電力系統地電位螺栓智能緊固器的研制

歐傳剛，吳志成，金 浩，朱 鵬，徐志科，金 龍

(1.東南大學電氣工程學院，江蘇 南京 210096；2.國網福建省電力有限公司泉州供電公司，福建 泉州 362000)

電力系統地電位螺栓智能緊固器的研制

歐傳剛1，吳志成2，金 浩1，朱 鵬1，徐志科1，金 龍1

(1.東南大學電氣工程學院，江蘇 南京 210096；2.國網福建省電力有限公司泉州供電公司，福建 泉州 362000)

針對傳統螺栓緊固器存在的扭力損耗和不夠智能等問題，介紹了新研制的一種遙控智能螺栓緊固器，闡述了該緊固器的組成模塊及其工作原理，為電力安全生產提供了一種安全智能的新工具。

螺栓緊固器；智能；無線模塊；語音播報

在電力生產中，對跳線引流板等導線側金具螺栓的緊固和緊固情況的檢測需要通過笨重的專用工具，致使作業人員勞動強度大、效率低，作業危險性高；特別是等電位緊固引流設備的松動發熱螺栓時，存在較高的安全風險。為解決這個問題研制了一種智能螺栓緊固器，它可預設扭矩，實時監測扭矩大小，實現地電位緊固或檢測輸電線路帶電側螺栓，避免工作人員在線作業帶來的危險，同時降低了勞動強度，提高了生產效率。

1 螺栓緊固器簡介

1.1 傳統緊固器

現階段螺栓緊固器采用的技術有語音播報技術、無線控制技術和扭矩實時檢測技術。然而采用這些技術的螺栓緊固器主要用于機械行業，在電力行業中還未實現應用。

電力行業中使用的傳統電動螺栓緊固器外形與結構分別如圖1，2所示。該電動螺栓緊固器電動操作桿、電動控制裝置安裝在操作桿頭部(見圖2最左側)，通過絕緣承軸配合，將動力傳輸到操作桿尾部，實現操作桿尾部電動旋轉。采用這種結構的裝置能夠實現對地電位螺栓的遠距離操作，操作者不需要靠近鐵塔即可完成整個操作。但這種結構存在如下問題：

(1)?螺栓緊固器主體在操作者手中，借助于絕緣桿將扭矩傳輸到前端螺栓，會造成扭矩損耗，同時絕緣桿的設計也過于復雜；

(2)?螺栓是否緊固主要依靠操作者的經驗來判斷，不能夠直觀了解到螺栓是否擰緊。

圖1 傳統電動螺栓緊固器外形

圖2 傳統電動螺栓緊固器結構

1.2 遙控智能螺栓緊固器

針對傳統的電動螺栓緊固器存在的一些問題設計了遙控智能螺栓緊固器。該緊固器結構如圖3所示，主要組成部件包括遙控器、絕緣桿、可更換螺栓套筒、緊固器主體、鋰電池。

在實際使用中，遙控器在操作者手上，該螺栓緊固器主體由絕緣桿送入工作位置。絕緣桿通過螺紋連接口和螺栓緊固器連接在一起，并可根據需要加長。與傳統的方法相比，該方法可避免扭力的浪費，同時也可使得扭力的測量更加準確，還能通過語音播報螺栓的緊固程度，更加智能化。遙控智能螺栓緊固器實物如圖4所示。

圖3 遙控智能螺栓緊固器結構

圖4 遙控智能螺栓緊固器實物

2 遙控智能螺栓緊固器功能原理

遙控智能螺栓緊固器主要由無線模塊、直流電機模塊、數據轉換模塊、ARM主芯片數據處理模塊、SD卡模塊、音頻播放模塊等組成(見圖5)。

設備中的無線模塊采用SC2262-IR芯片。這是一種CMOS工藝制造的低功耗低價位通用編碼電路。現場操作時，不需要接觸到現場的帶電裝置，按下遙控器的發射按鈕，即可對直流電機端的無線接收模塊控制繼電器發出指令，使電機正反轉動，達到遠程控制緊固器的目的。

直流電機的電磁轉矩如下:

式(1)中，?CT=pN/2πa，與電機構造有關，對已制成的電機是一個常數；磁通Φ與電壓有關，該螺栓緊固器采用12?V鋰電池供電，可將Φ視為常數。由此得出：該螺栓緊固器的電磁轉矩TM∝Ia，因此只需要采集電機的電流即可反映轉矩的大小。然而由于A/D數據采集系統只能采集電壓值，所以必須將電流轉化為電壓。在設備中采用TBC06DS電流傳感器實現此功能，該傳感器輸出電壓與電流的關系如下：

ARM芯片的A/D數據采集系統只能采集0～3.3?V的電壓，電壓過大會燒壞芯片。所以，在A/D采集前添加一個運放電路，以減小電壓，見式(3)：

采取上述方法可測量更多的電壓值，ARM主芯片可采集更多數據，使得設備更加完善。

圖5 智能螺栓緊固器系統組成

微處理器采用的ARM主芯片是LPC1768芯片，可將A/D采集的數據和預設扭矩值進行比較。當采集的數據大于預設扭矩值時，ARM通過I2C總線讀取SD卡內預存的語音，并把音頻信息轉化后通過D/A輸出。外設電路則通過功放來驅動喇叭，播放音頻，提示工作人員停止緊固。

3 結束語

使用該遙控智能螺栓緊固器后，作業人員無需在線作業，即可安全、可靠地實現電力系統地電位螺栓緊固。

1?Ruediger?Kroh．會說話的螺栓緊固裝置[J].現代制造，2005(9).

2?王??堃，成??曄，趙??奔．可記錄緊固信息的定扭矩扳手[J]．工具技術，2002(7).

3?黃建國，孫克儉．螺栓緊固機的智能控制設計[J]．電子科技，2005(6).

4?王衛東，李旭瓊．模擬電子技術基礎(第2版)[M]．北??京：電子工業出版社，2010.

金??浩(1987-)，男，碩士研究生，主要從事軟件工程的研究。

朱??鵬(1989-)，男，碩士研究生，主要從事電力系統及其自動化方面的研究。

徐志科(1978-)，男，副教授，主要從事電氣設備運行檢測、電機驅動控制方面的研究。

金??龍(1965-)，男，教授，主要從事超聲波電機結構設計、驅動、伺服控制等方面的研究。

2014-02-12。

歐傳剛(1990-)，男，碩士研究生，主要從事電力系統及其自動化方面的研究，email：ouchuangang@sina.cn。

吳志成(1967-)，男，工程師，主要從事高壓帶電檢修方面的工作。