處理收到的信號(hào)后輸出信號(hào)至數(shù)顯裝置及信號(hào)燈上并儲(chǔ)存，合格則綠燈閃爍，數(shù)顯裝置上合格側(cè)計(jì)數(shù)+1;反之則紅燈閃爍，數(shù)顯裝置不合格側(cè)計(jì)數(shù)+1。

金具內(nèi)徑檢測(cè)時(shí)通規(guī)端能安裝在金具上，止規(guī)端不能安裝在金具上，即通規(guī)端光感傳感器發(fā)出信號(hào)，止規(guī)端光感傳感器不發(fā)出信號(hào)，顯示金具合格，閃爍綠燈;如果止規(guī)端能安裝上或通規(guī)不能裝上，裝置顯示紅燈，并報(bào)警，金具不合格。該裝置能夠快速檢測(cè)金具內(nèi)徑是否合格。

金具外徑檢測(cè)時(shí)通規(guī)端能安裝在金具上，止規(guī)端不能安裝在金具上，即通規(guī)端光感傳感器發(fā)出信號(hào)，止規(guī)端光感傳感器不發(fā)出信號(hào)，顯示金具合格，閃爍綠燈;如果止規(guī)端能安裝上或通規(guī)不能裝上，裝置顯示紅燈，并報(bào)警，金具不合格。該裝置能夠快速檢測(cè)金具外徑是否合格。

金具檢測(cè)裝置如圖4所示。

金具快速檢測(cè)裝置效率高，能很快確定內(nèi)徑或外徑的尺寸是否有問題。也可根據(jù)需要對(duì)裝置進(jìn)行系列組合，實(shí)現(xiàn)金具內(nèi)徑或外徑的問題檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果顯示在數(shù)顯裝置上。內(nèi)徑的止規(guī)端光感傳感器輸出信號(hào)（或通規(guī)端不輸出信號(hào)）則是內(nèi)徑有問題，外徑的止規(guī)端光感傳感器輸出信號(hào)（或通規(guī)端不輸出信號(hào)）則是外徑有問題。

2.2? ? 壓接后對(duì)邊距及彎曲度檢測(cè)裝置

導(dǎo)線接續(xù)管壓接后測(cè)量包括對(duì)邊距測(cè)量和彎曲度測(cè)量，對(duì)邊距測(cè)量工藝要求三個(gè)對(duì)邊距都滿足公差要求，彎曲度不大于2%。目前對(duì)邊距測(cè)量主要是人工使用卡尺分別測(cè)量三個(gè)對(duì)邊，測(cè)量數(shù)據(jù)誤差較大，效率低，真實(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)難以管控。彎曲度測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)不易實(shí)施，基本都是靠工人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行把控，并沒有真實(shí)數(shù)據(jù)的記錄。

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線壓接后的檢測(cè)難題，本設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)三個(gè)對(duì)邊距的一次性檢測(cè)和彎曲度的快速檢測(cè)，并通過控制器對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，顯示最終的壓接管數(shù)據(jù)，同時(shí)具備記錄數(shù)據(jù)、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和授權(quán)導(dǎo)出功能。裝置主要由三組對(duì)邊檢測(cè)探頭、探頭導(dǎo)軌、卡箍裝置、數(shù)據(jù)分析控制系統(tǒng)、數(shù)顯裝置、報(bào)警裝置以及輸出端口等部分組成。

3? ? 結(jié)語

本文通過調(diào)研輸電線路導(dǎo)地線壓接現(xiàn)狀及現(xiàn)有的先進(jìn)測(cè)量技術(shù)，為導(dǎo)線空中自動(dòng)壓接與智能檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究提供了工程現(xiàn)場(chǎng)需求依據(jù)和相關(guān)參數(shù)。同時(shí)，進(jìn)行了自動(dòng)壓接平臺(tái)及智能檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，能夠解決現(xiàn)場(chǎng)人工壓接難以控制質(zhì)量和效率的難題，提高對(duì)壓接質(zhì)量的判斷水平和檢測(cè)效率，消除人為因素的影響，同時(shí)方便對(duì)壓接質(zhì)量的監(jiān)督與管理。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 朱秦川，司珍珍，魏剛，等.昌吉—古泉±1 100 kV特高壓線路工程1 250 mm2大截面導(dǎo)線壓接[J].電網(wǎng)與清潔能源，2018，34（2）：123-126.

收稿日期：2020-06-01

作者簡(jiǎn)介：洪巧章（1984—），男，福建泉州人，PMP項(xiàng)目經(jīng)理，工程師，主要從事電網(wǎng)工程質(zhì)量管理和技術(shù)應(yīng)用研究工作。