陳 亮

(南方電網(wǎng)超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000)

0 引 言

電纜在電力工程中的應(yīng)用十分廣泛，通常作為將電力或信息從一處傳輸?shù)搅硪惶幍膶?dǎo)線。在換流站新改擴(kuò)建工程中，鎧裝電纜是連接現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備與二次設(shè)備、進(jìn)行信號(hào)傳遞的橋梁。鎧裝電纜敷設(shè)之后，需要對(duì)電纜進(jìn)行對(duì)芯和絕緣測(cè)試，再接入一次設(shè)備和二次設(shè)備上。二次電纜敷設(shè)是設(shè)備安裝 、 運(yùn)維過(guò)程的一個(gè)重點(diǎn)工序，而對(duì)芯又是敷設(shè)工序中必不可少的一個(gè)基本環(huán)節(jié)，關(guān)系到電纜敷設(shè)質(zhì)量和工效。傳統(tǒng)對(duì)芯方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，工作效率低 , 并且易受干擾[1]。通常鎧裝電纜是由一根或多根相互絕緣的導(dǎo)體和外包絕緣保護(hù)層制成，且鎧裝電纜敷設(shè)距離長(zhǎng)，這些因素造成鎧裝電纜對(duì)芯難度加大。

目前，在新敷設(shè)的鎧裝電纜之中，鎧裝電纜的芯數(shù)少則5～6芯，多則15～16芯，且一次二次設(shè)備距離較遠(yuǎn)。現(xiàn)階段對(duì)芯方式主要有兩種：第一種方式是利用兩塊萬(wàn)用表及對(duì)講機(jī)，鎧裝電纜兩端分別用萬(wàn)用表接地，一根一根查找，再利用對(duì)講機(jī)進(jìn)行溝通確認(rèn)。這種利用對(duì)講機(jī)和萬(wàn)用表的方式溝通十分不便，由于電纜井內(nèi)多有數(shù)條運(yùn)行電纜，對(duì)測(cè)試有一定的干擾，影響準(zhǔn)確性。測(cè)試方法繁瑣且電纜兩端人員需要反復(fù)核對(duì)，所花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，效率較低。第二種方式是給電纜加壓，點(diǎn)亮燈泡，這樣會(huì)使電纜兩端電壓較高，超過(guò)安全電壓，危及檢修人員。

為解決上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種智能化鎧裝電纜對(duì)芯裝置，它可以對(duì)多根電纜芯進(jìn)行同時(shí)對(duì)芯操作，具有工作效率高、對(duì)芯準(zhǔn)確率高、穩(wěn)定性好、可以保障人員安全等優(yōu)點(diǎn)。

1 鎧裝電纜對(duì)芯裝置工作原理及模型

鎧裝電纜對(duì)芯裝置分為主端和從端。其中主端發(fā)射裝置包括：24 V主端電源、處理器、16個(gè)主端數(shù)碼管和16個(gè)信號(hào)發(fā)生器。從端接收裝置包括:16個(gè)信號(hào)接收器、16個(gè)從端數(shù)碼管和從端電源。主端電源與處理器連接，每個(gè)主端數(shù)碼管均串接1個(gè)信號(hào)發(fā)生器，從而構(gòu)成16條支路，一端與處理器連接，另一端與鎧裝電纜的各電纜芯的一端連接。每個(gè)從端數(shù)碼管均串接1個(gè)信號(hào)接收器，也構(gòu)成16條支路，一端與從端電源連接，另一端與鎧裝電纜的各電纜芯的另一端連接。具體連接方式如圖1所示。

圖中，1表示主端電源，2表示STM32單片機(jī)，3表示主端數(shù)碼管，4表示信號(hào)發(fā)生器，5表示從端信號(hào)接收器，6表示從端數(shù)碼管，7表示從端電源。

圖1 電纜對(duì)芯裝置結(jié)構(gòu)圖

本裝置的工作原理：主端電源采用24 V鋰電池，為主端發(fā)射裝置供電，其上設(shè)有一個(gè)總開(kāi)關(guān)，以控制主端發(fā)射裝置的工作/關(guān)閉狀態(tài)。處理器采用STM32單片機(jī)，控制各信號(hào)發(fā)生器的發(fā)送時(shí)序，保證16個(gè)信號(hào)發(fā)生器有序發(fā)送信號(hào)，并在主端數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的線號(hào)。從端電源采用24 V鋰電池，為從端接收裝置供電，其上設(shè)有一個(gè)總開(kāi)關(guān)，以控制從端接收裝置的工作/關(guān)閉狀態(tài)。信號(hào)接收器可接收電纜芯另一端對(duì)應(yīng)的信號(hào)發(fā)生器發(fā)送的電信號(hào)，并在從端數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)的線號(hào)，從而可以清楚明了的將電纜芯兩端對(duì)應(yīng)起來(lái)。

2 軟件設(shè)計(jì)

鎧裝電纜對(duì)芯裝置軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

圖2 電纜對(duì)芯軟件流程圖

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括STM32單片機(jī)、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)碼管、信號(hào)接收器的初始化。數(shù)碼管循環(huán)顯示對(duì)芯線號(hào)，當(dāng)所有主、從端對(duì)應(yīng)數(shù)碼管顯示線號(hào)一致時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令，鎧裝導(dǎo)線對(duì)芯成功。如果對(duì)應(yīng)數(shù)碼管線號(hào)顯示不一致，重新循環(huán)到單片機(jī)依次發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，直到所有主、從端對(duì)應(yīng)數(shù)碼管顯示線號(hào)一致。

按照本文前面所述原理，根據(jù)此原理在keil中編寫(xiě)程序。軟件采用STM32內(nèi)嵌定時(shí)中斷的工作方式，在每隔2 ms對(duì)各個(gè)對(duì)應(yīng)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)。信號(hào)的內(nèi)容依次為16路線號(hào)，并顯示在主端數(shù)碼管上。信號(hào)發(fā)生器接收到觸發(fā)信號(hào)后，通過(guò)數(shù)字濾波技術(shù)消除干擾，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將線號(hào)信息作為發(fā)出信號(hào)發(fā)送。從端16路信號(hào)接收器依次接收主端信號(hào)發(fā)生器所發(fā)出的信號(hào)，將信號(hào)解碼后發(fā)送到從端數(shù)碼管顯示。

3 硬件設(shè)計(jì)

整套裝置，包括電源模塊、STM32單片機(jī)、APLC-I電力線載波模塊、信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)接收器、數(shù)碼管。

本設(shè)計(jì)使用STM32單片機(jī)開(kāi)發(fā)板，如圖3。STM32單片機(jī)開(kāi)發(fā)板有著諸多的性能優(yōu)勢(shì)，STM32單片機(jī)程序開(kāi)發(fā)為模塊化開(kāi)發(fā)，接口相對(duì)簡(jiǎn)單，綜合耗能低，可兼容的外接模塊多，工作速度快。其中FLASH達(dá)到512K，SRAM達(dá)到64K，外擴(kuò)SRAM型號(hào)為IS62WV51216，大小達(dá)到1M字節(jié)，外擴(kuò)SPI FLASH型號(hào)為W25Q128，大小達(dá)到16M字節(jié)。

圖3 STM32開(kāi)發(fā)板

APLC-I電力線載波模塊，可將串口(UART)發(fā)送的數(shù)據(jù)，進(jìn)行編碼、整形驅(qū)動(dòng)后轉(zhuǎn)換為載波信號(hào)，并經(jīng)由電力線發(fā)送出去；或者將電力線上的載波信息選頻提取、信號(hào)放大、數(shù)字濾波、載波解碼等處理后，轉(zhuǎn)換為串口接收的數(shù)據(jù)。模塊的主要特性包括：①可經(jīng)由220 V AC電源總線載波傳通訊指令。②5 V單電源供電，模塊總功耗<0.2 W。③串口通訊速率最大可達(dá)57.6 Kbps。④最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)2 000 m。⑤驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，最大可實(shí)現(xiàn)120多個(gè)負(fù)載共總線通訊。⑥典型應(yīng)用：600 m內(nèi)，80個(gè)負(fù)載，串口速率采用38.4 Kbps。

信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)源采用直流電源，電壓調(diào)整裝置采用分壓電阻，信號(hào)輸出端采用測(cè)量線夾。信號(hào)發(fā)生器可以選擇大阻值的分壓電阻，此時(shí)線芯電阻不大于1 Ω，設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度為8位，完全可以忽略電纜本身電阻對(duì)測(cè)量的影響[2]。

通過(guò)本文在第1節(jié)中所述原理及模型，將以上硬件依次連接組成鎧裝電纜對(duì)芯裝置。使用時(shí)，將16芯的鎧裝電纜一端接入主端發(fā)射裝置，另一端接入從端接收裝置；分別打開(kāi)主端電源1和從端電源7的開(kāi)關(guān)，使主端和從端都處于工作狀態(tài)；觀察主端數(shù)碼管3和從端數(shù)碼管6上顯示的數(shù)字；取出線號(hào)卡，卡在相應(yīng)電纜芯上；關(guān)閉主端電源1和從端電源7，拆除鎧裝電纜。

4 結(jié) 論

本裝置根據(jù)鎧裝電纜對(duì)芯方法，開(kāi)發(fā)了基于STM32單片機(jī)為內(nèi)核的鎧裝電纜智能對(duì)芯裝置，實(shí)現(xiàn)了快速、高效、準(zhǔn)確、穩(wěn)定的鎧裝導(dǎo)線對(duì)芯，減少了人工對(duì)芯帶來(lái)的不便，提高了導(dǎo)線對(duì)芯效率和準(zhǔn)確性。