導地線自動壓接及檢測控制裝置分析

花 莊，吳玉梁，凌田揚，吳良泉，蔡立棟

（國網浙江云和縣供電有限公司，浙江 麗水 323600）

0 引 言

輸電線路施工過程涉及多種不同類型的施工工藝，其中導地線的壓接是評估輸電線路施工質量的重要指標，也是影響輸電線路后期運行是否可靠的關鍵因素。傳統的輸電線路導地線壓接工作量較大，由于是人工操作，在測量過程中可能會出現尺寸偏差問題。隨著現代自動化控制技術的發展，自動化控制檢測技術可以應用于導地線壓接控制裝置的設計和開發[1]。通過壓接一體裝置的設計，可以將導地線的壓接過程進行標準化操作，確保壓接質量，保證線路安全可靠運行。

1 導地線自動壓接及檢測控制裝置應用的必要性

在實際輸電線路導地線施工中，常用的施工方法有液壓連接施工、爆破壓接施工以及機械鉗壓施工等。這些施工方式在目前的輸電線路導地線壓接中得到了廣泛應用，但是相對傳統。這些輸電線路導地線壓接過程的施工需要2人配合進行，涉及導地線劃印、外層導線剝削、更換磨具、液壓區控制以及液壓值控制等操作[2,3]。由于操作程序較為煩瑣、復雜，難以實現壓接過程的自動化、標準化施工。本文針對傳統人工壓接管存在的錯壓不壓區、鋼錨彎曲、鋼錨壓接尺寸不足、鋼錨尺寸超標以及壓力不滿足等問題，研究開發了1種導地線壓接校正及壓力檢測控制裝置，可以解決輸電線路導地線壓接施工時間長、效果不佳、作業風險高、需要反復壓接校正等問題。

2 導地線自動壓接及檢測控制裝置分析

2.1 導地線自動壓接的基本原理

為了實現輸電線路導地線的自動壓接，可以采取單片機控制技術。首先，壓接操作人員在上位機的監控畫面設置壓接直徑和移動次數等關鍵參數。其次，將設置完畢的參數發送到下位機，控制步進電機的工作狀態。最后，步進電機接收到指令后，推動壓鉗按照設定的參數進行移動，待達到設定的位置后，開始自動壓接。要關注壓接過程中的數據變化情況，也可以發送給操作人員查看，以更好地監控壓接過程質量。

2.2 導地線自動壓接及檢測控制裝置中壓接尺寸測量技術

在導地線自動壓接過程中，如果操作人員操作不當，會導致壓接在尺寸上出現誤差，影響導地線的壓接質量，因此需要準確測量具體的壓接尺寸[4]。X射線成像技術在實際工業中應用時間較長，且在長期應用過程中積累了豐富的技術經驗，檢測精度較高，可以用于導地線壓接尺寸的檢測，檢測原理如圖1所示。

圖1 導地線壓接尺寸的檢測原理

從導地線壓接尺寸的檢測原理圖中可以看出，檢測主要由成像環節、圖像處理環節以及其他輔助設施組成。尺寸檢測工作站通過控制電纜和探測器相連，實現對探測器數據的提取。

3 導地線自動壓接裝置中的控制技術分析

3.1 壓力控制的原理

在輸電線路導地線的壓接過程中，壓接鉗的應用會產生一定的壓力，并且會影響導地線的壓接效果，因此有必要檢測壓接過程中的壓力和自動化控制。對于壓接壓力的檢測，需要采用壓力變送器并將其設置在取壓口處，而取壓口可以設置在管道的側面。壓力變送器采用惠斯通電橋檢測原理，根據壓阻效應產生差動電壓信號，之后利用放大器將信號轉換成模擬電壓信號[5,6]。采用單片機技術將采集的電壓信號輸入到單片機控制系統進行計算，并輸出計算處理結果。圖2為導地線壓接過程中的壓力控制原理。

圖2 導地線壓接過程中的壓力控制原理

從圖2可以看出，液壓泵的開關可以控制電動推桿。由于液壓泵與壓接鉗相互連接，當導地線到達相應位置后，利用單片機就可以控制液壓泵的開啟，實現對導地線的壓接。

3.2 控制算法的選擇及步進電機的控制

在整個導地線壓接的壓力控制過程中，控制算法對于壓接壓力控制的效果具有直接影響，因此應合理選擇控制算法，以便取得較好的壓力控制效果。可以采取比例-積分-導數（Proportion-Integral-Differential，PID）控制算法，通過比例、微分、積分等環節分析偏差量，合理控制輸出量，在實際應用中效果良好。

選好控制算法后，可以編寫程序來實現算法，并且將程序嵌入步進電機，實現對導地線壓接移動的控制。在步進電機中，電機系統需要和控制系統相互配合運行，才能夠保證步進電機的各項功能得到正常發揮。驅動器是步進電機的關鍵組成部分，可以向電機發出脈沖信號，將其轉化為角位移后就可以將控制命令下發到步進電機中的執行機構[7]。因此，控制好步進電機驅動器中的電流，使步進電機保持平衡。

對于步進電機的轉動，停止的位置取決于單片機給電機的脈沖數和頻率值。旋轉的角度是按照一定的角度來運行的，可以通過脈沖寬度調制（Pulse Width Modulation，PWM）來控制脈沖的個數從而控制角旋轉的位移，以達到準確旋轉的目的。在速度選擇方面，可以通過脈沖頻率來加速或者減速電機的運行。步進電機的步進值不受電壓大小、電流數值、溫度變化以及波形變化等因素限制[8,9]。雖然步進電機每轉動一定的角度會與理論存在誤差，但是每轉動1圈產生的誤差不會累計。圖3為電機驅動子程序流程。

圖3 電機驅動子程序流程

步進電機會根據單片機發送的指令判斷是正傳還是反轉，轉動的速度用PWM脈沖來確定。步進電機在工作時是需要驅動的，因為電路中的電流也較小，步進電機必須要有控制單元，所以需要采用驅動芯片進行控制和處理。

本導地線自動壓接及檢測控制系統的電機驅動子程序如下文所述。

3.3 導地線壓接質量的檢測

在輸電線路導地線的壓接過程中，加強壓接質量的檢測，對于確保導地線壓接完成質量具有重要作用。具體的壓接過程可能會出現掉線情況，可以采取射線檢測方法，以圖像的方式展示壓接狀態，具體的檢測原理如圖4所示。

圖4 導地線壓接質量的檢測

利用射線檢測導地線壓接質量，在檢測過程中不會對導地線產生損傷，并且能夠節約成本[10]。從圖4可以看出，當射線經過導地線后，根據穿過區域的厚度和密度情況能夠辨別其內部結構是否存在瑕疵，實現對壓接質量的檢測。

4 結 論

隨著電力科技的發展，輸電線路施工中可以將先進科技和傳統線路施工相結合，優化和升級施工工藝技術，更好地滿足現代電力系統對施工工藝的要求。本文對輸電線路導地線自動壓接及檢測控制裝置進行系統分析，可以應用于實際的輸電線路施工。