输电线路架设中的张力控制技术研究

引言

在当今社会，电力作为重要的能源支撑着各个领域的发展。电力工程建设对于保障电力稳定供应至关重要，而输电线路架设是其中的关键环节。输电线路作为电力输送的“血管”，其施工质量和管理水平直接影响着电力传输的安全性、稳定性与高效性。输电线路架设施工常面临复杂的地理环境，如高山、河流、森林等，增加了施工难度与风险。因此，深入分析输电线路架设施工与管理思路，对提升电力工程建设质量，保障电力可靠传输具有重要的现实意义。本文将围绕此内容展开探讨。

1 输电线路张力控制的重要性

1.1 张力与输电线路安全

在输电线路架设中，张力的大小直接决定了线路的稳定性和运行寿命，若张力过大，导线材料会因长期超负荷拉伸而导致疲劳损伤，最终可能引发断裂事故，而张力过小，则会导致导线下垂，容易与地面或其他建筑物接触，增加短路和火灾等安全隐患。张力的变化还受到环境温度的影响，导线的热膨胀和冷收缩会使张力在不同季节出现波动，张力控制技术的关键是根据线路的地理条件和环境特性动态调整拉力，以确保导线在合理张力范围内运行。

1.2 张力对电力传输性能的影响

张力过小会导致导线下垂，进而增加线路的等效长度和电阻值，导致线路的功率损耗显著增加，线路下垂还可能改变导线与地面之间的电磁场分布，导致电磁辐射增加，影响周边设备的运行稳定性。张力过大虽然能减少线路的垂度，但会引发导线内的微观裂纹扩展，导致长期运行后的机械强度下降，从而威胁线路的可靠性。保持合理的张力不仅可以稳定线路的几何形态，还能够优化导线的电气参数，降低输电损耗，智能化的张力控制系统，可以实时调节张力，使导线在高负荷或极端天气条件下始终处于最佳状态，从而确保电力输送的高效性与稳定性。现代输电工程中广泛应用的动态张力调节技术结合张力监测模型，有助于优化电力传输的效率，为现代电力工程的可持续发展提供技术支持。

2 输电线路张力控制技术的分类

2.1 张力计算与目标值设定技术

准确的张力计算是控制的前提，需综合考虑导线参数、设计弧垂、施工工况三大因素，避免因目标值偏差导致控制失效：导线参数修正：需计入导线的弹性模量（如钢芯铝绞线弹性模量约 70GPa) ）、热膨胀系数（约 23×10^-6/^∘C ）、单位长度重量（含绝缘子串重量），以及导线在张力作用下的塑性变形量（通常按 0.2% 额定张力修正）。例如，对于 JL/G1A-1000/45 钢芯铝绞线，在 25^∘C 环境温度下，额定张力25kN 对应的塑性变形量约 50mm ，需在计算时预留补偿量。设计弧垂转化：根据设计图纸中的弧垂值（如档距 500m 时弧垂 20m) ），通过“弧垂 - 张力”数学模型（如悬链线方程）反算所需张力。需注意：档距越大、温度越高，所需张力越小（如温度从 25℃升至 40^∘C ，张力可能降低 15%～20%) ；覆冰工况下（按 10mm 覆冰厚度计算），张力需提升 25%～30% 以避免导线过载。施工工况适配：跨越高速公路、铁路时，需提高张力值（通常比常规工况高10% ），保证导线最低悬挂高度符合规范（如跨越高速公路时 ⩾7m) ；张力机与牵引机距离超过 1km 时，需考虑导线在展放过程中的摩擦力损耗（每千米损耗约 3%～5%) ），适当提高张力机输出张力。

2.2 张力感知与信号处理技术

张力传感器是“感知器官”，其测量精度与信号稳定性直接决定控制精度，需解决三大技术难点：传感器选型与安装：优先选用拉压力传感器（量程为额定张力的 1.5^～2 倍，精度等级0.1 级），安装位置需靠近张力机卷筒出口端（距离 ），避免因导线弯曲导致的测量误差。例如，在 1000kV 线路施工中，采用 S 型拉力传感器（量程 50kN ，精度 0.05 级），测量误差可控制在 ±25N 以内。信号抗干扰处理：施工现场存在强电磁干扰（如发电机、电焊机）与振动干扰（张力机运行振动），需采用屏蔽线缆（屏蔽层接地电阻 ⩽4Ω ）传输信号，并通过滤波算法（如卡尔曼滤波）消除高频噪声。实际应用中，通过“硬件屏蔽 + 软件滤波”结合，可将信号波动幅度从 ±100N 降至 ±10N 以内。多参数协同感知：除张力外，需同步采集导线温度（采用接触式温度传感器，测量范围 -40^∘C～_80^∘C ）、风速（采用超声波风速仪，测量精度 ±0.1m/s^⋅ ）、卷筒转速（采用编码器，分辨率1000 脉冲/ 转），为智能控制提供多维度数据支撑。

2.3 安全保护与应急控制技术

施工过程中可能出现导线跳槽、张力机故障、突发大风等风险，需建立多层级安全保护机制：张力超限保护：当实际张力超过额定张力的 1.2 倍时，系统自动触发一级保护（降低张力机输出扭矩）；超过 1.3 倍时，触发二级保护（紧急停机），同时切断牵引机电源，避免导线断股。例如，额定张力 30kN 的系统，一级保护阈值36kN，二级保护阈值 39kN_s 。导线跳槽保护：在张力机卷筒两侧安装红外传感器，当导线偏离卷筒槽位时，传感器发出信号，系统立即减速并报警，同时启动导向轮修正机构，防止导线磨损。应急手动控制：设置独立于自动系统的手动应急操作台，当 PLC 控制器故障时，操作人员可通过手动阀或机械手柄控制张力，确保施工不中断；同时配备 UPS 备用电源，断电后可维持张力稳定 10^～15min ，为应急处理争取时间。

2.4 导线架设施工技术

在导线架设施工期间，需全方位、多维度地考量各种因素，其中导线的张力、弧垂以及受风力影响等情况是重点。只有将这些因素都纳入周全的考虑范围，才能确保导线在后续的运行过程中不会出现过度拉伸或者弯曲等不良状况，保障线路的安全稳定运行。施工前，要对线路路径进行全面且细致的勘察。安排专业人员沿着拟定线路，对地形地貌、周边环境等进行详细记录和分析，精准确定线路走向。同时，及时清除走廊内的障碍物，如树木、建筑物等，并搭建跨越架。对于铁路、公路等重要跨越物，采用双侧封顶结构的跨越架，这种结构能够提供更可靠的防护，防止导线在架设过程中发生意外坠落，影响下方交通设施的正常运行。进入导线展放阶段，优先采用张力放线技术。通过牵引机和张力机的协同作业，精确控制并维持导线恒定张力，避免导线拖地摩擦而造成损伤。在山区地段，地形复杂多变，施工难度较大，此时结合无人机辅助布线和滑轮组导向装置。无人机可以快速抵达指定位置，辅助布线，提高布线效率；滑轮组导向装置则能确保导线平稳通过复杂地形，减少导线与地面的摩擦和碰撞。

结束语

智能张力控制技术在输电线路架设中的应用展现出精准、高效和稳定的优势，实时监测和动态调节，不同工况下的张力均能得到优化，有效提升了输电线路的运行安全性和可靠性。传统方法的局限性逐步被克服，智能调节技术适应复杂环境，为输电线路的大跨度架设、高负荷运行提供了技术保障，未来，智能技术的深入应用将持续推动输电工程的创新发展，为电力系统的安全稳定运行奠定基础。

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