居民小區電纜識別儀的研究與應用

付麗偉馬 琪付君麗李名泰朱 輝

(1.國網天津市電力公司城西供電分公司,天津 300190;2.河北農業大學,河北 保定 071001)

隨著國民經濟的快速發展和人民生活水平的不斷提高,對供電質量和供電可靠性提出了更高的要求。當配電網線路發生故障時,應盡可能地減少停電時間、減小停電范圍。本文通過研制的居民小區電纜識別儀,精準判定供電臺區開關與居民樓之間的對應關系,發生停電時,能單獨拉開相應的開關,避免停電范圍擴大,有效提高供電可靠性。

1 現狀分析

為提高供電可靠性需要解決的一個關鍵問題就是如何準確找到居民單元樓開關的上級電源,即準確的劃分出每個居民單元樓開關是由配電室哪臺低壓柜或臺區供電[1]。由于配電規劃圖紙不全、配電站內配電電纜走向名牌丟失、配電站配電電纜名牌與用戶不對應、現場低壓線纜錯綜復雜等原因,無法確定開關線路拓撲關系,導致在發生線路故障時,或者因某些特殊意外原因(如火災)發生時,只能將整個小區全部停電,造成停電范圍擴大。因此,快速精準判定用戶到T 接箱、T 接箱到配電站的各電纜、開關對應關系,減小停電范圍,對于提高供電可靠性,維護供電企業的社會形象是十分必要的[2]。

2 小區電纜識別儀

以下研制了一種小區電纜識別儀,用于精確快速判別一束電纜中一根特定的電纜,進而判定小區配電室各低壓柜與單元樓開關之間的對應關系,便于在發生電力故障時準確做出判斷,縮小停電范圍,提高電力部門的搶修效率,減少居民及供電企業的損失。

2.1 原理分析

從原理分析,要實現對多條電纜的精確識別,首先必須實現將識別信號從電纜一端傳遞到另一端。低壓電網中,用戶表計接線盒的相線和零線與經各級開關在配電室變壓器低壓側中性點處構成聯通的電氣回路,用于識別信號的傳遞。其次,用于識別的信號不能影響電纜的正常運行。由于對運行電纜影響最大的為工頻干擾,因此,可以通過控制識別信號的頻率范圍和幅度,使之遠離50 Hz工頻信號,避免對運行電纜造成影響。

2.2 裝置研究制作

2.2.1 技術研究

方案采用一端電纜注入特征信號波,另一端檢測和識別信號特征波,以達到電纜識別的目的。由于小區電纜較長,信號波能量小,需要對波形特征進行探究和試驗,進行波形對比和識別度對比,確定易于識別的注入信號。

2.2.2 模擬信號注入

向電網注入的信號是頻率脈寬可智能調節的高頻特征小信號,耦合到電網中,信號頻率高幅值小,理論上來說對電網本身是沒有任何影響的。

根據技術調研結果和確定的信號,探究信號產生原理,模擬信號注入。本研究模擬信號注入頻率范圍為10k～500k Hz,信號幅值為0～5 V,信號持續時間為0～10 s。

2.2.3 信號識別及測試

利用傅里葉算法、突變量啟動、頻率篩選等方式進行波形識別判斷。對模擬的信號進行識別試驗,抗干擾度測試等,驗證信號識別準確度,對信號及檢測技術進行改進。仿真圖形見圖1。

圖1 仿真圖形

2.3 小區電纜識別儀組成

該裝置主要由信號發生裝置(內含4根測試導線)和信號采集裝置(內含電流互感器,電源線)兩部分組成。其中,信號發生裝置是用來產生測試信號的設備,通過測試導線線夾夾在用戶表計接線盒相線和零線端子上,電源指示燈常亮,表示電源已經接入。運行指示燈閃爍,表示儀器正常運行。按下注入按鍵,注入指示燈亮,表示信號注入。信號采集裝置是用來采集識別信號的設備。接入電源,電源指示燈亮,表示儀器已接入電源。信號采集裝置面板的模擬量測量一端是電流互感器卡在T 接箱開關下口電纜上,另一端是插針形式插到信號采集裝置的模擬量測量接口。通過電流互感器采集的電流信號,并輸入到采集裝置的模擬量采集通道,若某通道的告警燈亮,則說明該通道采集到特征信號,即配電室該開關、相別對應此居民單元樓開關。

小區電纜識別儀信號采集面板共16個通道,3個通道為一組,分別對應一個開關的U、V、W相,可以同時對5個開關15個相別查找(有1個備用通道)。大大提高了開關對應關系查找速度。小區電纜識別儀技術原理見圖2。小區電纜識別儀箱體見圖3,小區電纜識別儀配件見圖4。

圖2 小區電纜識別儀技術原理

圖3 小區電纜識別儀箱體

小區電纜識別儀面板各組成部分及功能如下。

a.信號發生裝置:采用單片機進行信號發生控制;

b.注入指示燈:按下時進行信號注入;

c.信號采集裝置:利用單片機進行采集信號解析,控制邏輯分析等;

圖4 小區電纜識別儀配件

d.開關:控制裝置通電與斷電;

e.保險管:1 A 保險管;

f.電源座:供電插座;

g.復位按鍵:長按2 s后松開進行告警燈復位;

h.源燈:指示電源接入情況;

i.運行燈:電源接入后運行燈閃爍表示正常運行;

j.告警燈:常滅,在檢測到特征電流信號時變亮;

k.模擬量輸入端:將電流互感器的輸出接到該端子上,進行模擬量輸入。

3 裝置現場應用及應用效果

3.1 裝置現場應用

小區電纜識別儀制作完成之后,研究人員在天津市電力公司“低壓配網營配融合”工作涉及的某小區現場對裝置進行了現場測試。

首先將測試導線線夾夾在某小區3-1-101戶表的接線盒下口的端子上(紅色線夾夾在相線上,黑色線夾夾在零線上),線夾的另一端接到信號發生裝置的相應接口。將信號采集裝置的配件電流互感器卡在T 接箱1號開關U、V、W 相上,電流互感器另一端插到信號采集裝置的模擬量測量接口。此時,通道1的指示燈亮,說明該戶戶表開關對應此T 接箱1號開關的U 相。

將電流互感器卡在T 接箱2號開關U、V、W相上,此時信號采集裝置的通道指示燈均不亮,說明用戶戶表開關與T 接箱2號開關不對應。

按照此種方法對該小區其他戶表開關及T 接箱開關進行了試驗,試驗結果與實際情況均一致,充分說明該裝置的準確性。

利用同樣的方法,對T 接箱至配電室開關對應關系進行了驗證。將測試導線線夾夾在某小區T 接箱接線盒下口的端子上(紅色線夾夾在相線上,黑色線夾夾在零線上),線夾的另一端接到信號發生裝置的相應接口。將信號采集裝置的配件電流互感器卡在配電室1號開關U、V、W 相上,電流互感器另一端插到信號采集裝置的模擬量測量接口。此時,通道2的指示燈亮,說明該T 接箱對應此配電室1號開關的V 相。

將電流互感器卡在配電室2號開關U、V、W相上,此時信號采集裝置的通道指示燈均不亮,說明T 接箱與配電室2號開關不對應。試驗結果也同樣表明此裝置的準確性。從實用性分析,研究的小區電纜識別儀能通過通道指示燈指示,快速精準判別小區配電室各開關與單元樓開關之間的對應關系,不再僅能依靠電纜標識牌和電纜的規格、顏色、芯數等間接手段反復比對確認進行識別,可以大幅提高識別效率和準確率。

3.2 應用效果

a.不需要將用戶停電就能進行電纜識別查找工作;

b.由于向電網注入的信號是頻率脈寬可智能調節的高頻特征小信號,理論上不影響供電安全可靠性;

c.電纜識別儀體積小(30 cm×22 cm×20 cm(長×寬×高)),便于攜帶工作。

4 結束語

針對供電臺區開關與居民樓對應關系不明確的問題,研制出居民小區電纜識別儀。該裝置能解決無完整電路規劃圖的小區、用戶群的電纜識別問題;快速、準確判定用戶開關到T 接箱、T 接箱到配電室的各線路、開關對應關系;發生故障時準確作出判斷,提高工作效率,提高供電可靠性,有效解決了營配融合工作進度慢、耗費人力物力且劃分不精確的問題。居民小區電纜識別儀信號識別準確度高、便攜式設計、便于現場作業、操作簡單、安全性好,大大減少了人力、物力、財力的投入,建議在配電系統全面推廣使用。