拉力传感器在输电线路工器具作业中的应用研究

2021-06-10张洪猛潘华彬

中国设备工程 2021年10期

张洪猛，潘华彬

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司贵阳局，贵州贵阳 550000）

在输电线路检修中，很多受力工具在受力时都是根据受力公示计算出力的大小，并根据力的大小来选用相对安全的工器具。在检修现场检查工器具受力后是否仍正常，但由于工器具本身都有一定的安全系数，根据以往的检查方法，工器具即使超过了所算出的力的大小，也很难通过肉眼发现工器具的变化。特别是在更换耐张绝缘子串以及架空地线抢修工作时，过牵引往往会导致工器具损坏地线或绝缘子串掉落。基于此，研究一种拉力传感器并将之应用到输电线路工器具作业中，利用传感器来精确测量力的大小，然后，再将测量出的力值显示到拉力传感器的显示屏上，就可以有效解决以往工器具作业检修中难以把握工器具因受力而发生的细微变化的问题，有助于工作人员更好地掌握工器具受力并进一步提升现场施工的安全性。此处就主要针对这种拉力传感器的设计与应用展开探讨。

1 拉力传感器的总体设计思路

在现代输电线路检修中，受力工具的受力基本仍是依靠受力公式进行计算。这种受力获取方式虽然能够得到受力的具体情况并针对性选择合适的工器具，但实践中工器具的实际受力往往很难把握，如一些超过受力范围的情况所引发的工器具本身的细微变化是工作人员靠肉眼很难发现的。但这种超出受力范围的情况，又容易影响施工安全，所以在现代科技飞速发展的情况下，输电线路工器具作业同样需要有相应的现代化装置提供支撑。

拉力传感器就是基于现代无线通信技术、传感器技术等而产生的一种可以被应用于输电线路工器具作业中受力测量的设备。从原理上讲，拉力传感器通过拉力报警器测量，并在操作端安装液晶显示屏方便操作人员实时监测工器具受力大小，另外，通过无线通讯将力的大小发送至数据接收器上，方便工作负责人及时掌握工器具的受力情况。拉力传感器这些功能的实现，无疑将对输电线路工器具作业过程中实时监控工器具受力起到积极作用，进而有助于输电线路检修施工过程安全性的提升，更好地提升我国电力工作检修的整体水平。

2 拉力传感器的设计

此处笔者设计了一款便携式拉力传感器，其具体设计内容如下：

2.1 拉力报警器参数

（1）量程：10000Kgf（10t）；

（2）分辨率：1Kgf（1kg）；

（3）载荷方式：拉；

（4）显示：1.3寸OLED屏，分辨率128×64；

（5）按键：4个轻触按键，完成开关机、报警值和校准设置；

（6）供电：内置8.4V锂离子充电电池，充满后可连续工作8小时；

（7）通讯：2.4GHz无线通讯，开阔地通讯距离大于100米；

（8）报警：报警值按需设置，报警时蜂鸣器鸣叫，指示灯闪烁。

2.2 数据接收器参数

（1）显示：7寸彩色液晶触摸屏，分辨率800×480；

（2）通讯：2.4GHz无线通讯，开阔地通讯距离大于100米；

（3）记录：以TXT文本文件格式将测量数据记录至Micro SD卡；

（4）供电：内置8.4V锂离子充电电池，充满后可连续工作8小时；

（5）报警：可设置报警值，报警时蜂鸣器鸣叫和显示相关提示。

2.3 装置结构设计

装置在工器具受力工具上通过U型环连接，拉力报警器大量程：10000Kgf（10t），超过最大量程时进行自动报警。报警值按需设置，报警时蜂鸣器鸣叫，指示灯闪烁。装置开关机：关机状态下长按开关机（OK）键开机；测量状态亮屏时下长按开关机（OK）键关机。单位切换：短按设置（UNIT）键进入单位切换状态，按位移（DISP）键选择测量值显示单位，按OK键确认。查看峰谷值：测量状态下短按位移（DISP）键切换显示峰值、谷值、实时值。测量值置零/刷新峰谷值：实时测量值显示状态下短按增值（ZERO）键可将测量值清零，峰谷值状态下短按增值（ZERO）键刷新峰谷值。注意：置零必须在拉力报警器空载状态时操作，否则，将影响测量结果的准确度。息屏与唤醒：无操作3分钟后，报警器息屏；息屏状态下按任意键或报警时唤醒屏幕。注意：息屏时屏幕被关闭，指示灯亮，报警器正常工作。关机时屏幕和指示灯均为熄灭状态，报警器停止工作。使用时，必须确认报警器为息屏或关机状态，避免测量状态报警器未开机或使用完毕未关机。报警提示：无报警时，指示灯为绿色亮；报警时蜂鸣器鸣叫，屏幕显示报警箭头，指示灯为红色。整个装置的外观设计如图1所示。

图1 拉力传感器外观设计图

3 拉力传感器在输电线路工器具作业中的应用

3.1 拉力传感器在输电线路工器具受力检测中的应用

该拉力传感器最直接的作用就是测量输电线路工器具作业中所产生的受力。在这方面的应用，拉力传感器主要通过拉力报警器对作业过程中工器具受力情况进行测试。拉力报警器可以基于传感器对受力进行感应，然后再将感应到的受力通过数据接收器转换成具体的受力值。由于传感器本身具有较强的灵敏性，对细微拉力变化都能够产生反馈信息，所以其可以被用来精确地测量输电线路工器具作业过程中的细微受力变化。此外，拉力报警器在测量过程中运用电子技术，无须工作人员进行人工计算，从而在极大程度上降低了工作人员的工作量，提高了工器具作业效率。

3.2 拉力传感器在工器具受力显示中的应用

在测量出工器具作业过程中的受力情况后，要让工作人员准确掌握受力数据，则需要能够对测量数据进行显示。该拉力传感器装置运用数据接收器能够通过无线通信部件对测量数据进行传输，然后在显示屏上对测量数据进行显示。此外，该拉力传感器可根据现场工具受力情况设置报警数值大小，数据接收器在无操作5分钟后自动息屏，触摸屏幕或报警器报警时唤醒屏幕。息屏时运行指示灯闪烁，能够提醒工作人员注意区分息屏与关机，以免造成测量过程中未开机或测量完成后未关机现象。拉力传感器的显示功能极大地解决了工器具作业时工作人员对工器具受力难以准确掌握的问题，有助于提升作业过程的规范性与科学性。

3.3 拉力传感器在输电线路工器具作业中应用的价值

拉力传感器应用的目的在于提高线路检修的安全性问题，同时，也为线路大型检修积累拉力数值的经验。在经济效益方面，拉力传感器装置可以有效保护工器具过荷载受损。例如，进口NGK6t6m长的葫芦市场价大约2.8万元一把，在超荷载工作时可能造成链条崩断损坏无法修复的情况，另外，再加上现场作业人员差旅费、民工费以及车辆费用单次减少的费用可达3万元左右。在社会效益方面，拉力传感器的应用一是提高工作效率显著，大大降低了人为作业风险；二是缩短了作业时间，提高了作业的安全性，缩短了停电时间，保证了电网安全稳定运行。可进一步小型化优化应用，具有较大的市场推广应用空间。