拉力傳感器在輸電線路工器具作業中的應用研究

張洪猛，潘華彬

（中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州 貴陽 550000）

在輸電線路檢修中，很多受力工具在受力時都是根據受力公示計算出力的大小，并根據力的大小來選用相對安全的工器具。在檢修現場檢查工器具受力后是否仍正常，但由于工器具本身都有一定的安全系數，根據以往的檢查方法，工器具即使超過了所算出的力的大小，也很難通過肉眼發現工器具的變化。特別是在更換耐張絕緣子串以及架空地線搶修工作時，過牽引往往會導致工器具損壞地線或絕緣子串掉落。基于此，研究一種拉力傳感器并將之應用到輸電線路工器具作業中，利用傳感器來精確測量力的大小，然后，再將測量出的力值顯示到拉力傳感器的顯示屏上，就可以有效解決以往工器具作業檢修中難以把握工器具因受力而發生的細微變化的問題，有助于工作人員更好地掌握工器具受力并進一步提升現場施工的安全性。此處就主要針對這種拉力傳感器的設計與應用展開探討。

1 拉力傳感器的總體設計思路

在現代輸電線路檢修中，受力工具的受力基本仍是依靠受力公式進行計算。這種受力獲取方式雖然能夠得到受力的具體情況并針對性選擇合適的工器具，但實踐中工器具的實際受力往往很難把握，如一些超過受力范圍的情況所引發的工器具本身的細微變化是工作人員靠肉眼很難發現的。但這種超出受力范圍的情況，又容易影響施工安全，所以在現代科技飛速發展的情況下，輸電線路工器具作業同樣需要有相應的現代化裝置提供支撐。

拉力傳感器就是基于現代無線通信技術、傳感器技術等而產生的一種可以被應用于輸電線路工器具作業中受力測量的設備。從原理上講，拉力傳感器通過拉力報警器測量，并在操作端安裝液晶顯示屏方便操作人員實時監測工器具受力大小，另外，通過無線通訊將力的大小發送至數據接收器上，方便工作負責人及時掌握工器具的受力情況。拉力傳感器這些功能的實現，無疑將對輸電線路工器具作業過程中實時監控工器具受力起到積極作用，進而有助于輸電線路檢修施工過程安全性的提升，更好地提升我國電力工作檢修的整體水平。

2 拉力傳感器的設計

此處筆者設計了一款便攜式拉力傳感器，其具體設計內容如下：

2.1 拉力報警器參數

（1）量程：10000Kgf（10t）；

（2）分辨率：1Kgf（1kg）；

（3）載荷方式：拉；

（4）顯示：1.3寸OLED屏，分辨率128×64；

（5）按鍵：4個輕觸按鍵，完成開關機、報警值和校準設置；

（6）供電：內置8.4V鋰離子充電電池，充滿后可連續工作8小時；

（7）通訊：2.4GHz無線通訊，開闊地通訊距離大于100米；

（8）報警：報警值按需設置，報警時蜂鳴器鳴叫，指示燈閃爍。

2.2 數據接收器參數

（1）顯示：7寸彩色液晶觸摸屏，分辨率800×480；

（2）通訊：2.4GHz無線通訊，開闊地通訊距離大于100米；

（3）記錄：以TXT文本文件格式將測量數據記錄至Micro SD卡；

（4）供電：內置8.4V鋰離子充電電池，充滿后可連續工作8小時；

（5）報警：可設置報警值，報警時蜂鳴器鳴叫和顯示相關提示。

2.3 裝置結構設計

裝置在工器具受力工具上通過U型環連接，拉力報警器大量程：10000Kgf（10t），超過最大量程時進行自動報警。報警值按需設置，報警時蜂鳴器鳴叫，指示燈閃爍。裝置開關機：關機狀態下長按開關機（OK）鍵開機；測量狀態亮屏時下長按開關機（OK）鍵關機。單位切換：短按設置（UNIT）鍵進入單位切換狀態，按位移（DISP）鍵選擇測量值顯示單位，按OK鍵確認。查看峰谷值：測量狀態下短按位移（DISP）鍵切換顯示峰值、谷值、實時值。測量值置零/刷新峰谷值：實時測量值顯示狀態下短按增值（ZERO）鍵可將測量值清零，峰谷值狀態下短按增值（ZERO）鍵刷新峰谷值。注意：置零必須在拉力報警器空載狀態時操作，否則，將影響測量結果的準確度。息屏與喚醒：無操作3分鐘后，報警器息屏；息屏狀態下按任意鍵或報警時喚醒屏幕。注意：息屏時屏幕被關閉，指示燈亮，報警器正常工作。關機時屏幕和指示燈均為熄滅狀態，報警器停止工作。使用時，必須確認報警器為息屏或關機狀態，避免測量狀態報警器未開機或使用完畢未關機。報警提示：無報警時，指示燈為綠色亮；報警時蜂鳴器鳴叫，屏幕顯示報警箭頭，指示燈為紅色。整個裝置的外觀設計如圖1所示。

圖1 拉力傳感器外觀設計圖

3 拉力傳感器在輸電線路工器具作業中的應用

3.1 拉力傳感器在輸電線路工器具受力檢測中的應用

該拉力傳感器最直接的作用就是測量輸電線路工器具作業中所產生的受力。在這方面的應用，拉力傳感器主要通過拉力報警器對作業過程中工器具受力情況進行測試。拉力報警器可以基于傳感器對受力進行感應，然后再將感應到的受力通過數據接收器轉換成具體的受力值。由于傳感器本身具有較強的靈敏性，對細微拉力變化都能夠產生反饋信息，所以其可以被用來精確地測量輸電線路工器具作業過程中的細微受力變化。此外，拉力報警器在測量過程中運用電子技術，無須工作人員進行人工計算，從而在極大程度上降低了工作人員的工作量，提高了工器具作業效率。

3.2 拉力傳感器在工器具受力顯示中的應用

在測量出工器具作業過程中的受力情況后，要讓工作人員準確掌握受力數據，則需要能夠對測量數據進行顯示。該拉力傳感器裝置運用數據接收器能夠通過無線通信部件對測量數據進行傳輸，然后在顯示屏上對測量數據進行顯示。此外，該拉力傳感器可根據現場工具受力情況設置報警數值大小，數據接收器在無操作5分鐘后自動息屏，觸摸屏幕或報警器報警時喚醒屏幕。息屏時運行指示燈閃爍，能夠提醒工作人員注意區分息屏與關機，以免造成測量過程中未開機或測量完成后未關機現象。拉力傳感器的顯示功能極大地解決了工器具作業時工作人員對工器具受力難以準確掌握的問題，有助于提升作業過程的規范性與科學性。

3.3 拉力傳感器在輸電線路工器具作業中應用的價值

拉力傳感器應用的目的在于提高線路檢修的安全性問題，同時，也為線路大型檢修積累拉力數值的經驗。在經濟效益方面，拉力傳感器裝置可以有效保護工器具過荷載受損。例如，進口NGK6t6m長的葫蘆市場價大約2.8萬元一把，在超荷載工作時可能造成鏈條崩斷損壞無法修復的情況，另外，再加上現場作業人員差旅費、民工費以及車輛費用單次減少的費用可達3萬元左右。在社會效益方面，拉力傳感器的應用一是提高工作效率顯著，大大降低了人為作業風險；二是縮短了作業時間，提高了作業的安全性，縮短了停電時間，保證了電網安全穩定運行。可進一步小型化優化應用，具有較大的市場推廣應用空間。

4 結語

輸電工具拉力傳感器能夠有效減少輸電線路檢修過程中的盲目施工情況，并通過拉力報警器和數據接收器使塔上的作業人員和地面工作負責人及監護人能同時掌握力的大小壓力，減小了工具超荷載工作的風險。工作人員使用中大大地提高了作業效率，簡化了作業流程，縮短了工作時間，具有較高的經濟效益。