1、1,基于弧垂检测装置与液压绞磨的输电线路自动紧线技术研究,2,目 录,一、输电线路紧线施工作业现状,3,紧线施工是输电线路建设中一个重要施工工序，用于保证输电导线与地面保持一段安全距离，保障输电线路能安全有效地运行；弧垂是导线在相邻杆塔间下垂的幅度，是衡量导线设计、施工质量和运行维护的重要指标之一，在整个输电线路紧线施工中起着至关重要的作用。目前，架空输电线路的施工过程中，弧垂采用人工观测的方式，即通过经纬仪观察远处导线实物及测量参照物，通过较复杂的几何计算得到观测结果，然后与设计指标进行人工比对。,由于人工观测的结果直接受观测人员的经验知识、操作技能、作业规范程度等人为因素的影响，存在一定的

2、局限性。（1）观测人员需要掌握一整套人工观测的工作方法与流程、并结合气温等因素判别目标弧垂合格与否。（2）在雾天、夜间等能见度较差的状况下，人工观测无法展开作业，直接影响施工进度。（3）由于观测过程依赖人员进行主观判断，难以形成基于数据的硬性指标。（4）由于缺乏计算机的数据管理及智能终端的利用，弧垂标准数据及观测结果的存储、查询、管理等均高度依赖人工，容易导致结果数据的遗失、出错。另外，紧线施工作业主要根据测工观测的弧垂值，采用“机动绞磨粗调+铝合金环链紧线器细调”的施工方式使导线弧垂值满足设计值。,4,一、输电线路紧线施工作业现状,5,目 录,针对上述问题，按照国家电网公司输电线路全过程机械

3、化施工的要求，江苏省送变电有限公司依托国网公司科技项目开展基于弧垂检测装置与液压绞磨的输电线路自动紧线技术研究。项目研究内容包括实现弧垂的自动化检测，在人机界面上实时显示当前导线弧垂。此外，进一步通过程序逻辑对比当前弧垂值与目标弧垂值，通过程序指令输出控制紧线执行器的收紧或放松，直至导线当前弧垂与目标弧垂基本一致，从而实现自动紧线。项目研究成果可在架线施工及质量控制环节实现“机器换人”，减少测量误差、提高工效，完成对弧垂指标的严格管控，并推动架线施工技术向高精度、自动化、智能化方向发展。,二、项目研究内容及目标,6,7,目 录,自动弧垂检测工作原理,8,地面人员通过无线遥控搭载了高精度定位系统

4、位置探头的自行走小车沿导线高空行走，从所测得的空间三维坐标数据（x,y,z）获取导线弧垂、形状等；自行走小车所测得的空间三维坐标通过无线通信系统传到地面控制站；地面控制站通过软件处理获取导线两端挂点A、B及档距中央导线点坐标后，通过计算可实时测得中央弧垂以及导线的曲线形状。,f=Z 1+Z 2 2 Z 3,三、自动弧垂检测装置的研制,9,定位技术检测装置所能达到的准确度及精度指标，主要依赖于自行走小车上的定位系统位置探头所能实现的位置精度，且位置数据应具有足够快的更新速度。,三、自动弧垂检测装置的研制,运动控制技术高空导线位置探头的移动需借助远程遥控在导线上的自行走小车实现。,无线通讯技术通过

5、定位系统位置探头所获取的导线测点坐标数据需传输至位于地面的工控计算机。,技术方案的关键及支撑,自行走小车研制,关键功能与指标描述：行走时不损伤铝导线表面；可在较大坡度的导线上启、停与巡航，爬坡能力最高可达30；可越过导线上的接续管（接续管的直径最大为导线直径的两倍）；能应对5级风速下的导线摆动；小车搭载检测部件后总重量不超过20 kg；续航里程超过3km。强调其在导线上行进时的动力性、可靠性与安全性，需具备足够的爬坡能力与附着于导线的能力。结构应紧凑、整体重量受控。,10,基于自动弧垂检测装置的工作原理，提出适合于在导线上行走的自行走小车总体设计，并开展行走驱动部分的结构设计与传动链的计算。,

6、三、自动弧垂检测装置的研制,11,行走机构的设计单履带式行走机构：履带与导线接触面积大，附着能力强；零部件数量多，不易简化与减重，不易于便捷上小导线；双胶轮单轮驱动行走机构：零部件数量少；易于减重；附着能力弱化。双胶轮双轮驱动方案：结构重量有所减轻，相比胶轮式单驱结构，轮子与导线接触面更多，存在同步带安装调整较麻烦的问题。,三、自动弧垂检测装置的研制,自行走小车研制,12,行走驱动的设计计算通过力学分析，并结合对滚动阻力的试验测定，估算出所需的电机功率以及减速机的速比；减小驱动元件的重量与体积，采用直流无刷电机与蜗轮蜗杆式减速机。,G-机器人自重；F1-拉簧拉力；f-履带与导线之间的静摩擦力；

7、-设计最大爬坡角度,自行走小车研制,三、自动弧垂检测装置的研制,13,小车上下导线机构小车上下导线机构采用压紧轮机构。该机构利用杠杆原理，增加动力臂的长度，可以减小操作人员操作的力度，压紧弹簧的工作可以在地面完成，在高空只需轻轻将杠杆拨出即可，减少操作人员的工作难度，减少在操作过程中会产生的安全隐患。,自行走小车研制,三、自动弧垂检测装置的研制,14,自行走小车线上行走试验双胶轮式双驱结构小车则在前进爬坡、后退爬坡两种情形下都具有良好的爬坡能力。,三、自动弧垂检测装置的研制,自行走小车研制,15,自动弧垂检测装置采用的定位系统需要达到厘米级的精度，故采用DGPS中的实时动态测量技术RTK（Re

8、al Time Kinematic）。RTK技术是全球卫星导航定位技术与数据通信技术相结合的载波相位实时动态差分定位技术，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果。与自建基站相比，如果指在一定区域内建立多个基准站，对该地区构成网状覆盖，并进行连续跟踪观测，通过这些站点组成卫星定位观测值的网络解算，获取覆盖该地区和该时间段的RTK改正参数，用于该区域内RTK用户进行实时RTK改正的定位方式，为网络RTK。现场施工中，在允许使用网络RTK方式的情况下，可免去自建基准站带来的工作。自动弧垂检测装置可根据使用现场的具体情况来选用RTK的方式。CORS系统就是采用网络参考站系统软件，对分布在一

9、定区域内的多台基准站的坐标和实时观测数据进行系统综合误差改正建模，尽可能消除区域内流动站观测数据的系统综合误差，从而获得高精度的实时定位结果。,三、自动弧垂检测装置的研制,高精度卫星定位系统的选型,16,通过搭建基准站与流动接收站组合，开展定步长试验、定高程试验，确认位置数据的稳定性与重复性可有效满足需求。,三、自动弧垂检测装置的研制,高精度卫星定位系统性能试验,17,将卫星接收机作为一个独立部分，即可与小车进行快速连接小车进行线上位置数据采集，也可临时搭建手持式移动站，来实现人工手持方式的定位数据采集；采用磁吸底座使得卫星接收天线与小车的连接快速便捷。,高精度卫星定位系统的加装,三、自动弧垂

10、检测装置的研制,18,自动弧垂检测装置选用E90-DTU无线数传电台模块。E90-DTU(433C30)采用先进的超窄带调制技术，提升了通信距离与通信稳定性。,在架线施工现场，两相邻铁搭之间的跨距可达数百甚至上千米，空中部分与地面控制站之间的无线通讯链路直接关系到自行走小车能否处于受控状态并将检测结果准确传输到地面控制站。为此，采用以下三项措施来确保通讯链路的可靠性：（1）空中部分对定位数据进行预处理，降低信道传输速率及对无线信号发射功率的需求，减少误码率与延时；（2）无线通信报文协议采用CRC16码进行差错校验；（3）采用无线数传电台的冗余双链路设计，并分时作业来确保无线通讯链路始终有效。,

11、三、自动弧垂检测装置的研制,无线通讯链路的部件与功能实现,19,三、自动弧垂检测装置的研制,20,目 录,21,由于常规机动绞磨无法实现电控，自动弧垂检测装置的信号无法反馈至绞磨实现自动紧线，因此常规机动绞磨无法与弧垂检测装置连接。经过市场调研，随着输电线路施工装备的快速发展，近两年有相关厂家研制出液压绞磨，该绞磨的动作均通过电信号控制实现，且可通过调节流量实现无级调速。因此，从原理上分析，该液压绞磨满足与自动弧垂检测装置实现联动的基本条件，可用于自动紧线功能的实现。,四、自动紧线装置的选型与改造,紧线执行器的选型,22,液压绞磨卷筒有七个绳槽，增加了钢丝绳在卷筒上的摩擦力，尾绳需要的力小，减

12、轻了拽拉尾绳操作者的劳动强度。液压绞磨双卷筒上的钢丝绳是分槽缠绕，避免了钢丝绳之间的相互挤压和摩擦的缺陷，延长了钢丝绳的使用寿命。液压绞磨操作简单方便，采用一个操作手柄来实现收线、放线，且可对速度和力进行无级调节。,四、自动紧线装置的选型与改造,紧线执行器的选型,23,结合液压绞磨原理，先导液压油路由图中所示的手动液控先导手柄来提供。实际上，该手动液控先导手柄为两个减压阀组合而成的液压先导阀组。手柄摇杆的前、后对应具体的先导油路，摇杆的角度则对应先导控制油压的大小，并最终通过三位四通主换向阀来控制液压绞磨收、放线的速度大小。,四、自动紧线装置的选型与改造,紧线执行器的选型,24,为使地面控制站

13、可通过程序来实现对液压绞磨的收、放线控制，应使液压绞磨的先导控制油路可以接收电气控制信号。基于已有液压绞磨的液压系统及技术参数，设计定制了一套电比例先导控制阀组。该液压控制阀组的控制油压（A、B口）输出参数与现有手动液控先导手柄的输出参数兼容，可对液压绞磨主油路的三位四通换向阀进行比例流量控制。电比例先导控制阀组中的两个电比例先导控制阀可根据压力调整曲线来接受外部电气指令信号。,四、自动紧线装置的选型与改造,紧线执行器的改造,25,为了便于现场作业中的人工对执行器进行及时干预，控制系统增加了手动控制元件与控制信号的选择逻辑，并与比例阀放大驱动模块集成至一个手提便携控制盒。,四、自动紧线装置的选

14、型与改造,紧线执行器的改造,26,手动控制指操作人员直接通过控制盒面板上的元件进行控制；程序控制指控制信号来自于地面控制站的电脑。紧线自动控制采用的是程序通过通讯的方式将指令信号传递给一个信号转换器，信号转换器将接受到的通讯指令信号转换为模拟电压信号，并输出至比例阀放大驱动模块。,四、自动紧线装置的选型与改造,紧线作业的控制系统,27,程序控制指控制信号来自于地面控制站的电脑。程序控制与手动控制不同之处在于产生控制信号的方式不同。自动控制采用的是程序通过通讯的方式将指令信号传递给一个信号转换器，信号转换器将接受到的通讯指令信号转换为模拟电压信号，并输出至放大驱动模块。程序控制方式下，操作人员同

15、样可通过电脑软件界面来进行人工控制紧线执行器的动作以及速度大小。在程序控制方式下，地面控制站可以在各项条件具备情况下进入自动紧线作业状态。采用程序来进行的自动紧线作业的流程如图所示。,四、自动紧线装置的选型与改造,自动紧线功能的实现,28,目 录,硬件选型与设计,29,采用工业三防平板电脑，作为地面控制站。另一方面，将其余功能部分如无线通讯系统独立集成为一个模块，由内置锂电池供电，该模块可通过无线方式与平板电脑进行短距离WI-FI通讯。,五、地面控制站的设计与实现,30,地面控制软件采用国家仪器(National Instruments)的虚拟仪器平台Labview来开发上位机软件与人机界面，

16、并实现自行走小车的无线遥控、弧垂检测结果的接收与显示、存储等功能。,所示界面用于手动按键方式采集当前的移动站的位置数据,五、地面控制站的设计与实现,控制软件设计,31,所示界面用于操控小车在导线上的行走，并显示小车的水平位置以及当前导线的弧垂值,五、地面控制站的设计与实现,控制软件设计,32,该界面既可用于手动方式输出紧线执行器的操作指令，也可监控自动紧线方式下指令输出的状态。,五、地面控制站的设计与实现,控制软件设计,33,界面用于显示检测档距内导线的轨迹。,五、地面控制站的设计与实现,控制软件设计,34,程序还需对检测方式、硬件资源等进行配置管理。左图界面用于设置弧垂检测参数进行相关配置等

17、。右图界面用于设置弧垂检测的方式、数据记录文件的位置、通讯接口配置等。,五、地面控制站的设计与实现,控制软件设计,35,在开始紧线之前可以将设计参数如档距、高差、弧垂输入至程序。通过自动弧垂检测装置的运行，可以通过定位系统对导线两端悬挂点的位置数据采集、小车在弧垂测点的位置数据采集来得出实测的档距、高差与弧垂。在弧垂检测、自动紧线的过程中，软件界面还可实时反馈相关参数信息如小车是否处于档距中点（测点）、实测弧垂与目标弧垂的差距，这些反馈信息有利于现场操作人员直观把握当前运行状态。,五、地面控制站的设计与实现,软件设计工作流程,36,目 录,37,本项目研究成果的工程应用依托于江苏田湾核电站三期

18、500千伏送出工程连云港工地，自动弧垂检测装置在该工程48#49#塔位进行了施工现场应用。铁塔基本信息如下：双回路耐张塔：5E5-SJ2-33，呼高为33米；双回路耐张塔：5E5-SJ3-30，呼高为30米；档距：298米；导线型号：JL/G1A-630/45；施工中点弧垂：6.13米（温度25）。,1-杆塔；2-导线；3-行走小车；4-转向滑车；5-液压绞磨；6-地锚,六、自动弧垂检测和紧线装置检测与工程应用,38,针对自动弧垂检测装置开展高空试验。验证自行走小车行走、获取定位坐标数据等各种功能指标；试验导线弧垂检测的精度、作业方法；开展自动检测装置弧垂测量值与经纬仪人工观测结果的交叉验证与

19、差距分析；验证利用自动弧垂检测装置与电控型紧线执行器进行闭环紧线作业的方法及实现的各种功能指标和精度。,六、自动弧垂检测和紧线装置检测与工程应用,39,六、自动弧垂检测和紧线装置检测与工程应用,40,六、自动弧垂检测和紧线装置检测与工程应用,41,目 录,42,七、总结及展望,本项目研究成果实现了基于高精度卫星定位技术的架空输电线路自动弧垂检测装置及自动紧线，该装置综合运用卫星定位技术、运动控制、嵌入式软硬件等多项成熟技术，解决架空输电线路弧垂自动检测的难题并实现“机器换人”。（1）采用高精度卫星定位技术，将位置探头加装至可以沿高空导线行进的远程无线遥控小车，并采用数据采集与记录技术来获得高空导线的三维空间数据，然后采用软件算法对数据进行处理，获得导线的弧垂数据；（2）实现弧垂的自动检测，克服人工经纬仪观测的缺陷和不足，具有通视要求低、作业距离长、无累计误差等优势，能有效应对大雾、夜间等人工无法作业的场合；（3）采用测量的高精度弧垂数据与液压绞磨反馈的方式，实现自动紧线功能。,目前成套装置已能满足自动弧垂检测与紧线自动作业的要求，下一步将针对负载变动时紧线执行器速度控制稳定性、各组成部分的减重与连接优化、子导线同步检测等方面开展进一步优化提升。,43,谢谢大家 汇报完毕,