劉曉波，陳志勇，李月文，王 珂，高云峰

（烏蘭察布供電公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，變壓器故障會(huì)引起大面積停電，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響，高壓試驗(yàn)對于變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要[1-2]。在變壓器高壓試驗(yàn)準(zhǔn)備階段，各種儀器的連接線箱內(nèi)部擺放雜亂，且試驗(yàn)線過多不便攜帶，每次都需要人工查找連接線并用萬用表檢測通斷，以避免把損壞的試驗(yàn)線帶入工作現(xiàn)場；試驗(yàn)完成后，試驗(yàn)人員又需要將不同儀器的連接線收回到各自線箱，而各試驗(yàn)線箱無標(biāo)志，極易放錯(cuò)或遺漏，無法直觀掌握現(xiàn)場連接線的回收情況，需要試驗(yàn)人員、試驗(yàn)負(fù)責(zé)人多次檢查確認(rèn)，存在安全隱患。而且，因試驗(yàn)的準(zhǔn)備及收尾時(shí)間長，造成了不必要停電時(shí)間的延長。

針對上述問題，本文設(shè)計(jì)了一種智能型變壓器試驗(yàn)接線箱，解決了試驗(yàn)連接線擺放雜亂等問題，并縮短了變壓器試驗(yàn)準(zhǔn)備階段及收尾階段用時(shí)，可避免因連接線遺漏在變壓器上引發(fā)的電力安全事故，同時(shí)也提高了試驗(yàn)工作效率。

1 變壓器試驗(yàn)準(zhǔn)備及收尾階段工作內(nèi)容及耗時(shí)分析

1.1 工作內(nèi)容

1.1.1 準(zhǔn)備階段

1.1.1.1 準(zhǔn)備儀器

（1）選擇變壓器試驗(yàn)所需儀器。

（2）查看儀器是否在檢定周期。

（3）通電檢查儀器是否能正常使用。

1.1.1.2 準(zhǔn)備連接線

（1）查找各試驗(yàn)儀器所需連接線。

（2）用萬用表檢查各種連接線損壞情況。

1.1.2 收尾階段

1.1.2.1 收拾儀器

（1）確保儀器的開關(guān)、旋鈕等操作機(jī)構(gòu)復(fù)位歸零。

（2）確保儀器收納箱及面板整潔無異物。

1.1.2.2 收集連接線

（1）收拾連接線并放置回線箱。

（2）反復(fù)排查變壓器上有無遺留試驗(yàn)連接線，清點(diǎn)連接線數(shù)量種類。

1.2 各階段耗時(shí)統(tǒng)計(jì)分析

針對烏蘭察布供電公司2020年6次變壓器試驗(yàn)，試驗(yàn)人員均為3人，對試驗(yàn)連接線準(zhǔn)備及收尾各階段耗時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。

表1 準(zhǔn)備及收尾各階段用時(shí)統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Statistical table of preparation and closing time min

在準(zhǔn)備階段，準(zhǔn)備儀器平均用時(shí)為13.1min，準(zhǔn)備連接線平均用時(shí)為23.2min；試驗(yàn)收尾階段，收拾儀器平均用時(shí)為12min，收集連接線平均用時(shí)為20.7min。整個(gè)過程中關(guān)于連接線的時(shí)間消耗為43.9min，關(guān)于儀器的時(shí)間消耗為25.1min，準(zhǔn)備及收尾總計(jì)用時(shí)為69min，準(zhǔn)備及收尾各階段耗時(shí)占比見圖1。準(zhǔn)備及收集連接線耗時(shí)占比達(dá)63.6%，關(guān)于連接線的時(shí)間消耗遠(yuǎn)大于試驗(yàn)儀器的時(shí)間消耗。因此，要想縮短變壓器試驗(yàn)準(zhǔn)備及收尾耗時(shí)，重點(diǎn)在于縮短準(zhǔn)備及收集連接線時(shí)間。目前國內(nèi)也有相關(guān)人員提出解決辦法，但基本上以改變管理方式為主，技術(shù)類措施主要是制作模塊化線箱，效果并不理想[3-8]?；诖耍兄屏酥悄苄妥儔浩髟囼?yàn)接線箱，以滿足分類放置、固定設(shè)備、自動(dòng)檢測、視覺識別等需求。

圖1 準(zhǔn)備及收尾各階段耗時(shí)占比Fig.1 Time consumption ratio of preparation and closing phase

2 智能型變壓器接線箱的設(shè)計(jì)

智能型變壓器試驗(yàn)接線箱主要由三部分組成，分別為線箱箱體、核心控制電路與控制面板。

2.1 線箱箱體

一臺變壓器的高壓試驗(yàn)包括繞組直流電阻試驗(yàn)、有載分接開關(guān)試驗(yàn)、繞組短路阻抗試驗(yàn)、介損及電容量試驗(yàn)、絕緣電阻與繞組變形試驗(yàn)等[9-10]。絕緣電阻試驗(yàn)中兆歐表試驗(yàn)接線隨儀器放置在一起，無需單獨(dú)收納，繞組變形試驗(yàn)為診斷性試驗(yàn)項(xiàng)目，在常規(guī)試驗(yàn)中使用不頻繁。對此，設(shè)計(jì)線箱中存放的連接線種類包括直流電阻線（有載分接開關(guān)試驗(yàn)、繞組短路阻抗試驗(yàn)可通用）、介損線、短接銅線、電源線與接地線，即可滿足變壓器的試驗(yàn)要求。

按照連接線占用體積，選擇規(guī)格為長555mm、寬520mm、高250mm，材質(zhì)為鋁合金的航空箱作為線箱箱體。箱體內(nèi)部分為上下兩層布置，分別為各連接線設(shè)置單元格并放置文字標(biāo)簽，如圖2所示。

圖2 線箱結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Junction box structure diagram

2.2 核心控制電路

針對線箱內(nèi)連接線的準(zhǔn)備和回收需求，設(shè)計(jì)了自動(dòng)檢測電路，根據(jù)線箱內(nèi)試驗(yàn)連接線的導(dǎo)通情況，做出是否有遺漏及損壞的判斷。并根據(jù)判斷結(jié)果輸出信號至報(bào)警顯示裝置，該裝置可發(fā)出聲光動(dòng)作指示，利用該功能可將以前萬用表測量連接線是否完好的繁瑣檢查過程轉(zhuǎn)換為一鍵檢測。

2.2.1 核心電路

以STC89C52單片機(jī)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)線箱核心控制電路，采用C語言編程，核心控制電路結(jié)構(gòu)見圖3。由4個(gè)連接線檢測接口采集連接線的回收情況，即無損壞的連接線放置回線箱則電路導(dǎo)通，通過各指示窗口的LED指示燈指示每根連接線的回收狀態(tài)。以直流電阻線為例，單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分別采集直流電阻線L1相、L2相、L3相和O相的缺失與損壞情況，P1.4、P1.5、P1.6、P1.7對應(yīng)輸出TTL電平驅(qū)動(dòng)LED指示燈。如L1相缺失或損壞，則P1.4輸出以1 s為周期的高低電平交替信號，驅(qū)動(dòng)指示燈LED1以1 s為周期閃爍；連接線放置完好，則對應(yīng)指示燈常亮。若4根直流電阻線齊全，則直流電阻線完備指示（P2.3）輸出為低電平，LED16常亮，否則輸出高電平，完備指示燈滅。其他檢測接口與此原理相同。若所有連接線齊備無損壞，則P2.0口輸出高電平至開箱觸發(fā)單元，否則輸出低電平。

圖3 核心控制電路結(jié)構(gòu)Fig.3 Core control circuit diagram

2.2.2 開箱觸發(fā)單元

開箱觸發(fā)單元可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外顯示裝置交替工作功能，達(dá)到電路合理化、資源化及節(jié)省電能的目的，設(shè)計(jì)電路如圖4所示?；魻栭_關(guān)由安裝在箱蓋上的磁鐵觸發(fā)，箱蓋閉合時(shí)磁鐵觸發(fā)兩個(gè)霍爾開關(guān)同時(shí)動(dòng)作輸出低電平。若單片機(jī)P2.0口輸出高電平，可用指示燈亮，報(bào)警蜂鳴器不動(dòng)作，表示各連接線完好齊備；若單片機(jī)P2.0口輸出低電平，則可用指示燈滅，蜂鳴器動(dòng)作報(bào)警，提示連接線有損壞或遺漏情況。利用該功能試驗(yàn)人員可在不開箱蓋情況下一鍵檢測連接線是否完好，節(jié)省了時(shí)間。

圖4 開箱觸發(fā)單元電路Fig.4 Open-box trigger unit circuit

2.2.3 連接線的固定與接口

為保證連接線在收集與搬運(yùn)過程中整齊有序，不同連接線設(shè)置不同固定方式。在直流電阻線、介損線、電源線與接地線放置區(qū)，設(shè)計(jì)了與連接線頭相匹配的插槽，該插槽具有接通檢測電路和固定連接線的雙重作用；在裸銅線放置區(qū)，根據(jù)其收集方式，在每個(gè)單元格的中間設(shè)計(jì)兩個(gè)線夾，當(dāng)整卷銅線放置到位時(shí)兩線夾之間檢測電路導(dǎo)通，線夾材質(zhì)為彈性較好的錳鋼，可很好地保持線夾的咬合力。

2.3 控制面板

按照箱體尺寸及核心電路功能設(shè)計(jì)了控制面板?？刂泼姘宸譃閮?nèi)外兩塊，采用2mm厚閃光銀滲透印刷。內(nèi)部控制面板布置各連接線完好指示燈及充電電池電量指示窗等，外部告警面板布置總電源、可用指示燈及報(bào)警蜂鳴器。內(nèi)外顯示面板由布置在箱蓋的開箱觸發(fā)單元控制交替工作，當(dāng)箱蓋閉合時(shí)，內(nèi)面板停止工作，可通過外面板查看內(nèi)部連接線是否齊備，打開箱蓋后，外面板停止工作，內(nèi)面板指示燈顯示每根連接線的詳細(xì)情況?？刂泼姘逶O(shè)計(jì)圖如圖5所示。

圖5 控制面板設(shè)計(jì)圖Fig.5 Design diagram of control panel

3 應(yīng)用效果分析

將智能型變壓器試驗(yàn)接線箱投入現(xiàn)場應(yīng)用，結(jié)果表明，該接線箱在整體尺寸、連接線種類數(shù)量、單元格設(shè)置等方面均可滿足現(xiàn)場作業(yè)要求；線箱具備分類放置、固定設(shè)備、自動(dòng)檢測、視覺識別等多種功能，解決了試驗(yàn)連接線擺放雜亂的問題，有效縮短了變壓器試驗(yàn)中整線、理線及收線時(shí)間。線箱整體效果如圖6所示。

圖6 線箱整體效果Fig.6 Overall effect of junction box

烏蘭察布供電公司在秋查期間，對智能型變壓器試驗(yàn)接線箱的使用效果及數(shù)據(jù)進(jìn)行了現(xiàn)場記錄，試驗(yàn)人數(shù)同樣為3人，結(jié)果見表2。由表2可見，單臺變壓器試驗(yàn)準(zhǔn)備階段及收尾階段用時(shí)由69min縮短至37.2min，平均節(jié)省時(shí)間31.8min。

表2 使用效果統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical table for using effect min

智能型變壓器試驗(yàn)接線箱的使用將檢查遺留連接線的過程由試驗(yàn)人員主動(dòng)排查轉(zhuǎn)變?yōu)轱@示面板的客觀指示信息，有效防范了因作業(yè)面狹小、試驗(yàn)現(xiàn)場光線不足、試驗(yàn)人員精神狀態(tài)不佳等導(dǎo)致誤檢的風(fēng)險(xiǎn)，杜絕了因連接線遺留變壓器上而引發(fā)的電力安全事故，提高了電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性與供電可靠性。

4 結(jié)語

本文針對變壓器試驗(yàn)儀器的連接線箱內(nèi)部擺放雜亂，每次工作前因找線、理線而耗時(shí)耗力，且對試驗(yàn)結(jié)束后現(xiàn)場連接線的回收情況無法直觀掌握等問題，研制了智能型變壓器試驗(yàn)接線箱。該接線箱在應(yīng)用過程中的可操作性強(qiáng)，可有效縮短變壓器試驗(yàn)準(zhǔn)備及收尾階段用時(shí)。由于電網(wǎng)中變壓器運(yùn)行數(shù)量龐大、電氣試驗(yàn)頻繁，該裝置的推廣應(yīng)用前景可觀。