智能型二次電纜校線儀的研制及應(yīng)用

邢文瓏，邢 鋼，姜 華，郭曉東，董鵬程

（內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司烏蘭察布供電分公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

0 引言

近年來，隨著地區(qū)供電負(fù)荷的不斷增加，變電站建設(shè)規(guī)模不斷擴大，在變電站二次系統(tǒng)調(diào)試及設(shè)備消缺工作中，繼電保護(hù)專業(yè)面臨著人手緊、任務(wù)重的雙重壓力。就目前變電站使用的多芯電纜而言，雖然有數(shù)字標(biāo)號或顏色標(biāo)識，但在運行過程中標(biāo)號或色號容易脫落，難以辨別，造成二次電纜的校驗工作存在困難。本文針對變電站二次電纜傳統(tǒng)校線方法存在的問題，研制了智能型二次電纜校線儀，并在現(xiàn)場進(jìn)行了應(yīng)用。

1 傳統(tǒng)校線方法存在的問題

變電站二次回路檢驗工作中，電纜芯線校線工作一直存在耗時、費力的問題。對多芯電纜進(jìn)行校線時，一般需要兩名及以上技術(shù)人員，攜帶對講機和萬用表在電纜兩端進(jìn)行操作。操作中，先剝開二次電纜兩端外皮，露出電纜芯，之后將電纜一端芯線與接地點短接，使用萬用表將電纜對端各芯線逐芯與接地點通斷，當(dāng)聽到“滴滴”蜂鳴聲，則表示找到該芯線，校對完畢并進(jìn)行標(biāo)記。采用上述方法逐一進(jìn)行校線，假定有i根待測線纜芯，則采用傳統(tǒng)方式需要使用萬用表測量i（i-1）/2次。傳統(tǒng)校線流程如圖1所示。該方法需要兩名工作人員在電纜兩端密切配合進(jìn)行多次溝通和測量短接操作，費時費力且容易出錯，工作效率較低，受工作現(xiàn)場環(huán)境影響因素較大。

圖1 變電站二次電纜傳統(tǒng)校線流程Fig.1 Traditional alignment process of secondary cables in substations

目前變電站二次電纜多為14芯或10芯電纜，考慮留有一定的備用芯，重點分析10芯電纜校線狀態(tài)。對某220 kV線路工程單間隔單根10芯電纜校線不同環(huán)節(jié)的耗時情況進(jìn)行了現(xiàn)場實測，統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

表1 單根10芯電纜校線各環(huán)節(jié)耗時統(tǒng)計Tab.1 Time consuming statistics of each link of single 10-core cable calibration s

由表1可知，單根10芯電纜校線過程包括剝?nèi)ル娎|外皮、剝出電纜芯、電纜芯校對三個環(huán)節(jié)，校驗平均耗時855.8 s，其中剝電纜芯和電纜芯校對占總流程時長的70%，超過總耗時的一半。

2 智能型二次電纜校線儀的研制

2.1 模塊選擇

鑒于傳統(tǒng)校線方法存在的問題，受網(wǎng)線巡線儀啟發(fā)，采用主從機模式自動測試方法，研制一款可單人手持操作、體積小、質(zhì)量小，滿足日常低功耗使用需求的裝置，裝置整體方案選擇如圖2所示。

圖2 整體方案選擇Fig.2 Overall program selection

2.1.1 控制模塊

集成控制模塊要對外部測量回路輸入的信號進(jìn)行反饋，驅(qū)使信號指示回路給出正確的動作結(jié)果，是裝置的核心部件。目前使用的集成控制模塊主要有可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）與單片機兩種形式，較PLC控制模式來說，單片機開發(fā)難度較大。PLC控制模塊分為整體式和模塊式，其中整體式PLC屬于一體化板件，擁有體積小、質(zhì)量小、便攜性強等優(yōu)點，經(jīng)模擬試驗100次，其平均響應(yīng)速度為7 ms；而模塊式PLC需要多種模塊配合使用，體積較大，便攜性差。因此裝置選用整體式PLC作為控制模塊。

2.1.2 電源模塊

裝置采用可循環(huán)使用的可充電鋰電池?？沙潆婁囯姵鼐哂行箟喊踩y、熱敏電阻、高分子隔膜三重防線保障，其中泄壓安全閥分層釋放微觸開關(guān)，內(nèi)部高壓時，泄壓安全閥自動開啟減壓防爆功能；熱敏電阻過流短路溫度劇升時，其電阻增大，切斷電流，停止輸出；高分子隔膜溫度升至160℃以上時，其微孔閉合，進(jìn)行物理隔離，停止電流流通，具有良好的安全性能。

2.1.3 信號指示

信號指示分為偏向于聽覺指示的高分貝報警器和偏向于視覺指示的燈珠。高分貝報警器在使用壽命上存在明顯的不足，常因干擾而變音或無音。而校線現(xiàn)場往往噪聲很大，準(zhǔn)確性差，因此裝置選用24 V LED燈珠。

2.1.4 試驗端子

試驗端子涉及主機與從機的校線端和公共端。校線端選用探針式，不破壞纜芯即可達(dá)到目的。公共端采用香蕉插座簡易化拔插，現(xiàn)場接線簡單，可以將主、從機的公共端均接于地，在元器件的使用上優(yōu)于外接引線的方式。

2.1.5 裝置外殼

裝置外殼要求具有良好的絕緣性、機械強度和抗腐蝕性，另外，質(zhì)輕、易加工、易觀察等也是方案選取的要求。阻燃型非透明盒抗腐蝕性較弱，且觀察不到盒內(nèi)情況，交互性弱。防水型透明盒可以用于有水汽濺射、較潮濕或灰塵較多的現(xiàn)場，外殼絕緣電阻大于10 MΩ，耐水、防腐蝕、透明的外殼有助于及時發(fā)現(xiàn)損壞件并予以修理更換，可用于該裝置。

2.2 工作原理

智能型二次電纜校線儀采用FX2N PLC為核心板件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與控制，原理設(shè)計框圖如圖3所示。測試初始階段，主機發(fā)出高電平信號，通過探針校線端與纜芯接觸后傳輸至從機，從機接收端子識別到高電平后LED燈珠立即顯示測試結(jié)果。主、從機均設(shè)有光提醒功能，主機紅色LED燈依次點亮顯示，從機綠色LED燈亮表示測試通過。設(shè)置主機起置位點亮?xí)r長5 s，剩余位依次點亮2 s，校線接好后，只需在從機端找到起置位，便可以依次獲得剩余纜芯校驗序號。

圖3 智能型二次電纜校線儀工作原理設(shè)計框圖Fig.3 Design diagram of working principle of intelligent secondary cable calibration

依據(jù)校線儀動作邏輯關(guān)系進(jìn)行了編程，使PLC具備校線測試功能，即主機配置有10芯接口，地址信息為2進(jìn)制，另外配一個公共端，從機對應(yīng)主機接口設(shè)置10芯接收端。程序開始后，由第1個10芯校線端的第1點T0始，至第10個接收端的T9止，地址定義依次為0-00，0-01，0-02，…，0-09總計10個地址。下一組地址定義為1-00，1-01，1-02，…，1-09，依次類推，循環(huán)往復(fù)。指示燈起置位5s延時顯示，其他依次2 s延時顯示。

2.3 組裝制作

（1）購置校線儀所需配件，依據(jù)配件尺寸繪制裝置外觀設(shè)計圖（如圖4所示），按照裝置外觀設(shè)計圖對外殼進(jìn)行開孔。

圖4 主、從機外觀設(shè)計圖Fig.4 Master and slave appearance design drawings

（2）繪制裝置電氣接線圖紙（如圖5所示），對照電氣原理圖，使用專用工具將各部分進(jìn)行連接并組裝。

圖5 智能型二次電纜校線儀電氣接線圖Fig.5 Electrical wiring diagram of intelligent secondary cable calibration instrument

（3）組裝完成后，對應(yīng)圖紙進(jìn)行反復(fù)檢查，確認(rèn)接線無誤。智能型二次電纜校線儀如圖6所示。

圖6 智能型二次電纜校線儀成品Fig.6 Finished product of intelligent secondary cable calibration instrument

3 應(yīng)用效果

為驗證智能型二次電纜校線儀在實際工作中的應(yīng)用效果，2021年在某220 kV QJ變電站進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，測試結(jié)果見表2。

表2 220 kV QJ變電站部分回路電纜校線用時統(tǒng)計Tab.2 Statistical table of time used for calibration of partial loop cable of 220 kV QJ station

由表2可知，該裝置現(xiàn)場校線準(zhǔn)確率為100%，且15次單根10芯電纜平均測試時間為320 s，與改進(jìn)前相比節(jié)省了535.5 s。

以某變電站單面測控屏40根電纜為例，平均可以節(jié)省6 h，推算至整個變電站，若有40面屏需要二次電纜校驗，則可節(jié)省約240 h，大幅縮短了校線時間，提升了工作效率。

4 結(jié)束語

智能型二次電纜校線儀基于PLC模塊控制，開關(guān)變量采集靈敏、動作迅速、能耗低，試驗接線模塊集成化，兼顧了開發(fā)難度和裝置使用的可靠性。該裝置可單人手持使用，能夠應(yīng)付各種復(fù)雜的工作環(huán)境。經(jīng)多單位試點運行，智能型二次電纜校線儀顯著提高了故障排查與新站驗收效率，縮短了停電檢修時間，為大修、技改、驗收和設(shè)備消缺工作帶來有力保障。