液壓升降式電力智能跨越裝置設(shè)計(jì)

金 磊 李志斌

（上海電力大學(xué)，上海 200090）

在電網(wǎng)輸變電工程施工中，新建輸電線路或檢修線路經(jīng)常會(huì)遇到被跨越的輸電線路或公路等情況，需要翻越被跨物[1]。施工期間，為了保障被跨越電力線路的供電可靠性，通常采用帶電跨越施工方案[2]。以往的帶電跨越施工方案為工人搭建腳手架，人工封網(wǎng)，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能單一、穩(wěn)定性不足以及拆卸與搭建耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，需要消耗大量的人力物力，而且作業(yè)過(guò)程需要施工工人登高，危險(xiǎn)性較高?；谶@些問(wèn)題，提出了一種能夠折疊升降自動(dòng)封網(wǎng)的電力智能跨越裝置。針對(duì)電力檢修工程需跨越110 kV以下（包括110 kV）電壓等級(jí)線路進(jìn)行施工，研制了一款液壓升降式電力智能跨越裝置，總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)跨越施工安全可靠的帶電操作，并且遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)實(shí)施過(guò)程，保證施工質(zhì)量。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的液壓升降式電力智能跨越裝置結(jié)構(gòu)，如圖1所示。裝置整體機(jī)械結(jié)構(gòu)由頂升機(jī)構(gòu)和跨越機(jī)構(gòu)組成。在頂升機(jī)構(gòu)底部設(shè)置有一塊鋼板，在底板的4個(gè)角設(shè)置4個(gè)螺紋調(diào)平座。考慮施工現(xiàn)場(chǎng)地勢(shì)的復(fù)雜情況，螺紋調(diào)平座配合傾角傳感器對(duì)整體裝置進(jìn)行調(diào)平，使其能平穩(wěn)升降作業(yè)。底板頂部固定連接有4面剪式桿，剪式桿之間通過(guò)銅軸銷轉(zhuǎn)動(dòng)連接。底板4個(gè)角的剪式桿對(duì)接4個(gè)頂升油缸，油缸提供動(dòng)力將整個(gè)機(jī)構(gòu)頂起。底板中間設(shè)置有彈簧裝置，可在頂升機(jī)構(gòu)下降時(shí)起到緩沖作用。如圖2所示，剪式桿頂部用一塊鋼板封頂，構(gòu)成整個(gè)頂升機(jī)構(gòu)。頂板上面設(shè)有跨越封網(wǎng)機(jī)構(gòu)。設(shè)置在主站頂板的跨越桿通過(guò)液壓缸提供動(dòng)力，升降后可以與子站的頂板對(duì)接。對(duì)接完成后，封網(wǎng)滑塊通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)，開始沿著導(dǎo)軌滑動(dòng)?；瑝K與格網(wǎng)等距連接，從主站一端滑動(dòng)至子站一端，完成封網(wǎng)動(dòng)作。

圖1 智能跨越架結(jié)構(gòu)

圖2 智能跨越架支撐機(jī)構(gòu)

2 控制方案設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)由1個(gè)主站和3個(gè)子站組成?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控中心選用PAC070型一體機(jī)。PAC070型一體機(jī)是一款工業(yè)級(jí)一體化人機(jī)界面，是四線電阻式觸摸屏，可通過(guò)多通道、多方式進(jìn)行信號(hào)采集及數(shù)據(jù)處理，還可通過(guò)4G無(wú)線傳輸，同時(shí)預(yù)裝Lonkon工業(yè)組態(tài)軟件[3]。PAC070人機(jī)界面共設(shè)有3個(gè)串口，1路RS-232和2路RS-485串口。設(shè)計(jì)采用的是1路RS-485串口與可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC）連接。主站選用的T64P無(wú)線PLC是一款工業(yè)級(jí)遠(yuǎn)程測(cè)控專用的無(wú)線PLC，可監(jiān)測(cè)16路輸入信號(hào)，控制8路繼電器輸出[4]。T64P無(wú)線PLC內(nèi)部集成Modbus 遠(yuǎn)程終端單元（Remote Terminal Units，RTU）設(shè)備協(xié)議,同時(shí)內(nèi)置主站有采集管理功能，可通過(guò)串口或通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)（General Packet Radio Service，GPRS）采集任何支持Modbus協(xié)議的從站。主站與3個(gè)子站均設(shè)有一個(gè)F21D數(shù)傳電臺(tái)，主站PLC通過(guò)485-晶體管-晶體管邏輯電路（Transistor-Transistor-Logic，TTL）五芯線與F21D數(shù)傳電臺(tái)連接，4個(gè)數(shù)傳電臺(tái)通過(guò)無(wú)線電波通信。將4個(gè)數(shù)傳電臺(tái)的波特率和收發(fā)頻率設(shè)為一致，便可實(shí)現(xiàn)主從站通信。

3 組態(tài)界面設(shè)計(jì)

觸摸屏可用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控。觸摸屏組態(tài)界面主要包括參數(shù)設(shè)置、設(shè)備自檢、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警以及設(shè)備操作等功能。先建立組態(tài)工程，設(shè)置網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）地址。點(diǎn)擊觸摸屏4個(gè)角即可調(diào)出系統(tǒng)設(shè)置界面設(shè)置觸摸屏IP地址。然后，通過(guò)設(shè)備配置管理界面新建串行鏈路，實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面RS-485串口與PLC的通信。串口配置需要進(jìn)一步設(shè)置波特率校驗(yàn)位等。由于波特率設(shè)為112 500易出現(xiàn)丟包狀況，故將波特率設(shè)為57 600。需要注意，這些設(shè)置需要與PLC參數(shù)一致才能實(shí)現(xiàn)通信。

設(shè)計(jì)中將上位機(jī)設(shè)為Modbus通信主站，PLC設(shè)為從站。在管理界面選中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，選擇新建數(shù)據(jù)庫(kù)，在新建的數(shù)據(jù)庫(kù)中新增數(shù)據(jù)，對(duì)新增數(shù)據(jù)進(jìn)行命名、選擇數(shù)據(jù)類型以及設(shè)置初始值等[5]。將觸摸屏的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)與PLC進(jìn)行地址關(guān)聯(lián)，并在新增設(shè)備下新增數(shù)據(jù)，設(shè)置數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)地址、設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)名（選擇實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)）以及設(shè)置存取方式等[6]。參數(shù)設(shè)置完成后，通過(guò)網(wǎng)線將做好的組態(tài)畫面工程下載到觸摸屏，通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制整個(gè)裝置的運(yùn)行。

4 PLC程序設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的整體工作流程如圖3所示。給系統(tǒng)上電后，進(jìn)行模塊初始化，即系統(tǒng)開始對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行自檢，檢查各個(gè)傳感器信號(hào)、觸摸屏、控制箱、數(shù)傳電臺(tái)及相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)通信是否正常。如果出現(xiàn)故障，將會(huì)進(jìn)入人工檢查階段。自檢正常后，施工人員可以通過(guò)觸摸屏了解現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)和主從站的通信狀態(tài)。下一步進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，施工工人可以根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)情況和需要被跨越線路的參數(shù)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)試。在參數(shù)設(shè)定界面手動(dòng)輸入相關(guān)參數(shù)后，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算出頂升高度，同時(shí)記錄設(shè)定的參數(shù)。施工方后期可以分析施工過(guò)程數(shù)據(jù)，以便針對(duì)性地改進(jìn)施工方案。參數(shù)設(shè)定后，施工人員可以自行選擇手動(dòng)、半自動(dòng)或者全自動(dòng)控制策略。液壓升降式電力智能跨越裝置施工后，負(fù)責(zé)頂升的支撐機(jī)構(gòu)開始勻速上升，上升至指定高度后停止。如圖4所示，負(fù)責(zé)封網(wǎng)的跨越桿放出，布置就位后與子站對(duì)接，然后封網(wǎng)滑塊沿著導(dǎo)軌帶動(dòng)絕緣網(wǎng)從主站一端運(yùn)行至子站完成封網(wǎng)動(dòng)作。絕緣網(wǎng)封頂后，工人檢修指定線路，以控制跨越機(jī)構(gòu)收網(wǎng)。

圖3 控制系統(tǒng)的整體工作流程

圖4 電力智能跨越裝置

5 結(jié)語(yǔ)

整個(gè)液壓升降式電力智能跨越裝置由頂升機(jī)構(gòu)和跨越封網(wǎng)機(jī)構(gòu)組成。相比于人工搭建的施工腳手架，液壓升降式電力智能跨越裝置結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，且工人可在地面實(shí)時(shí)自動(dòng)控制設(shè)備操作跨越封網(wǎng)。液壓升降式電力智能跨越裝置的控制系統(tǒng)中設(shè)置有多種傳感器，工人可通過(guò)觸摸屏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境參數(shù)和跨越裝置的工作狀態(tài)。遠(yuǎn)程監(jiān)控中心也可以監(jiān)控整個(gè)施工過(guò)程，并記錄施工數(shù)據(jù)，提高了安全性和可靠性。目前，液壓升降式電力智能跨越裝置已通過(guò)海南電網(wǎng)安全測(cè)試，僅需要2位工人耗時(shí)1 d便可完成整個(gè)裝置的安裝和拆卸。整個(gè)裝置可以沉降折疊至3 m高，安裝與拆卸簡(jiǎn)單，且運(yùn)輸便捷。裝置雖是金屬機(jī)構(gòu)，但全身涂上絕緣漆，可帶電操作。因此，在施工過(guò)程中，被跨越的電力線路無(wú)須停電，保證了輸電線路供電的可靠性。該裝置不僅自動(dòng)化程度高、安裝簡(jiǎn)單，而且節(jié)省了施工時(shí)間，大大提高了施工效率。