智能化施工技術(shù)在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用

智能化施工技術(shù)在電網(wǎng)工程建設(shè)中的應(yīng)用

智能化施工技術(shù)為了更好地適應(yīng)和推進(jìn)中國電網(wǎng)設(shè)計(jì)的特高壓電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的建設(shè)，相關(guān)能源和設(shè)備的技術(shù)和設(shè)備也必須走上信息、智能和互動的道路。發(fā)展智能化施工技術(shù)主要應(yīng)從兩個(gè)方面開展相關(guān)研究:一方面是施工管理的信息化、智能化;另一方面是施工裝備的自動化、智能化。本文就智能技術(shù)在輸變電工程施工中的研究和應(yīng)用作一探討。1機(jī)群無線通訊、監(jiān)測和智能化管理隨著智能技術(shù)在工程機(jī)械的廣泛應(yīng)用,在工程機(jī)械上配備各種傳感器、控制器及通訊設(shè)備,實(shí)現(xiàn)機(jī)械智能化,將開發(fā)出能實(shí)時(shí)判斷作業(yè)狀況并做出調(diào)整的智能化施工系統(tǒng)?，F(xiàn)代工程機(jī)械正成為機(jī)電液一體化的高端產(chǎn)品,智能化成為國內(nèi)外工程機(jī)械的主要發(fā)展趨勢。目前國外先進(jìn)的工程機(jī)械公司已在新型的裝載機(jī)、平地機(jī)、挖掘機(jī)、攤鋪機(jī)和壓路機(jī)上安裝了遠(yuǎn)程無線通訊系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)和車載計(jì)算機(jī)裝置,將工程機(jī)械的工作參數(shù)、工作進(jìn)程等一系列信息通過無線通訊系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理,具有代表性的是CATERPILALR公司的采礦鏟土運(yùn)輸機(jī)群動態(tài)管理系統(tǒng)CAES(ComputerAidedEarthmovingSystem)。國內(nèi)一些主要的工程機(jī)械生產(chǎn)和科研單位都已參加了“智能化工程機(jī)械”的研究開發(fā)工作,目前己經(jīng)完成了道路施工機(jī)械中的裝載機(jī)、材料拌和站、自卸車和攤鋪機(jī)等單臺工程機(jī)械的智能化改造,并掌握機(jī)群智能化工程機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。對于電網(wǎng)建設(shè)施工設(shè)備智能化研究來說,目前國內(nèi)外在鐵塔組立設(shè)備、張力架線設(shè)備等方面已經(jīng)開展了相關(guān)智能化的研究并有了一些應(yīng)用,如開發(fā)了單臺牽引、張力架線設(shè)備的智能化功能,而且也實(shí)現(xiàn)了通過集控裝置或幾臺設(shè)備聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)群控功能;在組塔設(shè)備中研制了組鐵專用塔式起重機(jī),可以實(shí)現(xiàn)鐵塔組立的單機(jī)智能化吊裝,目前正在開展多臺起重機(jī)聯(lián)合作業(yè)智能化施工方向的研究。2工程建設(shè)管理前面提到現(xiàn)代工程建設(shè)項(xiàng)目系統(tǒng)越發(fā)龐大和復(fù)雜,涉及的技術(shù)、工種、人員、設(shè)備、材料和層級等繁多,并且工程項(xiàng)目中不確定因素比重加大。輸變電工程建設(shè)是電力工程建設(shè)中的重要組成部分,隨著特高壓電網(wǎng)、跨大區(qū)聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)等工程項(xiàng)目的開工建設(shè),對項(xiàng)目管理提出了更高、更新的要求。工程建設(shè)管理的好壞直接關(guān)系著整個(gè)輸變電工程項(xiàng)目的順利實(shí)施,影響著企業(yè)形象、社會和經(jīng)濟(jì)效益,在目前我國輸變電工程技術(shù)水平已躋身世界一流的同時(shí),相應(yīng)施工管理水平的提升也是緊迫的主、客觀的需求。為了進(jìn)一步加強(qiáng)輸變電工程項(xiàng)目建設(shè)管理水平、提升建設(shè)安全與質(zhì)量、節(jié)約工程成本等,縮短項(xiàng)目管理與國際先進(jìn)水平的差距就必須從傳統(tǒng)的管理理念上強(qiáng)化工程項(xiàng)目管理的意義,充分開發(fā)和利用先進(jìn)的信息化技術(shù)加以輔助,從而達(dá)到全面提升我國電力建設(shè)工程整體水平的目的。2.1各單位和部門的原因分析1)電力工程數(shù)量多、規(guī)模等級逐步提高,目標(biāo)控制如工程進(jìn)度、經(jīng)費(fèi)、質(zhì)量、安全、標(biāo)準(zhǔn)、人力和設(shè)備資源等難度加大。2)參與單位和部門多,業(yè)務(wù)大量交叉,組織協(xié)調(diào)工作難度大,溝通缺乏有效手段。3)前期準(zhǔn)備工作量大、不可控因素多,并且與其它工作之間的關(guān)聯(lián)度高、依賴性強(qiáng)。4)工程管理缺乏標(biāo)準(zhǔn)化流程控制。5)工程建設(shè)文檔多且復(fù)雜,存檔和查閱難度大,歷史數(shù)據(jù)難保存,決策支持的難度大。6)安全、質(zhì)量保障措施和方案編制、存取、調(diào)用和控制等方面尚需加強(qiáng)。2.2智能化施工管理系統(tǒng)1)我國輸變電工程等級、型式多樣性,相應(yīng)輸電線路和變電工程中的鐵塔、導(dǎo)線、基礎(chǔ)等型式、規(guī)格和種類多樣復(fù)雜,對應(yīng)的施工導(dǎo)則、質(zhì)量驗(yàn)收和安全規(guī)范等繁多,配套施工設(shè)備種類多、用量大,要在有限的時(shí)間內(nèi)完成上述大量工程管理信息的處理和高效分配,依靠人工處理層面不僅難度很大,而且難免出現(xiàn)偏差或遺漏,有可能造成施工質(zhì)量和安全隱患;尤其是輸變電建設(shè)施工中環(huán)境多變、數(shù)據(jù)量大、計(jì)算復(fù)雜等,技術(shù)人員大多憑經(jīng)驗(yàn)選擇工器具,可能會造成大量人力、財(cái)力和物力的浪費(fèi),更有可能由于工程項(xiàng)目多、技術(shù)人員分散且年輕、經(jīng)驗(yàn)不足、易失誤等因素造成管理方面的錯(cuò)誤,直接給工程帶來損失、質(zhì)量無法保證、形成安全隱患。2)當(dāng)前隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,計(jì)算機(jī)具有速度快、計(jì)算正確可靠、信息儲備量大、標(biāo)準(zhǔn)化程度高和各種功能集合等功能,如何把工程施工方面的管理,包括工程量計(jì)算、施工方案的設(shè)計(jì)、工程節(jié)點(diǎn)的控制與考核、安全質(zhì)量保障措施、配套施工設(shè)備和工器具選擇、規(guī)程規(guī)范的參照等和施工管理緊密結(jié)合,進(jìn)一步提高輸變電工程項(xiàng)目建設(shè)中高效協(xié)調(diào)各相關(guān)方關(guān)系與工作問題,運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)改善和提高電網(wǎng)建設(shè)施工管理水平顯得尤為重要。3)智能化施工管理利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對施工組織與管理過程中的信息進(jìn)行收集、傳輸、處理、保存、維護(hù)和使用,并利用人工智能領(lǐng)域中的專家系統(tǒng)、知識工程等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和方法進(jìn)行施工組織和管理。智能化施工管理信息系統(tǒng)既包含基本的施工(土石方開挖、測量、地錨、運(yùn)輸、桿塔基礎(chǔ)施工、抱桿、桿塔起吊、拉線、放線、張緊等)計(jì)算,又涵蓋現(xiàn)場施工管理所需的施工進(jìn)度、工器具、施工流程、施工規(guī)范和安全管理等功能的智能化管理平臺,對于在輸變電項(xiàng)目施工管理最底層,也是最薄弱的施工現(xiàn)場管理將有重要意義。研究開發(fā)智能化的施工管理信息系統(tǒng),對實(shí)現(xiàn)施工全過程管理的智能化、系統(tǒng)化、實(shí)時(shí)化和統(tǒng)一化,保證電網(wǎng)建設(shè)施工安全性、可靠性,提高施工效率、降低施工成本等方面具有重要意義,可使輸變電施工組織與管理方便、高效、科學(xué)化,有利于縮短施工周期、降低工程造價(jià)和提高施工企業(yè)綜合效益。3牽、張?jiān)O(shè)備配套施工技術(shù)逐漸成熟施工設(shè)備的智能化是今后發(fā)展的必然趨勢,本文僅以輸電線路施工中必要的、復(fù)雜程度和自動化程度高的張力架線設(shè)備為例,闡述智能化施工技術(shù)在牽引、張力架線設(shè)備中的應(yīng)用。上世紀(jì)70年代末我國在電網(wǎng)建設(shè)中開始引進(jìn)牽引、張力設(shè)備,經(jīng)過20多年的發(fā)展,從對引進(jìn)牽、張?jiān)O(shè)備的消化吸收到自主創(chuàng)新的制造,我國牽、張?jiān)O(shè)備的生產(chǎn)能力已經(jīng)比較成熟。輸電線路張力架線施工方法也歷經(jīng)了20多年的推廣應(yīng)用,配套施工工藝不斷完善與提高,目前已普及到全國各種電壓等級的輸電線路施工中。近年來隨著電壓等級的提升,工程對展放質(zhì)量要求越來越高,大截面導(dǎo)線的出現(xiàn)、多分裂導(dǎo)線同步展放的要求,特別是交直流特高壓工程項(xiàng)目的開工建設(shè)等,使配套施工用的大型牽、張?jiān)O(shè)備不斷出現(xiàn)以滿足工程所需。在施工工期越來越短、施工質(zhì)量要求越來越高、安全環(huán)保要求越來越嚴(yán)的情況下,作為輸電線路施工的主要必備機(jī)械,對牽、張?jiān)O(shè)備的功能、性能及可靠程度要求不斷提高,因此研究開發(fā)智能化的牽、張?jiān)O(shè)備對提高輸變電工程施工質(zhì)量和效率具有重要意義。3.1智能化放線施工在張力架線施工中主牽引機(jī)應(yīng)具有健全的工作、控制和防護(hù)(保安)機(jī)構(gòu),能在使用地區(qū)自然環(huán)境下連續(xù)工作;主張力機(jī)也應(yīng)具有健全的工作機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu),能連續(xù)平穩(wěn)地調(diào)整放線張力,與主牽引機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn),放線張力一經(jīng)調(diào)定后應(yīng)基本保持恒定不變,能分別控制同時(shí)牽放的各子導(dǎo)線的放線張力,或用其它方法補(bǔ)償各子導(dǎo)線在牽放過程中可能出現(xiàn)的張力差。要實(shí)現(xiàn)牽、張?jiān)O(shè)備及張力架線施工的智能化,首先要解決單臺牽引機(jī)和張力機(jī)的智能化,更重要的是在張力架線過程中實(shí)現(xiàn)多臺牽、張?jiān)O(shè)備的協(xié)同智能化施工,使輸變電工程放線施工更為高效、可靠和安全。對于單臺牽、張?jiān)O(shè)備的智能化,首先在整機(jī)方面集成控制中心采用微處理器進(jìn)行放線數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)視、控制與調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)的采集通過配置的測定張力的拉力傳感器和測定速度的速度傳感器,通過總線傳輸,將牽引、張力的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到主機(jī)控制中心。經(jīng)過事先設(shè)定好的程序處理后隨時(shí)調(diào)節(jié)速度與張力(總張力、分張力等),實(shí)現(xiàn)對牽、張?jiān)O(shè)備各項(xiàng)功能的智能化控制,從而達(dá)到放線過程的智能化施工。牽引機(jī)具有閉環(huán)控制的牽引力及牽引速度控制功能,張力機(jī)具有恒張力控制功能。架線過程中,張力機(jī)的張力控制機(jī)構(gòu)上加裝對展放線索張力的全程檢測裝置,并根據(jù)檢測結(jié)果實(shí)時(shí)自動調(diào)節(jié),保證線索控制張力始終恒定在預(yù)設(shè)值,控制張力不受起動、行走、停止及放線速度等影響。恒張力放線施工能夠有效避免接導(dǎo)線損傷、扭面等缺陷,保證架線質(zhì)量;同時(shí)對系統(tǒng)安全進(jìn)行全面監(jiān)控,防止突發(fā)事件的發(fā)生并對整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、各種工作參數(shù)和故障狀況等信息實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示和記錄,對各種預(yù)期保養(yǎng)項(xiàng)目進(jìn)行及時(shí)提醒。另外單臺牽、張?jiān)O(shè)備應(yīng)具有無線通訊功能,實(shí)現(xiàn)單機(jī)和機(jī)群智能化系統(tǒng)主控單元的狀態(tài)參數(shù)上傳和施工參數(shù)的下載。3.2機(jī)群設(shè)備組合目前我國已在特高壓工程等輸電電路中采用多分裂導(dǎo)線形式,由于裝配式架線施工技術(shù)在國內(nèi)尚未完全成熟,而且現(xiàn)場應(yīng)用較少,因此絕大多數(shù)輸電線路工程放線依然采用牽、張?jiān)O(shè)備。為了減少導(dǎo)線在長期運(yùn)行中出現(xiàn)的不均勻蠕變、保障和提高施工質(zhì)量,同時(shí)也減少牽張?jiān)O(shè)備、配套工器具的規(guī)格等級,充分利用現(xiàn)有施工設(shè)施,綜合考慮后在1000kV特高壓交流試驗(yàn)示范工程中,8分裂導(dǎo)線大多施工單位采用2×(1牽4)同步張力放線方法,即通過采取兩套1牽4放線設(shè)備組合實(shí)現(xiàn)張力放線。2臺張力機(jī)或2臺牽引機(jī)相互配合,在布場時(shí)相互錯(cuò)開3~5m,2臺設(shè)備的操作手之間能進(jìn)行手勢溝通,牽放過程中副操作手隨從主操作手進(jìn)行張力及牽引力的調(diào)整等。牽放中副操作手應(yīng)以主操作手牽放的速度、張力和弧垂等為標(biāo)準(zhǔn)向主操作手牽放導(dǎo)線,達(dá)到基本同步為了進(jìn)一步滿足各類工程的實(shí)際應(yīng)用,需要在單臺牽、張機(jī)智能化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)集成牽、張機(jī)群智能化同步架線施工系統(tǒng),從而全面滿足工程實(shí)際的需要。機(jī)群智能化同步張力架線系統(tǒng)由單機(jī)智能系統(tǒng)和管理中心系統(tǒng)共同組成,單機(jī)智能系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)牽張?jiān)O(shè)備狀態(tài)測量、顯示、通訊和調(diào)節(jié)等功能,通過通訊單元模塊將施工設(shè)備的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)焦芾碇行?中心結(jié)合施工設(shè)備的數(shù)據(jù),分析運(yùn)算后產(chǎn)生一個(gè)集成化的該系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)下的實(shí)時(shí)施工作業(yè)模型。該模型的建立不僅可以監(jiān)控施工系統(tǒng)內(nèi)的所有設(shè)備,實(shí)施通信、調(diào)度和調(diào)整各個(gè)智能分支單機(jī),同時(shí)可以令施工管理人員在后臺實(shí)現(xiàn)接近實(shí)時(shí)條件下的對施工現(xiàn)場作業(yè)的全程監(jiān)控。該作業(yè)管理軟件通過最佳施工狀態(tài)的分析產(chǎn)生新的施工方案,并將每一臺機(jī)器的最佳運(yùn)行狀態(tài)、牽張力和展放速度傳送給相應(yīng)設(shè)備的監(jiān)控單元并實(shí)時(shí)調(diào)整牽張?jiān)O(shè)備的運(yùn)行參數(shù)。機(jī)群智能化同步架線施工系統(tǒng)便于操作人員隨時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患;提高設(shè)備使用參數(shù)的透明度,及時(shí)判斷