二牽N 智能協(xié)同張力展放大截面導線技術

侯建明，關 蕾

（吉林省送變電工程公司，長春 130033）

隨著輸電線路輸電容量的增大，900 mm2、1 000mm2和1 250mm2截面導線不斷被研發(fā)應用，導線多為6分裂和8分裂布置，多分裂導線需要同相同步展放。目前常用的最大牽引力的牽引機為280kN，已不滿足長距離一次牽引同相6或8根大截面導線。另外，為保證架線質量，操作人員通過液壓表來控制牽引力或張力大小，并1人只能近距離控制1臺設備，受液壓表精度限制，控制誤差較大，走板在過滑車的關鍵時刻，操作人員不能第一時間知道走板是否順利通過滑車。在張力場側，由于操作人員不能相互觀察，不能精準控制多臺張力機。實際施工中，操作人員在設備旁邊近距離操作，受噪音、風沙、雨雪、高溫等環(huán)境影響，對身體傷害大。為解決上述問題，有效地利用現(xiàn)有的放線設備及工器具，提高放線施工技術水平，研發(fā)了二牽N智能協(xié)同張力展放大截面導線技術，并在特高壓工程中成功應用。

1 二牽N 智能協(xié)同張力展放大截面導線技術特點

二牽N智能協(xié)同張力展放大截面導線技術是同相同步改1根牽引繩為并行的2根分牽引繩，在一個走板的形式下，牽張設備在有線遠程操作系統(tǒng)控制下，一次同步并行牽引同相6根子導線的放線技術，一基塔的一相通常懸掛1個放線滑車，在1套控制操作指揮系統(tǒng)下完成同相導線的展放施工，其技術特點如下。

a.安全性高。采用2根牽引繩同時牽引1個走板，走板穩(wěn)定不翻轉，為放線施工安全提高了保障，采用數(shù)字智能同步控制，可保證同相導線各子導線之間張力相同。

b.可靠性高。2臺牽引機通過1臺工業(yè)電腦利用有線遠程操作控制系統(tǒng)和自動控制技術進行同步牽引，可隨意切換2臺牽引機同步與獨立操作，實現(xiàn)了從人力機械控制到智能化控制，整個放線過程的遠距離無線監(jiān)控，增加了放線施工的可靠性。

c.實用性廣泛。采用同步一次展放可以減小對導線塑性伸長和蠕變伸長變化的影響，此技術與“2×1牽4”等放線技術相比，由于導線通過1 個滑車，消除了“2×1牽4”2個滑車懸掛高度誤差對導線弛度的影響。

d.經濟效益明顯?？煽s短滑車和附件安裝時間，且導線同相一次展放完成，提高了工作效率。

2 二牽N 技術牽引機側智能協(xié)同控制系統(tǒng)設計

2.1 牽引機側設計原理

2臺牽引機進行并聯(lián)改造，采用2 根并行的牽引繩，在1個走板的形式下，一次同步并行牽引同相N根子導線的放線工藝，采用有線遠程操作控制技術，在1套控制操作指揮系統(tǒng)下完成同相導線的展放施工。

2.2 特高壓組合式放線滑車研制

二牽N智能協(xié)同張力展放大截面導線技術在普通塔只懸掛1個放線滑車，滑車采用4個立柱、1軸的組合結構形式，雙主掛孔（增加安全性和施工便捷性），11個滑輪被立柱分隔成3組，第1、2、4、5、7、8、10、11掛膠滑輪用于走導線，第3、6、9尼龍滑輪用于走牽引繩?；囈?guī)格為1 869mm×1 761mm×1 040 mm；輪片直徑為1 040 mm；滑輪底徑為900mm；滑車質量為941kg；滑車設計載荷為300 kN，可隨意組成7輪和9輪滑車［1］。

2.3 特高壓雙牽引組合走板

走板采用組合式，由牽引鋼繩、牽引板、后拖板、鉸鏈等組成，配套鋼繩規(guī)格φ32.5×40m［2］，連接方式見圖1。

圖1 組合走板連接圖

2.4 總體方案設計

采用有線遠程和無線遠程自動控制技術實現(xiàn)2臺牽引機的同步控制操作，2臺牽引機在不改變原機控制系統(tǒng)的前提下，對原牽引機進行了數(shù)字化改造，增加1套聯(lián)機控制裝置，利用可編程邏輯控制器（PLC）的網(wǎng)絡通訊技術將牽引機的各種信號轉換為數(shù)字信號傳輸?shù)娇偪刂婆_上，首先控制發(fā)動機轉速相同，在此基礎上控制牽引距離相同。操作控制系統(tǒng)由主機柜、輔機柜、總控制臺三部分組成。

2.4.1 主機柜及輔機柜

主機柜和輔機柜分別由2個S7－200PLC 智能從站和分布式I/O ET200pro從站組成。

2.4.2 總控制臺

總控制臺由控制面板、PLC 主站、工業(yè)控制計算機及無線信號接收裝置組成，通過過程現(xiàn)場總線（PROFIBUS）與主機柜和輔機柜相連接，距2臺牽引機距離最遠可達50m，可隨時拆裝，方便運輸，只要聯(lián)接上總線接口和電源即可工作。

a.控制面板共設置主輔機啟動開關、主輔機牽引手柄、主輔機油門、緊急停機和聯(lián)機切換等8個操作裝置，在控制臺內設置同步與獨立操作切換裝置，在有載情況下能順利切換。

b.PLC主站由1個S7－300中央處理單元、1個模擬量輸入模塊和1個數(shù)字量輸入模塊組成，負責執(zhí)行必要程序和通信指令，協(xié)調各分站實現(xiàn)自動控制?？刂葡到y(tǒng)的所有輸入功能均在主站內實現(xiàn)，包括各種邏輯運算、隨動控制功能、比例－積分－微分（PID）循環(huán)控制功能等，可以通過編制控制程序實現(xiàn)兩機發(fā)動機轉速、牽引速度、牽引距離同步的自動控制，該控制程序將全程位移差控制在1 m 以內，具體控制流程見圖2。

2.5 牽引機同步改造

為保證牽引同步，所有控制均引到一個控制臺上，其中2臺發(fā)動機由2個單獨油門控制手柄控制，采用電子顯示屏顯示發(fā)動機轉速，開始時將發(fā)動機調到同一轉速，誤差補償由液壓系統(tǒng)完成。

在控制回路增設了雙輪同步閥，可實現(xiàn)單閥同時控制2臺變量泵，考慮到變量誤差，在高壓回路上又增設了高壓回路雙輪同步閥，可保證2個馬達輸入壓力相同，補償因發(fā)動機轉速誤差引起的流量。

導線展放前，調試2臺牽引機在有線遠程操作控制系統(tǒng)控制下的同步運行狀態(tài)，檢查特高壓雙牽引走板，調試遠距離無線監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。

2.6 系統(tǒng)實現(xiàn)的主要功能

a.遠程操控功能。實現(xiàn)牽引機的遠程各種操作，包括開關機、發(fā)動機油門調整、牽引、吐線（倒車）等。

b.遠程監(jiān)視功能。系統(tǒng)近端實現(xiàn)2臺牽引機各參數(shù)的同步顯示及實時影像的同步監(jiān)測，并可將所有工作過程存入硬盤；遠端實現(xiàn)走板發(fā)射器各種參數(shù)的顯示和無線視頻。

圖2 發(fā)動機轉速自動控制圖

c.安全警報功能。通過人機界面設計，實現(xiàn)各參數(shù)達到限制值及系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤時的報警功能，報警發(fā)生時可實現(xiàn)聲音和畫面同時觸發(fā)。

d.過程分析技術。實現(xiàn)主要參數(shù)的實時過程曲線對比顯示，并可按固定時間間隔存檔，以供操作及技術人員現(xiàn)場和事后分析使用。

e.動畫仿真功能。走板上有無線視頻鏡頭和感應裝置，可對走板鋼絲繩相對位移及走板當前達到的線路位置提供真實的動畫仿真顯示。

3 二牽N 技術張力機側智能協(xié)同控制系統(tǒng)設計

3.1 總體方案設計

張力機智能控制系統(tǒng)硬件部分是由上位機、下位機、無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)等部分組成，通過PROFIBUS總線連接傳輸數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)遠程操作的設計目標。

a.上位機由工控機、總站組成，在工控機上有軟操作控制儀表盤，具有數(shù)據(jù)監(jiān)視和聯(lián)機操作功能，總站由S7－300系列中的315－2DP 可編程控制器和電源組成。

b.下位機由PLVC2 閥控器和各種傳感器、液壓閥組成，具有采集信號、上傳數(shù)據(jù)、隨動控制、PI調節(jié)及執(zhí)行各項操作功能，可在張力機儀表盤單機操作。

c.無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要包括發(fā)射機、中繼站、接收機等部分，采用編碼正交頻分復用（COFDM）調制技術非視距傳輸視頻信號，傳輸距離是10km。

d.軟件部分包括wincc7.0組態(tài)軟件制作的軟操作控制儀表盤，STEP7 編制的總站控制程序和OpenPCS軟件編制的下位機控制程序（ST 語言），張力機并聯(lián)控制組成見圖3。

圖3 張力機并聯(lián)控制組成框圖

3.2 設備改造

a.發(fā)動機改造。原機油門為手動控制方式，不利于實現(xiàn)自動控制中的PI運算，改為脈沖控制方式，自制油門控制電路保證快速準確地控制脈沖大小。

b.主液壓油泵改造。原主變量泵控制均為液壓控制，信號反應較慢，將主泵改為電液比例控制方式，需更換主泵電磁閥、電控手柄等電控元件，電控手柄輸出為0～10V 信號，輸入到可編程控制器，經控制器計算后直接輸出到電磁閥需要的200～600 mA 的電流。

c.張力控制閥改造。原張力機張力控制閥為手動先導溢流閥，現(xiàn)改為電控比例溢流閥，由本機操作面板上的電位器提供0～10V 或上位機下傳數(shù)據(jù)信號，輸入到閥控器，通過閥控器PI調節(jié)計算輸出比例溢流閥需要的電流來控制張力大小。

d.信號采集、傳感器安裝。要實現(xiàn)自動控制需要采集一些數(shù)據(jù)，如發(fā)動機的飛輪轉速、機油壓力、水溫，液壓系統(tǒng)的張力壓力、剎車壓力、補油壓力等；采用壓力傳感器，PI調節(jié)控制提供反饋信號，其他為上傳工控機做監(jiān)視信號，發(fā)動機飛輪轉速傳感器為發(fā)動機轉速調節(jié)提供反饋信號。

3.3 聯(lián)機工作時發(fā)動機轉速控制

聯(lián)機工作時，發(fā)動機轉速目標值由操作控制儀表盤的油門控制塊給出，傳到控制總站。操作控制儀表盤上設有聯(lián)機開關，按下開關后，主站程序會自動將發(fā)動機轉速目標值經總線傳輸給各分站，此時，各機具有同一目標值，程序同時也會自動屏蔽下位機控制，控制過程與單機相同，聯(lián)機工作時發(fā)動機轉速控制流程見圖4，n為設定轉速與實際轉速差。

圖4 聯(lián)機工作時發(fā)動機轉速控制流程圖

3.4 聯(lián)機工作時張力控制

聯(lián)機工作時，目標值由上位機張力控制塊給定，通過總線傳到各機，控制過程與單機相同，在上位機控制時，又分單機控制和聯(lián)機控制，在軟操作面板上設有單、聯(lián)機開關，當聯(lián)機轉換單機時，程序會將當前張力值自動傳感到各機，程序在后臺工作，根據(jù)目標值控制子導線張力，控制流程見圖5。

3.5 系統(tǒng)可實現(xiàn)的主要功能

a.智能操控功能。實現(xiàn)張力機的各種遠程操作，包括開關機、發(fā)動機油門調整、張力調節(jié)、吐線等，操作方式既可用張力機設備面板操作，也可以用全電腦鍵盤及鼠標操作。

b.遠程監(jiān)視功能。系統(tǒng)近端可實現(xiàn)多臺張力機各參數(shù)的同步顯示及實時影像的同步監(jiān)測，并可將所有工作過程存入硬盤；遠端可實現(xiàn)走板發(fā)射器各種參數(shù)的顯示和無線視頻。

圖5 聯(lián)機工作時張力控制流程圖

c.安全警報功能。系統(tǒng)通過人機界面設計，可實現(xiàn)各參數(shù)達到限制值及系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤時報警，報警發(fā)生時可實現(xiàn)聲音和畫面同時觸發(fā)。報警可分長期、短期存檔，并可統(tǒng)計歸類、打印輸出。

d.過程分析功能。實現(xiàn)主要參數(shù)的實時過程曲線對比顯示，并可按固定時間間隔存檔，以供操作及技術人員現(xiàn)場和事后分析使用。

e.動畫仿真功能。對導線相對位移及展放導線當前達到的線路位置提供真實的動畫仿真顯示。

4 結束語

二牽N智能協(xié)同張力展放大截面導線技術成功應用于哈鄭±800kV 和淮南至上海等特高壓直流輸電線路工程，在導線展放施工中，該技術展現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，設備運行平穩(wěn)，走板與放線滑車配合順暢，無線信號發(fā)射與接收均可穩(wěn)定實現(xiàn)，提高張力放線施工質量和施工精度?？刂葡到y(tǒng)的自診斷功能可降低事故的發(fā)生，增加施工的安全可靠性，同時降低了操作員的勞動強度，遠程控制改善了操作員的工作環(huán)境。設備由過去的粗放型操作過渡到精細化、智能化控制，為送變電施工向信息化、數(shù)字化過渡提供了基礎，提高了送變電施工技術的精確度。

［1］ 徐守琦，劉凱，譚志明.特高壓組合式放線滑車的研制［J］.電力建設，2010，31（2）：106－110.

［2］ 徐守琦，劉凱，易明陽.特高壓雙牽引走板的研制［J］.電力建設，2010，31（3）：102－105.