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(kuò)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(yùn)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(yàn)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(yàn)工作中，電纜芯線校線工作一直存在耗時(shí)、費(fèi)力的問題。對多芯電纜進(jìn)行校線時(shí)，一般需要兩名及以上技術(shù)人員，攜帶對講機(jī)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(diǎn)短接，使用萬用表將電纜對端各芯線逐芯與接地點(diǎn)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(fèi)時(shí)費(fèi)力且容易出錯(cuò)，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(diǎn)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(shí)情況進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測，統(tǒng)計(jì)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(shí)統(tǒng)計(jì)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(gè)環(huán)節(jié)，校驗(yàn)平均耗時(shí)855.8 s，其中剝電纜芯和電纜芯校對占總流程時(shí)長的70%，超過總耗時(shí)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(jī)模式自動(dòng)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(dòng)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(jī)兩種形式，較PLC控制模式來說，單片機(jī)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)模擬試驗(yàn)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(shí)，泄壓安全閥自動(dòng)開啟減壓防爆功能；熱敏電阻過流短路溫度劇升時(shí)，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(shí)，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(bào)警器和偏向于視覺指示的燈珠。高分貝報(bào)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(yàn)端子

試驗(yàn)端子涉及主機(jī)與從機(jī)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(jī)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(jī)械強(qiáng)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(shí)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(jì)框圖如圖3所示。測試初始階段，主機(jī)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(jī)，從機(jī)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(jī)均設(shè)有光提醒功能，主機(jī)紅色LED燈依次點(diǎn)亮顯示，從機(jī)綠色LED燈亮表示測試通過。設(shè)置主機(jī)起置位點(diǎn)亮?xí)r長5 s，剩余位依次點(diǎn)亮2 s，校線接好后，只需在從機(jī)端找到起置位，便可以依次獲得剩余纜芯校驗(yàn)序號。

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

依據(jù)校線儀動(dòng)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(jī)配置有10芯接口，地址信息為2進(jìn)制，另外配一個(gè)公共端，從機(jī)對應(yīng)主機(jī)接口設(shè)置10芯接收端。程序開始后，由第1個(gè)10芯校線端的第1點(diǎn)T0始，至第10個(gè)接收端的T9止，地址定義依次為0-00，0-01，0-02，…，0-09總計(jì)10個(gè)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(shí)顯示，其他依次2 s延時(shí)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(jì)圖（如圖4所示），按照裝置外觀設(shè)計(jì)圖對外殼進(jìn)行開孔。

圖4 主、從機(jī)外觀設(shè)計(jì)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(yàn)證智能型二次電纜校線儀在實(shí)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(yàn)，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(shí)統(tǒng)計(jì)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(shí)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(gè)變電站，若有40面屏需要二次電纜校驗(yàn)，則可節(jié)省約240 h，大幅縮短了校線時(shí)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(dòng)作迅速、能耗低，試驗(yàn)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(diǎn)運(yùn)行，智能型二次電纜校線儀顯著提高了故障排查與新站驗(yàn)收效率，縮短了停電檢修時(shí)間，為大修、技改、驗(yàn)收和設(shè)備消缺工作帶來有力保障。