导地线自动压接及检测控制装置分析

花 庄，吴玉梁，凌田扬，吴良泉，蔡立栋

（国网浙江云和县供电有限公司，浙江 丽水 323600）

0 引 言

输电线路施工过程涉及多种不同类型的施工工艺，其中导地线的压接是评估输电线路施工质量的重要指标，也是影响输电线路后期运行是否可靠的关键因素。传统的输电线路导地线压接工作量较大，由于是人工操作，在测量过程中可能会出现尺寸偏差问题。随着现代自动化控制技术的发展，自动化控制检测技术可以应用于导地线压接控制装置的设计和开发[1]。通过压接一体装置的设计，可以将导地线的压接过程进行标准化操作，确保压接质量，保证线路安全可靠运行。

1 导地线自动压接及检测控制装置应用的必要性

在实际输电线路导地线施工中，常用的施工方法有液压连接施工、爆破压接施工以及机械钳压施工等。这些施工方式在目前的输电线路导地线压接中得到了广泛应用，但是相对传统。这些输电线路导地线压接过程的施工需要2人配合进行，涉及导地线划印、外层导线剥削、更换磨具、液压区控制以及液压值控制等操作[2,3]。由于操作程序较为烦琐、复杂，难以实现压接过程的自动化、标准化施工。本文针对传统人工压接管存在的错压不压区、钢锚弯曲、钢锚压接尺寸不足、钢锚尺寸超标以及压力不满足等问题，研究开发了1种导地线压接校正及压力检测控制装置，可以解决输电线路导地线压接施工时间长、效果不佳、作业风险高、需要反复压接校正等问题。

2 导地线自动压接及检测控制装置分析

2.1 导地线自动压接的基本原理

为了实现输电线路导地线的自动压接，可以采取单片机控制技术。首先，压接操作人员在上位机的监控画面设置压接直径和移动次数等关键参数。其次，将设置完毕的参数发送到下位机，控制步进电机的工作状态。最后，步进电机接收到指令后，推动压钳按照设定的参数进行移动，待达到设定的位置后，开始自动压接。要关注压接过程中的数据变化情况，也可以发送给操作人员查看，以更好地监控压接过程质量。

2.2 导地线自动压接及检测控制装置中压接尺寸测量技术

在导地线自动压接过程中，如果操作人员操作不当，会导致压接在尺寸上出现误差，影响导地线的压接质量，因此需要准确测量具体的压接尺寸[4]。X射线成像技术在实际工业中应用时间较长，且在长期应用过程中积累了丰富的技术经验，检测精度较高，可以用于导地线压接尺寸的检测，检测原理如图1所示。

图1 导地线压接尺寸的检测原理

从导地线压接尺寸的检测原理图中可以看出，检测主要由成像环节、图像处理环节以及其他辅助设施组成。尺寸检测工作站通过控制电缆和探测器相连，实现对探测器数据的提取。

3 导地线自动压接装置中的控制技术分析

3.1 压力控制的原理

在输电线路导地线的压接过程中，压接钳的应用会产生一定的压力，并且会影响导地线的压接效果，因此有必要检测压接过程中的压力和自动化控制。对于压接压力的检测，需要采用压力变送器并将其设置在取压口处，而取压口可以设置在管道的侧面。压力变送器采用惠斯通电桥检测原理，根据压阻效应产生差动电压信号，之后利用放大器将信号转换成模拟电压信号[5,6]。采用单片机技术将采集的电压信号输入到单片机控制系统进行计算，并输出计算处理结果。图2为导地线压接过程中的压力控制原理。

图2 导地线压接过程中的压力控制原理

从图2可以看出，液压泵的开关可以控制电动推杆。由于液压泵与压接钳相互连接，当导地线到达相应位置后，利用单片机就可以控制液压泵的开启，实现对导地线的压接。

3.2 控制算法的选择及步进电机的控制

在整个导地线压接的压力控制过程中，控制算法对于压接压力控制的效果具有直接影响，因此应合理选择控制算法，以便取得较好的压力控制效果。可以采取比例-积分-导数（Proportion-Integral-Differential，PID）控制算法，通过比例、微分、积分等环节分析偏差量，合理控制输出量，在实际应用中效果良好。

选好控制算法后，可以编写程序来实现算法，并且将程序嵌入步进电机，实现对导地线压接移动的控制。在步进电机中，电机系统需要和控制系统相互配合运行，才能够保证步进电机的各项功能得到正常发挥。驱动器是步进电机的关键组成部分，可以向电机发出脉冲信号，将其转化为角位移后就可以将控制命令下发到步进电机中的执行机构[7]。因此，控制好步进电机驱动器中的电流，使步进电机保持平衡。

对于步进电机的转动，停止的位置取决于单片机给电机的脉冲数和频率值。旋转的角度是按照一定的角度来运行的，可以通过脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM）来控制脉冲的个数从而控制角旋转的位移，以达到准确旋转的目的。在速度选择方面，可以通过脉冲频率来加速或者减速电机的运行。步进电机的步进值不受电压大小、电流数值、温度变化以及波形变化等因素限制[8,9]。虽然步进电机每转动一定的角度会与理论存在误差，但是每转动1圈产生的误差不会累计。图3为电机驱动子程序流程。

图3 电机驱动子程序流程

步进电机会根据单片机发送的指令判断是正传还是反转，转动的速度用PWM脉冲来确定。步进电机在工作时是需要驱动的，因为电路中的电流也较小，步进电机必须要有控制单元，所以需要采用驱动芯片进行控制和处理。

本导地线自动压接及检测控制系统的电机驱动子程序如下文所述。

3.3 导地线压接质量的检测

在输电线路导地线的压接过程中，加强压接质量的检测，对于确保导地线压接完成质量具有重要作用。具体的压接过程可能会出现掉线情况，可以采取射线检测方法，以图像的方式展示压接状态，具体的检测原理如图4所示。

图4 导地线压接质量的检测

利用射线检测导地线压接质量，在检测过程中不会对导地线产生损伤，并且能够节约成本[10]。从图4可以看出，当射线经过导地线后，根据穿过区域的厚度和密度情况能够辨别其内部结构是否存在瑕疵，实现对压接质量的检测。

4 结 论

随着电力科技的发展，输电线路施工中可以将先进科技和传统线路施工相结合，优化和升级施工工艺技术，更好地满足现代电力系统对施工工艺的要求。本文对输电线路导地线自动压接及检测控制装置进行系统分析，可以应用于实际的输电线路施工。