液压升降式电力智能跨越装置设计

金 磊 李志斌

（上海电力大学，上海 200090）

在电网输变电工程施工中，新建输电线路或检修线路经常会遇到被跨越的输电线路或公路等情况，需要翻越被跨物[1]。施工期间，为了保障被跨越电力线路的供电可靠性，通常采用带电跨越施工方案[2]。以往的带电跨越施工方案为工人搭建脚手架，人工封网，不仅结构复杂、功能单一、稳定性不足以及拆卸与搭建耗时过长，需要消耗大量的人力物力，而且作业过程需要施工工人登高，危险性较高。基于这些问题，提出了一种能够折叠升降自动封网的电力智能跨越装置。针对电力检修工程需跨越110 kV以下（包括110 kV）电压等级线路进行施工，研制了一款液压升降式电力智能跨越装置，总体目标是实现跨越施工安全可靠的带电操作，并且远程监测实施过程，保证施工质量。

设计的液压升降式电力智能跨越装置结构，如图1所示。装置整体机械结构由顶升机构和跨越机构组成。在顶升机构底部设置有一块钢板，在底板的4个角设置4个螺纹调平座。考虑施工现场地势的复杂情况，螺纹调平座配合倾角传感器对整体装置进行调平，使其能平稳升降作业。底板顶部固定连接有4面剪式杆，剪式杆之间通过铜轴销转动连接。底板4个角的剪式杆对接4个顶升油缸，油缸提供动力将整个机构顶起。底板中间设置有弹簧装置，可在顶升机构下降时起到缓冲作用。如图2所示，剪式杆顶部用一块钢板封顶，构成整个顶升机构。顶板上面设有跨越封网机构。设置在主站顶板的跨越杆通过液压缸提供动力，升降后可以与子站的顶板对接。对接完成后，封网滑块通过电机带动，开始沿着导轨滑动。滑块与格网等距连接，从主站一端滑动至子站一端，完成封网动作。

图1 智能跨越架结构

图2 智能跨越架支撑机构

整个系统由1个主站和3个子站组成。现场监控中心选用PAC070型一体机。PAC070型一体机是一款工业级一体化人机界面，是四线电阻式触摸屏，可通过多通道、多方式进行信号采集及数据处理，还可通过4G无线传输，同时预装Lonkon工业组态软件[3]。PAC070人机界面共设有3个串口，1路RS-232和2路RS-485串口。设计采用的是1路RS-485串口与可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC）连接。主站选用的T64P无线PLC是一款工业级远程测控专用的无线PLC，可监测16路输入信号，控制8路继电器输出[4]。T64P无线PLC内部集成Modbus 远程终端单元（Remote Terminal Units，RTU）设备协议,同时内置主站有采集管理功能，可通过串口或通用分组无线业务（General Packet Radio Service，GPRS）采集任何支持Modbus协议的从站。主站与3个子站均设有一个F21D数传电台，主站PLC通过485-晶体管-晶体管逻辑电路（Transistor-Transistor-Logic，TTL）五芯线与F21D数传电台连接，4个数传电台通过无线电波通信。将4个数传电台的波特率和收发频率设为一致，便可实现主从站通信。

触摸屏可用于现场监控。触摸屏组态界面主要包括参数设置、设备自检、数据监测、故障预警以及设备操作等功能。先建立组态工程，设置网际互连协议（Internet Protocol，IP）地址。点击触摸屏4个角即可调出系统设置界面设置触摸屏IP地址。然后，通过设备配置管理界面新建串行链路，实现人机界面RS-485串口与PLC的通信。串口配置需要进一步设置波特率校验位等。由于波特率设为112 500易出现丢包状况，故将波特率设为57 600。需要注意，这些设置需要与PLC参数一致才能实现通信。

设计中将上位机设为Modbus通信主站，PLC设为从站。在管理界面选中实时数据库，选择新建数据库，在新建的数据库中新增数据，对新增数据进行命名、选择数据类型以及设置初始值等[5]。将触摸屏的实时数据库中的数据与PLC进行地址关联，并在新增设备下新增数据，设置数据类型、数据地址、设置实时数据名（选择实时数据库中的相应数据）以及设置存取方式等[6]。参数设置完成后，通过网线将做好的组态画面工程下载到触摸屏，通过触摸屏实时监测控制整个装置的运行。

控制系统的整体工作流程如图3所示。给系统上电后，进行模块初始化，即系统开始对各个模块进行自检，检查各个传感器信号、触摸屏、控制箱、数传电台及相关执行机构通信是否正常。如果出现故障，将会进入人工检查阶段。自检正常后，施工人员可以通过触摸屏了解现场的环境参数和主从站的通信状态。下一步进行参数设定，施工工人可以根据工程现场情况和需要被跨越线路的参数进行手动调试。在参数设定界面手动输入相关参数后，系统自动计算出顶升高度，同时记录设定的参数。施工方后期可以分析施工过程数据，以便针对性地改进施工方案。参数设定后，施工人员可以自行选择手动、半自动或者全自动控制策略。液压升降式电力智能跨越装置施工后，负责顶升的支撑机构开始匀速上升，上升至指定高度后停止。如图4所示，负责封网的跨越杆放出，布置就位后与子站对接，然后封网滑块沿着导轨带动绝缘网从主站一端运行至子站完成封网动作。绝缘网封顶后，工人检修指定线路，以控制跨越机构收网。

图3 控制系统的整体工作流程

图4 电力智能跨越装置

整个液压升降式电力智能跨越装置由顶升机构和跨越封网机构组成。相比于人工搭建的施工脚手架，液压升降式电力智能跨越装置结构更稳定，且工人可在地面实时自动控制设备操作跨越封网。液压升降式电力智能跨越装置的控制系统中设置有多种传感器，工人可通过触摸屏实时监测现场环境参数和跨越装置的工作状态。远程监控中心也可以监控整个施工过程，并记录施工数据，提高了安全性和可靠性。目前，液压升降式电力智能跨越装置已通过海南电网安全测试，仅需要2位工人耗时1 d便可完成整个装置的安装和拆卸。整个装置可以沉降折叠至3 m高，安装与拆卸简单，且运输便捷。装置虽是金属机构，但全身涂上绝缘漆，可带电操作。因此，在施工过程中，被跨越的电力线路无须停电，保证了输电线路供电的可靠性。该装置不仅自动化程度高、安装简单，而且节省了施工时间，大大提高了施工效率。