智能型二次电缆校线仪的研制及应用

邢文珑，邢 钢，姜 华，郭晓东，董鹏程

（内蒙古电力（集团）有限责任公司乌兰察布供电分公司，内蒙古 乌兰察布 012000）

0 引言

近年来，随着地区供电负荷的不断增加，变电站建设规模不断扩大，在变电站二次系统调试及设备消缺工作中，继电保护专业面临着人手紧、任务重的双重压力。就目前变电站使用的多芯电缆而言，虽然有数字标号或颜色标识，但在运行过程中标号或色号容易脱落，难以辨别，造成二次电缆的校验工作存在困难。本文针对变电站二次电缆传统校线方法存在的问题，研制了智能型二次电缆校线仪，并在现场进行了应用。

1 传统校线方法存在的问题

变电站二次回路检验工作中，电缆芯线校线工作一直存在耗时、费力的问题。对多芯电缆进行校线时，一般需要两名及以上技术人员，携带对讲机和万用表在电缆两端进行操作。操作中，先剥开二次电缆两端外皮，露出电缆芯，之后将电缆一端芯线与接地点短接，使用万用表将电缆对端各芯线逐芯与接地点通断，当听到“滴滴”蜂鸣声，则表示找到该芯线，校对完毕并进行标记。采用上述方法逐一进行校线，假定有i根待测线缆芯，则采用传统方式需要使用万用表测量i（i-1）/2次。传统校线流程如图1所示。该方法需要两名工作人员在电缆两端密切配合进行多次沟通和测量短接操作，费时费力且容易出错，工作效率较低，受工作现场环境影响因素较大。

图1 变电站二次电缆传统校线流程Fig.1 Traditional alignment process of secondary cables in substations

目前变电站二次电缆多为14芯或10芯电缆，考虑留有一定的备用芯，重点分析10芯电缆校线状态。对某220 kV线路工程单间隔单根10芯电缆校线不同环节的耗时情况进行了现场实测，统计结果如表1所示。

表1 单根10芯电缆校线各环节耗时统计Tab.1 Time consuming statistics of each link of single 10-core cable calibration s

由表1可知，单根10芯电缆校线过程包括剥去电缆外皮、剥出电缆芯、电缆芯校对三个环节，校验平均耗时855.8 s，其中剥电缆芯和电缆芯校对占总流程时长的70%，超过总耗时的一半。

2 智能型二次电缆校线仪的研制

2.1 模块选择

鉴于传统校线方法存在的问题，受网线巡线仪启发，采用主从机模式自动测试方法，研制一款可单人手持操作、体积小、质量小，满足日常低功耗使用需求的装置，装置整体方案选择如图2所示。

图2 整体方案选择Fig.2 Overall program selection

2.1.1 控制模块

集成控制模块要对外部测量回路输入的信号进行反馈，驱使信号指示回路给出正确的动作结果，是装置的核心部件。目前使用的集成控制模块主要有可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）与单片机两种形式，较PLC控制模式来说，单片机开发难度较大。PLC控制模块分为整体式和模块式，其中整体式PLC属于一体化板件，拥有体积小、质量小、便携性强等优点，经模拟试验100次，其平均响应速度为7 ms；而模块式PLC需要多种模块配合使用，体积较大，便携性差。因此装置选用整体式PLC作为控制模块。

2.1.2 电源模块

装置采用可循环使用的可充电锂电池。可充电锂电池具有泄压安全阀、热敏电阻、高分子隔膜三重防线保障，其中泄压安全阀分层释放微触开关，内部高压时，泄压安全阀自动开启减压防爆功能；热敏电阻过流短路温度剧升时，其电阻增大，切断电流，停止输出；高分子隔膜温度升至160℃以上时，其微孔闭合，进行物理隔离，停止电流流通，具有良好的安全性能。

2.1.3 信号指示

信号指示分为偏向于听觉指示的高分贝报警器和偏向于视觉指示的灯珠。高分贝报警器在使用寿命上存在明显的不足，常因干扰而变音或无音。而校线现场往往噪声很大，准确性差，因此装置选用24 V LED灯珠。

2.1.4 试验端子

试验端子涉及主机与从机的校线端和公共端。校线端选用探针式，不破坏缆芯即可达到目的。公共端采用香蕉插座简易化拔插，现场接线简单，可以将主、从机的公共端均接于地，在元器件的使用上优于外接引线的方式。

2.1.5 装置外壳

装置外壳要求具有良好的绝缘性、机械强度和抗腐蚀性，另外，质轻、易加工、易观察等也是方案选取的要求。阻燃型非透明盒抗腐蚀性较弱，且观察不到盒内情况，交互性弱。防水型透明盒可以用于有水汽溅射、较潮湿或灰尘较多的现场，外壳绝缘电阻大于10 MΩ，耐水、防腐蚀、透明的外壳有助于及时发现损坏件并予以修理更换，可用于该装置。

2.2 工作原理

智能型二次电缆校线仪采用FX2N PLC为核心板件进行数据处理与控制，原理设计框图如图3所示。测试初始阶段，主机发出高电平信号，通过探针校线端与缆芯接触后传输至从机，从机接收端子识别到高电平后LED灯珠立即显示测试结果。主、从机均设有光提醒功能，主机红色LED灯依次点亮显示，从机绿色LED灯亮表示测试通过。设置主机起置位点亮时长5 s，剩余位依次点亮2 s，校线接好后，只需在从机端找到起置位，便可以依次获得剩余缆芯校验序号。

图3 智能型二次电缆校线仪工作原理设计框图Fig.3 Design diagram of working principle of intelligent secondary cable calibration

依据校线仪动作逻辑关系进行了编程，使PLC具备校线测试功能，即主机配置有10芯接口，地址信息为2进制，另外配一个公共端，从机对应主机接口设置10芯接收端。程序开始后，由第1个10芯校线端的第1点T0始，至第10个接收端的T9止，地址定义依次为0-00，0-01，0-02，…，0-09总计10个地址。下一组地址定义为1-00，1-01，1-02，…，1-09，依次类推，循环往复。指示灯起置位5s延时显示，其他依次2 s延时显示。

2.3 组装制作

（1）购置校线仪所需配件，依据配件尺寸绘制装置外观设计图（如图4所示），按照装置外观设计图对外壳进行开孔。

图4 主、从机外观设计图Fig.4 Master and slave appearance design drawings

（2）绘制装置电气接线图纸（如图5所示），对照电气原理图，使用专用工具将各部分进行连接并组装。

图5 智能型二次电缆校线仪电气接线图Fig.5 Electrical wiring diagram of intelligent secondary cable calibration instrument

（3）组装完成后，对应图纸进行反复检查，确认接线无误。智能型二次电缆校线仪如图6所示。

图6 智能型二次电缆校线仪成品Fig.6 Finished product of intelligent secondary cable calibration instrument

3 应用效果

为验证智能型二次电缆校线仪在实际工作中的应用效果，2021年在某220 kV QJ变电站进行了现场试验，测试结果见表2。

表2 220 kV QJ变电站部分回路电缆校线用时统计Tab.2 Statistical table of time used for calibration of partial loop cable of 220 kV QJ station

由表2可知，该装置现场校线准确率为100%，且15次单根10芯电缆平均测试时间为320 s，与改进前相比节省了535.5 s。

以某变电站单面测控屏40根电缆为例，平均可以节省6 h，推算至整个变电站，若有40面屏需要二次电缆校验，则可节省约240 h，大幅缩短了校线时间，提升了工作效率。

4 结束语

智能型二次电缆校线仪基于PLC模块控制，开关变量采集灵敏、动作迅速、能耗低，试验接线模块集成化，兼顾了开发难度和装置使用的可靠性。该装置可单人手持使用，能够应付各种复杂的工作环境。经多单位试点运行，智能型二次电缆校线仪显著提高了故障排查与新站验收效率，缩短了停电检修时间，为大修、技改、验收和设备消缺工作带来有力保障。