国网江西省电力有限公司南昌供电分公司南昌430006
摘要：拉线是架空线路施工人员杆塔上作业安全的重要防护手段。现场施工作业时施工人员往往凭借经验盲目进行拉线设置，缺乏有效的拉线安全性检测和监控手段，易导致安全事故的发生。本文提出杆塔拉线安全性测试仪，通过一体化张力及角度测量传感器实现张力和角度检测，根据现场拉线、环境参数整定拉线张力安全限值，结合测试值进行分析，实现安全预警，预防倒塔事故的发生，该装置采用可开口安装方式，无需拆解拉线，具有安装方便、操作简单、携带便捷的特点，具有较高的工程应用价值。
关键词：拉线张力角度传感器预警
0引言
架空线路上的拉线是用于平衡杆塔承受的导线的张力，时刻都在保护着电网安全稳定运行，一旦拉线受到破坏或将造成电网事故[1]。如果拉线与地面的倾角太大，则会使拉线承受的力大大增加，影响线路安全运行；如果拉线与地面倾角太小，则会使拉线承受的力要大大减小，造成杆塔倾斜，所以张力拉线与地面的倾角一般以45°为宜[2]。拉线张力过小，则杆塔横向位移约束不足，导致杆塔的整体稳定性下降。其直接不利影响包括大风等横向荷载会对整塔造成超出设计允许的位移和冲击；塔身倾斜超出允许值，整塔承受较大的偏心负荷；加剧覆冰、有风条件下的线塔互动和导线舞动、金具磨损。拉线张力过大，则杆塔主柱压力过大，导致杆塔的强度下降。严重时，在正常的运行状态下，部分关键构件发生严重变形，且该变形不可逆，说明构件进入塑性变形阶段，杆塔强度因拉线张力过大受力被削弱。因此在施工和运行维护过程中，准确调整杆塔拉线的张力至设计值是杆塔保持自身稳定的关键[3,4]。
目前在输配电线路拉线的施工、维护、检修等工作中，存在着施工工艺不规范，运行维护方法不正确等问题，使施工作业过程存在较大的安全隐患。施工作业人员杆塔进行施工紧线放线过程中，导线张力会发生变化，若拉线施工不规范，可能导致拉线起不到平衡张力的作用，严重时导致倒塔。以往在杆塔施工、维护过程中，由于缺乏相应的拉线参数检测手段，施工和运行人员多依靠经验感知拉线的松紧，完成拉线的设置和调整工作，极易导致安全生产事故的发生[5,6]。
1装置研制
1.1总体设计思路
拉线安全检测装置分为现场测量装置和手持终端，现场测量装置采用在拉线上安装内置张力传感器和角度传感器的一体化传感器，对拉线张力和角度进行参数采集，并通过无线传输的方式将数据发送至手持终端，手持终端能够获取杆塔拉线的张力及角度值，对拉线状态进行计算分析，当出现异常时进行报警。现场测量装置安装示意图如图1所示。
图1现场测量装置安装示意图
1.2硬件系统框图
现场测量装置包括传感器、AD采集模块、存储模块、12864液晶显示屏、单片机、电源模块、无线发射模块和报警模块。单片机采用意法半导体（ST）公司的32位ARM微控制器STM32F103，硬件系统框图如图2所示。
1.3张力及角度传感器
张力传感器采用基于“三点弯曲法”原理的张力角度传感器，其原理图如图3所示。
张力传感器包括夹紧部、结构本体和应力感应元件，夹紧部与结构本体可拆卸地螺纹连接，并产生向下的压力，结构本体两端开设有允许拉线通过的弧形导槽，夹紧部夹紧拉线并使其接触结构本体的弧形导槽的表面，应力感应元件感应拉线的张力变化并输出电信号。安装时，拆下夹紧部，使拉线卡在弧形导槽上，再装上夹紧部并拧紧，便可完成安装。应力感应元件是利用具有压阻效应的半导体材料作为敏感元件，用ISO技术将半导体材料的敏感芯片封装在不锈钢波纹膜片的结构本体中，在不锈钢波纹膜片和芯片之间充有硅油。
张力传感器的工作原理为：当拉线张力作用于波纹膜片上使其中的硅油受压，硅油将膜片的压力传递给半导体芯片。芯片受压后使其电阻值发生变化，电阻信号通过引线引出。不锈钢波纹膜片结构本体受到压力并保护芯片。电阻信号的引线接入惠斯通电桥中。当敏感芯片没有外加压力作用时，电桥处于平衡状态(称为零位)当受压后芯片电阻发生变化，电桥失去平衡，在给电桥施加电压电源的情况下，电桥输出与压力对应的电信号并输出。拉线张力的计算方法如下：
倾角传感器采用SCA100T，集成度较高，能够内置于张力传感器腔体底部构成一体式传感器，无需拆解拉线的安装方式极大地简化了使用的便捷性，方便现场施工人员安装，同时倾角传感器固定在旁压式张力传感器腔体底部，使倾角传感器和拉线保持一条线，增加了测量精度。
1.4电源模块
电源模块包括传感器供电电源和单片机供电电源两部分，传感器供电电源如图4（a）所示，包括集成的开关型电压转换器A1205S模块，输入电压12伏，输出电压为正负5伏，为AD采集模块放大器供电；还包括电压基准模块MAX6350，输入电压范围为8伏至36伏，输出电压5伏，为传感器提供电源，通过使用电压基准为传感器供电相对传统的电源供电，可以大大降低电源纹波噪声对信号传感器输出信号不稳定的影响，提高信号传感器输出信号线性度和稳定性。
单片机供电电源如图4（b）所示。采用同步降压/升压型转换器LTC3536为主电源芯片，具有单电感器降压/升压脉宽调制器拓扑结构，转换效率高达95%，将5伏输入电压转换为3.3伏，为单片机供电。
2现场应用
2018年6月1日将研制的样机应用于国网南昌供电公司10kV配网检修作业中，测定拉线设置是否满足安全性作业要求。
拉线角度测量为67.1°。被测架空线路拉线采用镀锌钢绞线，型号为GJ-50，根据钢绞线物理参数知，当张力超过57.86kN时会出现导线断裂的问题。当前张力值4.6kN且在杆上作业时未发生张力值突变，判定拉线能够得到安全防护作用。而在配网施工中规程要求拉线设置角度取值30°至60°，故被测拉线角度设置不符合规程要求。
3结论
在进行杆上施工作业中，由于缺乏拉线参数测量，仅凭借施工人员经验判定，若拉线设置不合理，盲目登杆作业容易引发安全生产事故；该手持仪通过设置拉线张力值、倾角上下限报警值，当检测到拉线张力值达到设定值触发报警，提醒施工检修人员立即停止施工，防止安全事故发生，对于工程施工具有较强的应用价值。
参考文献
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