導地線自動壓接及檢測控制裝置分析

花 莊，吳玉梁，凌田揚，吳良泉，蔡立棟

（國網(wǎng)浙江云和縣供電有限公司，浙江 麗水 323600）

0 引 言

輸電線路施工過程涉及多種不同類型的施工工藝，其中導地線的壓接是評估輸電線路施工質量的重要指標，也是影響輸電線路后期運行是否可靠的關鍵因素。傳統(tǒng)的輸電線路導地線壓接工作量較大，由于是人工操作，在測量過程中可能會出現(xiàn)尺寸偏差問題。隨著現(xiàn)代自動化控制技術的發(fā)展，自動化控制檢測技術可以應用于導地線壓接控制裝置的設計和開發(fā)[1]。通過壓接一體裝置的設計，可以將導地線的壓接過程進行標準化操作，確保壓接質量，保證線路安全可靠運行。

1 導地線自動壓接及檢測控制裝置應用的必要性

在實際輸電線路導地線施工中，常用的施工方法有液壓連接施工、爆破壓接施工以及機械鉗壓施工等。這些施工方式在目前的輸電線路導地線壓接中得到了廣泛應用，但是相對傳統(tǒng)。這些輸電線路導地線壓接過程的施工需要2人配合進行，涉及導地線劃印、外層導線剝削、更換磨具、液壓區(qū)控制以及液壓值控制等操作[2,3]。由于操作程序較為煩瑣、復雜，難以實現(xiàn)壓接過程的自動化、標準化施工。本文針對傳統(tǒng)人工壓接管存在的錯壓不壓區(qū)、鋼錨彎曲、鋼錨壓接尺寸不足、鋼錨尺寸超標以及壓力不滿足等問題，研究開發(fā)了1種導地線壓接校正及壓力檢測控制裝置，可以解決輸電線路導地線壓接施工時間長、效果不佳、作業(yè)風險高、需要反復壓接校正等問題。

2 導地線自動壓接及檢測控制裝置分析

2.1 導地線自動壓接的基本原理

為了實現(xiàn)輸電線路導地線的自動壓接，可以采取單片機控制技術。首先，壓接操作人員在上位機的監(jiān)控畫面設置壓接直徑和移動次數(shù)等關鍵參數(shù)。其次，將設置完畢的參數(shù)發(fā)送到下位機，控制步進電機的工作狀態(tài)。最后，步進電機接收到指令后，推動壓鉗按照設定的參數(shù)進行移動，待達到設定的位置后，開始自動壓接。要關注壓接過程中的數(shù)據(jù)變化情況，也可以發(fā)送給操作人員查看，以更好地監(jiān)控壓接過程質量。

2.2 導地線自動壓接及檢測控制裝置中壓接尺寸測量技術

在導地線自動壓接過程中，如果操作人員操作不當，會導致壓接在尺寸上出現(xiàn)誤差，影響導地線的壓接質量，因此需要準確測量具體的壓接尺寸[4]。X射線成像技術在實際工業(yè)中應用時間較長，且在長期應用過程中積累了豐富的技術經(jīng)驗，檢測精度較高，可以用于導地線壓接尺寸的檢測，檢測原理如圖1所示。

圖1 導地線壓接尺寸的檢測原理

從導地線壓接尺寸的檢測原理圖中可以看出，檢測主要由成像環(huán)節(jié)、圖像處理環(huán)節(jié)以及其他輔助設施組成。尺寸檢測工作站通過控制電纜和探測器相連，實現(xiàn)對探測器數(shù)據(jù)的提取。

3 導地線自動壓接裝置中的控制技術分析

3.1 壓力控制的原理

在輸電線路導地線的壓接過程中，壓接鉗的應用會產(chǎn)生一定的壓力，并且會影響導地線的壓接效果，因此有必要檢測壓接過程中的壓力和自動化控制。對于壓接壓力的檢測，需要采用壓力變送器并將其設置在取壓口處，而取壓口可以設置在管道的側面。壓力變送器采用惠斯通電橋檢測原理，根據(jù)壓阻效應產(chǎn)生差動電壓信號，之后利用放大器將信號轉換成模擬電壓信號[5,6]。采用單片機技術將采集的電壓信號輸入到單片機控制系統(tǒng)進行計算，并輸出計算處理結果。圖2為導地線壓接過程中的壓力控制原理。

圖2 導地線壓接過程中的壓力控制原理

從圖2可以看出，液壓泵的開關可以控制電動推桿。由于液壓泵與壓接鉗相互連接，當導地線到達相應位置后，利用單片機就可以控制液壓泵的開啟，實現(xiàn)對導地線的壓接。

3.2 控制算法的選擇及步進電機的控制

在整個導地線壓接的壓力控制過程中，控制算法對于壓接壓力控制的效果具有直接影響，因此應合理選擇控制算法，以便取得較好的壓力控制效果?？梢圆扇”壤?積分-導數(shù)（Proportion-Integral-Differential，PID）控制算法，通過比例、微分、積分等環(huán)節(jié)分析偏差量，合理控制輸出量，在實際應用中效果良好。

選好控制算法后，可以編寫程序來實現(xiàn)算法，并且將程序嵌入步進電機，實現(xiàn)對導地線壓接移動的控制。在步進電機中，電機系統(tǒng)需要和控制系統(tǒng)相互配合運行，才能夠保證步進電機的各項功能得到正常發(fā)揮。驅動器是步進電機的關鍵組成部分，可以向電機發(fā)出脈沖信號，將其轉化為角位移后就可以將控制命令下發(fā)到步進電機中的執(zhí)行機構[7]。因此，控制好步進電機驅動器中的電流，使步進電機保持平衡。

對于步進電機的轉動，停止的位置取決于單片機給電機的脈沖數(shù)和頻率值。旋轉的角度是按照一定的角度來運行的，可以通過脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）來控制脈沖的個數(shù)從而控制角旋轉的位移，以達到準確旋轉的目的。在速度選擇方面，可以通過脈沖頻率來加速或者減速電機的運行。步進電機的步進值不受電壓大小、電流數(shù)值、溫度變化以及波形變化等因素限制[8,9]。雖然步進電機每轉動一定的角度會與理論存在誤差，但是每轉動1圈產(chǎn)生的誤差不會累計。圖3為電機驅動子程序流程。

圖3 電機驅動子程序流程

步進電機會根據(jù)單片機發(fā)送的指令判斷是正傳還是反轉，轉動的速度用PWM脈沖來確定。步進電機在工作時是需要驅動的，因為電路中的電流也較小，步進電機必須要有控制單元，所以需要采用驅動芯片進行控制和處理。

本導地線自動壓接及檢測控制系統(tǒng)的電機驅動子程序如下文所述。

3.3 導地線壓接質量的檢測

在輸電線路導地線的壓接過程中，加強壓接質量的檢測，對于確保導地線壓接完成質量具有重要作用。具體的壓接過程可能會出現(xiàn)掉線情況，可以采取射線檢測方法，以圖像的方式展示壓接狀態(tài)，具體的檢測原理如圖4所示。

圖4 導地線壓接質量的檢測

利用射線檢測導地線壓接質量，在檢測過程中不會對導地線產(chǎn)生損傷，并且能夠節(jié)約成本[10]。從圖4可以看出，當射線經(jīng)過導地線后，根據(jù)穿過區(qū)域的厚度和密度情況能夠辨別其內(nèi)部結構是否存在瑕疵，實現(xiàn)對壓接質量的檢測。

4 結 論

隨著電力科技的發(fā)展，輸電線路施工中可以將先進科技和傳統(tǒng)線路施工相結合，優(yōu)化和升級施工工藝技術，更好地滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對施工工藝的要求。本文對輸電線路導地線自動壓接及檢測控制裝置進行系統(tǒng)分析，可以應用于實際的輸電線路施工。