高壓輸電導線張力檢測裝置*

黃世明， 戴錦春， 巫世晶

(武漢大學 動力與機械學院，湖北 武漢 430072)

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高壓輸電導線張力檢測裝置*

黃世明， 戴錦春， 巫世晶

(武漢大學 動力與機械學院，湖北 武漢 430072)

在高壓輸電線路上，拉力傳感器不便于直接安裝。為解決這一問題，提出并設計了一種導線張力的檢測裝置。該裝置采用摩擦夾緊，能在不斷電的情況下方便地安裝在高壓輸電線路上，通過拉壓力傳感器實現對輸電線路張力的測量。試驗研究分析表明：測力裝置能承受高壓輸電導線的張力，不產生機械滑動，工作過程中對導線無損傷，不影響導線的運行狀態。

輸電導線； 張力； 檢測裝置

0 引 言

在高壓輸電導線的舞動研究中，在特定的條件下需要對導線的張力[1,2]進行實時監測，目前的監測輸電導線的張力的主要方法有監控設備視頻觀察法和弧垂監測法[3]。但是這兩種監測裝置都是間接的測量，且成本高，同時具有惡劣條件下工作不穩定，監測數據難以處理以及檢測可靠性較低等缺點。因此，急需要一種結構簡單、操作方便、直接測量導線張力的低成本裝置來測量導線張力。

為降低環境因素對檢測的影響，提高檢測可靠性，降低檢測難度，本文設計一種直接安裝在導線上的張力檢測裝置。通過拉力傳感器直接測量并采集導線張力，工作穩定，測量結果真實可靠。

1 檢測裝置

1.1 檢測裝置的結構

高壓輸電導線張力檢測裝置二維總裝圖如圖1所示，該裝置主要由上內襯夾頭、下內襯夾頭、夾頭外套、拉力傳感器、連接拉桿以及必要的螺桿、螺母、墊圈、鍵等零部件構成。

圖1 檢測裝置結構圖Fig 1 Structure chart of measurement device

檢測裝置的上內襯夾頭上設有兩個螺栓安裝孔，下內襯夾頭設有螺紋孔，通過墊圈和螺栓夾緊輸電導線。夾頭外套的兩端設有連接拉桿的安裝孔，安裝孔內設有鍵槽，安裝孔與連接拉桿間隙配合，連接拉桿末端設有鍵槽，通過鍵連接與夾頭外套進行周向定位，鍵與鍵槽采用過渡配合。

該檢測裝置的主要有以下特點：

1)內襯夾頭和夾頭外套的結構便于安裝。內襯夾頭采用高強度軟材料，分為上下兩部分，通過螺栓連接，可以方便地將導線夾在中間，且在內襯夾頭內壁設有極細防滑細紋，增加接觸面粗糙度，提高加持穩定性。夾頭外套采用高強度鋼，在夾頭外套上設計了一條軸向開口，通過該開口將導線塞入，夾頭外套便可沿導線移動并套住內襯夾頭。內襯夾頭和夾頭外套的結構實現了不斷電情況下將該檢測裝置安裝。

2)內襯夾頭外壁和夾頭外套內壁采用錐面，且錐度相同。內襯夾頭對導線的夾持是利用摩擦學原理，內襯夾頭會對導線施加一個預緊力，但僅憑預緊力無法滿足夾持穩固的要求，因為導線的張力是隨著環境等因素變化的，而預緊力是不變的，當導線張力超過了預緊力產生的摩擦力，內襯夾頭便會在導線上滑動，失去了夾持作用。采用錐面可以對導線施加一個隨導線張力變化而變化的壓力，保證了在導線張力增大的情況下，內襯夾頭依然能對導線夾持穩固。同時二者錐度相同，能保證它們之間良好的配合，盡量減小間隙，避免在惡劣環境下二者發生振動、相互撞擊，影響檢測結果。

3)連接拉桿與夾頭外套采用鍵連接。連接拉桿的作用是將兩端夾頭外套連接，承受導線張力，這就要求二者之間的連接穩定可靠，不允許松動。該裝置工作環境的復雜性，多變性，容易引發裝置自身的振動。對于螺紋連接，雖然結構簡單，安裝方便，但是只能承受單向扭矩，在振動的情況下容易發生松動。對于鍵連接，有很好的周向定位效果，也可以承受一定扭矩，所以，在振動情況下可以保證連接拉桿和線夾體之間沒有相對轉動，同時在軸向上有螺桿帽的定位，并配合使用螺紋連接，確保連接拉桿和夾頭外套之間的連接穩固性。

1.2 檢測裝置的工作原理

將該檢測裝置安裝在待測線路上，首先將帶有螺桿帽一側的上內襯夾頭和下內襯夾頭固定在輸電導線上，然后將連接拉桿安裝在該側的夾頭外套上，并用夾頭外套套住內襯夾頭，在連接拉桿上面安裝拉力傳感器。同理在適當的位置安裝另一側的內襯夾頭和夾頭外套，最后通過雙螺母與連接拉桿固連，完成整套裝置的安裝。通過調節雙螺母可以改變兩個夾頭外套之間導線所受的拉應力，同時雙螺母結構可以用來防松，能夠保證拉力傳感器的零點狀態穩定不變，避免影響測量的準確性。安裝完畢之后，擰緊雙螺母，使得兩內襯夾頭之間的導線松弛，其張力為零，此時導線的張力全部由兩連接拉桿承受。這樣，導線的張力有效地轉移到連接拉桿上，通過該裝置便可直接測量出導線的張力。

2 試驗分析

為了檢驗該裝置是否滿足實際要求，需要對其進行試驗分析。由于該檢測裝置主要受到拉力作用，而且工作在高壓環境，所以對其進行了拉力試驗和高壓試驗。

2.1 拉力試驗

對檢測裝置進行拉力試驗的目的有兩個：一是檢驗該裝置是否具有足夠強度，保證在一定拉力下不會變形損壞，依然能夠正常工作；二是線夾對導線的夾持會施加一定壓力，檢驗在該壓力的作用下，是否會對導線造成損傷。

用拉力機檢驗裝置的抗拉強度。試驗對象為LGJ—240/30鋼芯鋁絞線，鋁線共有24根，橫截面積為240 mm2，抗拉強度153.9 N/mm2，鋼線共有3根，橫截面積30 mm2，抗拉強度1 244 N/mm2。將裝置安裝在導線試樣上，然后將導線兩端夾持在拉力機上。用拉力機不斷施加拉力，模擬導線的張力，創造近似的工作狀態，觀察該裝置的工作情況。該實驗并非破壞試驗，而只是驗證裝置的抗拉強度能否滿足工作需求，所以只將拉力不斷增加至4 T，實驗結果記錄如表1所示。在整個試驗過程中該裝置工作狀態良好，沒有出現與導線相對滑動的現象，夾持比較穩固，而且裝置的各零件沒有損壞現象，抗拉強度足以適應實際檢測環境。同時通過試驗確定內襯夾頭內壁的防滑細紋的寬度和間距，保證夾持穩固且對導線表面無損傷。在工作狀態下，該裝置不會對導線造成破壞。

表1 拉力試驗結果記錄

2.2 高壓試驗

高壓電氣設備一旦發生放電，就會產生紫外線，較微弱的放電，也可以通過紫外成像儀捕捉到，即凡是有外部放電的地方都能用紫外成像儀觀察到電暈[4]。電暈是極不均勻電場中存在的一種自持放電現象，伴有可聽噪聲、無線電干擾、電暈損失、臭氧等效應[5]。交流輸電系統的工程設備電暈特性關系到系統對環境的影響和線路的電暈損失，同時對輸電系統的運行控制和工程造價都有影響[6]。

該檢測裝置需要安裝在高壓輸電導線上進行長期工作，就要求減少其電暈特性對高壓輸電線路的影響，因此，對該裝置進行高壓試驗有重要意義。

本試驗的目的是檢驗該裝置的電暈特性對高壓輸電線路的影響情況。根據該裝置應用環境的輸電電壓，在試驗過程中，將電壓升高到220 kV，可以觀察到如圖2所示的試驗結果，高壓輸電線路自身設備產生明顯放電現象，而該檢測裝置周圍幾乎觀察不到放電現象，試驗結果為導線金具電暈較明顯，檢測裝置電暈微弱、不明顯。結果表明該檢測裝置對高壓輸電線路的影響較小。

圖2 高壓試驗現場Fig 2 Scene of high-voltage test

3 結束語

試驗結果表明：導線張力檢測裝置安裝方便，夾持穩定可靠，能承受導線張力，不會對導線造成損壞。能夠在不影響輸電線路正常運行的情況下，實現張力檢測功能。檢測裝置與傳統導線張力測量方法相比，其最大的優點在于能直接測量導線張力，結果更為準確可靠。另外該裝置可以應用到不同的輸電線路，根據待測線路的結構參數來修改該裝置的結構參數，就可以實現對其它輸電線路的檢測。

[1] 王 劍.架空導線張力監測系統的設計與實現[D].保定：華北電力大學，2013:1-4.

[2] 朱寬軍，劉超群，任西春.架空輸電線路舞動時導線動態張力分析[J].中國電力，2006， 38(10):40-44.

[3] 王 彥，樂 濱.一種在線監測導線舞動的張力測量系統的設計[J].湖北大學學報:自然科學版， 2014，36(6):548-551.

[4] 謝 梁，谷莉莉，鄭懷清，等.特高壓交流剛性跳線金具電暈試驗[J].高電壓技術，2009 (3):470-474.

[5] 蔣興良，黃 俊，董冰冰，等.霧水電導率對輸電線路交流電暈特性的影響[J].高電壓技術，2013，39(3):636-641.

[6] 萬啟發，陳 勇，謝 梁，等.特高壓交流輸變電工程設備的電暈試驗[J].高電壓技術，2007， 33(3):14-16.

巫世晶，通訊作者， E—mail：wsj@whu.edu.cn。

Tension measurement device of high-voltage transmission lines*

HUANG Shi-ming, DAI Jin-chun, WU Shi-jing

(School of Power and Mechanical Engineering,Wuhan University,Wuhan 430072,China)

While measuring tension of lines,it's not convenient to install tension sensor directly.In order to solve this problem,a tension measuring device is designed.The device adopts friction clamping,and it can be installed on transmission lines easily without power off.The tension of transmission lines can be measured by tension sensor.Experimental study and analysis prove that the device can sustain tension of high voltage transmission lines without mechanical sliding,without damage to lines in operation process and without influences to running state of lines.

transmission lines; tension; measurement device

2015—11—11

國家自然科學基金資助項目(51375350)

10.13873/J.1000—9787(2016)10—0080—02

TH 122； TH 823

A

1000—9787(2016)10—0080—02

黃世明(1991-)，男，河南信陽人，碩士研究生，主要從事機電工程及測試系統的研究。