输电线路跨越施工数字化实时监测装置研究与应用

输电线路跨越施工数字化实时监测装置研究与应用

黄浩军郭辉高健超

国网郑州供电公司河南郑州450000

摘要：在高压输电线路建设和检修作业过程中，将大量使用承力工器具，这类工器具在施工过程中的载荷是不断变化的，一旦所承受的拉力超过额定负载，将造成严重的事故后果。然而，目前线路施工所使用的承力工器具均没有实时载荷监测功能，全凭施工人员经验判断工器具的受力情况，存在极大的安全隐患。为此，本文在满足相关电力规程的前提下，研制了一种能够实时监测输电线路跨越施工过程中载荷变化情况的数字化承力装置。推广应用的效果显示，在带电作业及大跨越档距导地线的展放挂线等作业过程中均能实时可靠地监测承力工器具的载荷情况，以现场实际信息指导安全作业，防止工器具过载、临界使用，有效确保了电网施工作业的安全性和可靠性。

关键词：输电线路；跨越施工；数字化；实时监测

0引言

在线路检修、抢修和带电作业工作中大量使用承力工器具，这些承力工具在使用中的载荷是不断变化的，一旦承受拉力超过额定荷载，将可能造成严重的后果，甚至导致倒塔断线、群死群伤事故的发生。

同时，随着高压线路新型大截面导线的应用，以往简单、凭经验安排检修工作的承力工器具已不满足工作需求。多次的事故教训证明，无依据工作现象必须改变，检修工作的可靠、可控性必须依靠科学施工方式才能真正提高生产过程的安全性。

近年来，高压线路设计的杆塔逐步升高、档距增大，特别是超高压和特高压线路建设速度的加快，更应该对传统的工器具加以科学的技术改进。

为此，本文研制了一种系列化、实用化的输电线路带电作业绝缘承力工具，用于实时监控检修工具拉力的连续变化，确保施工及检修安全和检修质量。

1装置构成及原理描述

1.1装置模块与组件

本文所提出的输电线路跨越施工数字化实时监测装置的主要功能模块是由承力工具受力感知元件和承力传感器专用载体两部分构成。除此之外，还包含有数字化监测预警装置、传输模块以及余揽支架等附属功能模块，实物图如图1所示：

1.2装置工作原理分析

（1）承力工具受力感知元件

承力工具受力感知元件主要包括敏感元件、转换元件、测量电路以及辅助电源四个部分，它将各种力学量转化为电信。

本文中受力感知元件的力传感器为电阻应变式传感器并采用全桥工作模式接入电桥。电阻应变式传感器是以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器，由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生形变，并使附着其上的电阻应变计一起变形，电阻应变计再将描述形变的模拟量转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种不同的物理量。

以电阻应变式传感器为核心的受力感知元件具有结构紧凑，测量精度高，性能稳定、测量范围宽、抗偏能力强等特点，能够满足输电线路施工及检修工作要求。

（2）承力传感器专用载体

为了能够测量承力工具受力情况，需要把监测传感器合成到承力工具中，为了能监测到力的大小，需要一种承力传感器专用载体串联进承力工具中，通过承力传感器专用载体形变来感知力的大小。

通过比较分析，本文采用单双耳型专用挂环取代U型挂环作为力传感器载体的结构形式，采用不锈钢材质，安装方式多样，使用范围广且固定牢靠，承力工具受力时通过检测感应器弹性体蠕变测量出承力工具所受的综合应力。

（3）数字化监测预警装置

为了保证施工及检修工作的安全性，数字化监测预警装置应能实时收集和处理承力工具受力感知元件的数据，并对超过额定荷载的受力情况进行报警，实现数据显示与报警功能。故施工数字化监控预警装置应包括两部分：a）内部数据处理部分；b）外设部分。其中外设部分包括显示装置、过载预警设置按键和报警装置。

内部数据处理模块功能主要通过数字处理器来实现，本文中使用的是型号为STM32的单片机。

对于外设部分的构成，由于对显示效果、按键复杂程度等的要求不高，为降低成本并简化装置组成，本文均选用较为便宜并且可靠的元件进行实现。具体来讲，对于受力的显示，采用LCD屏也称作液晶显示屏的装置来实现；对于过载预警设定按键，选择机械键盘进行操作；同样地，报警模块的选取也遵守上述规则，本文中选用的是有源蜂鸣器来实现报警功能，程序控制方便，易于操作。

单片机收集和处理力传感器的数据，并通过键盘对报警值进行设定，最终实现数据显示与报警功能。

（4）传输模块及余揽支架

传输模块用于将力传感器采集到的受力信息传输至数字化监控显示装置上，由于承力工具在承受超过额定荷载的瞬间，就极有可能会发生事故，所以要求能够将力传感器采集到的受力信息快速、稳定地传输至数字化监控显示装置上。

DVI连接线是基于TMDS转换最小差分信号技术来传输数字信号，TMDS运用先进的编码算法把8bit数据（R、G、B中的每路基色信号）通过最小转换编码为10bit数据（包含行场同步信息、时钟信息、数据DE、纠错等），经过DC平衡后，采用差分信号传输数据，有较好的电磁兼容性能，可以用低成本的专用电缆实现长距离、高质量的数字信号传输，能够满足输电线路施工及检修作业过程中的数据传输需求。

余揽支架是用尼龙材料制作的专门工具，用于收盘多余数据线，并根据现场需求释放数据线，是解决余揽下坠造成短接空间距离的有效装置。

2装置试验结果分析

本文在某拉力测试中心对输电线路数字化绝缘承力装置进行拉力试验。

记录在不同拉力下承力装置监测预警装置的显示值，测试结果如下表所示：

从表中结果可以看出，输电线路跨越施工数字化实时监测装置的测量误差均小于1%，满足工程要求。

3装置运行与效果分析

输电线路跨越施工数字化实时监测装置研制成功后，能够应用但不限于输电线路跨越高铁高速公路安全防护网监控施工、输电大跨越档距导地线的展放挂线过牵引作业、线路运维带电作业更换耐张绝缘子作业、电缆隧道中路径弯曲、大截面高压电缆拖运施工等施工或检修工作，更适用大截面导地线、大档距的超高压或特高压线路设备的检修工作，现已陆续在河南省电力公司的多个项目中配合施工或检修作业使用。

（1）2015年在110kVⅠⅡ柳祭、ⅠⅡ祭贺线同塔四回线路改造工程跨越京广高铁施工中，首次采用本文研制的承力感应器进行监控作业，实现了真正意义上的数字化管控措施，取得圆满成功。

输电线路跨高铁施工时，由于对施工的可靠性要求高，施工难度增加。为了防止线路由于过牵引而别拉断危害高铁网的正常运行，必须实施拉力实时监测，防止线路被过牵引，牵引示意图如图2所示。

（2）2016年本项目在输电带电作业更换大跨越耐张绝缘子工作中得到进一步应用，用实时准确的数据指导现场作业，有效地提高了现场工作的安全性和可靠性，同时保障了检修作业的质量。

（3）2016年4月，输电线路跨越施工数字化实时监测装置在郑州祥和集团电力安装公司组织施工的“220kV官渡至凤凰跨越郑开轻轨”工程中再次得到检验并积累许多宝贵经验。

4结论与展望

输电线路跨越施工数字化实时监测装置的研制，加速了输电线路施工、检修工作以及带电作业向着标准化、精细化发展。重要的是该装置具备的监控功能使检修人员作业过程中能实时读取承力工器具承受的载荷，以现场实际信息指导安全作业，防止工器具过载、临界使用，有效确保了在作业的全过程中设备和人员的安全。

参考文献

[1]马宏伟.220kV输电线路带电作业安全措施分析[J].中国科技纵横，2016，（9）：45-47.

[2]石生智.交流特高压输电线路带电作业工器具及作业方法研究[D].北京：华北电力大学，2013.

[3]国家电网公司.Q/GDW1799.2-2013《国家电网公司电力安全工作规程线路部分》[Z].2013-11-06.

作者简介

黄浩军（1960—），男，工程师，主要研究方向为输电线路运行、检修与防护。

郭辉，1979，男，高级工程师，高级技师。主要从事输电线路运维和检修的管理与创新。

高健超（1991），男，硕士，主要从事输电线路运检领域的研究。