新型智能電纜轉角敷設專用支架的研制

麗水正好電力實業集團有限公司配網建設分公司 何靖偉 王曜飛 姚文浩 張杭浙

國網麗水供電公司南城供電分公司 劉 煜

近年來，國家對城市美化和供電安全的要求日益提高。因此，電纜隧道和電纜溝也成了城市供電的主要通道。在當前10kV電纜敷設所用時間統計過程中發現，電纜轉角敷設時間占用較長，且存在人力資源浪費和一定安全隱患，需要用優質設備去提高電纜敷設作業效率和安全性[1]。

本項目研制的新型智能電纜轉角敷設專用支架通過電動調節支架，實現電纜轉角360°平順敷設。借助電纜牽引力預警系統，避免電纜敷設過程中電纜破裂、牽引繩斷裂等危險情況發生。安裝智能感應系統，實現在線監控各個電纜轉角處的安全情況。

1 項目概述

電纜轉角敷設專用支架的研制，通過電動控制支架升降調節，實現電纜平順敷設。本項目研究的新型智能電纜轉角敷設專用支架主要包含以下兩部分內容：一是電纜牽引力預警系統，結合電纜敷設作業過程中可能出現的問題，研制電纜牽引力的預警裝置，避免電纜由于敷設過程中，所受拉力問題而引起的電纜破裂和牽引繩斷裂等情況；二是安裝智能感應系統，結合實際作業需求，通過安裝的智能感應系統，實現在線監控多個電纜轉角處的運行情況，確保電纜敷設的現場安全。

2 項目設計方案

2.1 設計思路

新型智能電纜轉角敷設專用支架采用電機驅動方式調節支架高度，可實現旁路電纜轉角360°平順敷設，解決現有支架電纜敷設高度無法調節問題[2]。研究人員利用制圖軟件繪制了如圖1所示的三維模型圖，包括主面板、尼龍輪、底部支撐腳、側面支撐腳。

分解結構設計如下：主面板。主面板由兩塊長型金屬板組成，重疊部分可以旋轉，根據電纜井大小進行調整（如圖2所示）。

圖2 主面板

尼龍輪。通過軸承安裝在中心軸上，進而固定在主面板上，結構為上小下大，方便電纜的取放（如圖3所示）。

底部支撐腳。底部支撐腳設置為可伸縮形式，固定件固定在主面板上，內桿插進外桿，外趕上通過緊定螺釘固定內桿伸出長度，松開緊定螺釘可調節底部支撐腳的長度（如圖4所示）。

圖3 尼龍輪

圖4 底部支撐腳

側面支撐腳。側面支撐腳分為連接段、中間段及尾段，連接段固定在主面板上，中間段兩端分別為同等規格的內、外螺紋，可多段連接進行加長，尾段通過螺紋連接在中間段上，可用扳手調節支撐腳長度，使裝置在平面上固定，防止電纜帶動而發生側翻（如圖5所示）。

圖5 側面支撐腳

2.2 關鍵技術

通過加裝電纜牽引力預警系統，能夠在作業時檢測現場電纜敷設過程中的相應問題，并及時解決這些問題，從而減少作業中的停工時間。

2.2.1 電纜牽引拉力傳感器

在對電纜牽引張力傳感器的研究中，引入了Dyly102系列電阻式應變張力傳感器，如圖6所示，在傳感器的最上部位置與張力傳感器相連接，下部位置與牽引傳感器和密封器電纜的牽引夾相連。從電纜張力以及張力傳感器的張力將影響來看應變電流的變化。在多芯導線的影響下，將通過拉力感應器所產生的應變電流結合在微機的智能控制電路，可以進行A/D輸出、放大和整形，從而準確地測量封口機電纜的壓力。

2.2.2 單片機智能控制電路

圖7是單片機智能控制電路的基本工作機理，將控制電路送入光電耦合器，從而確定牽引器的拖動方式。在多芯導線的情況下，傳感器還能產生電流并輸送到主傳感器的A/D電路并對信號放大整形，從而可以將處于離散情況下的圖像信號轉化為數字信息，并將數字信息傳送到單片機上。此時，由單片機所計算的導線牽引拉力數值，將能夠根據圖形的位置直接呈現在LED屏幕上（如圖7所示）。

圖6 拉力傳感器

圖7 單片機智能控制電路工作原理

當線纜的引出拉伸值與內部整定線纜引出拉伸值發生對比時，一旦發現牽引力過載、將牽引力方向及時取反，會在第一個工作時間內實現語音告警[3]。單片機的輸出信息就能夠較大程度抑制繼電器吸合。同樣，在第一個時刻內，單片機能夠實現最佳反向牽引力，牽引拉力也將會由最高減少至最低點。但如果在延時功能下，突然斷開了輸出信息控制器，單片機就會停止工作。

圖8 單片機控制程序流程

本文通過安裝智能導引系統，對每個電纜角的安全狀態進行在線監測，快速確定內部設備的故障點，有效提高了故障診斷的特支速度，縮短了事故處理的時間，同時也大大提升了作業人員的工作效率[4]。

在電纜敷設完成后，傳統的方式技術人員要對各種型號的電纜進行統計，統計完成后將剩余的電纜退庫，通常此項工作很大且十分煩瑣。而智能導引系統將省去原有復雜的工序，當電纜敷設完成后，首先智能系統將對現場剩余電纜進行掃描，檢測拉力值變化，啟動A/D采樣；然后電纜敷設記錄傳至指揮系統，指揮系統在收到電纜敷設記錄后，將根據系統的信息對其數據進行的審核，確認A/D采樣轉換完成情況；最后智能系統讀取16bit A/D轉換數據，對數據標定，得到實際拉力值嗎，由此整個單片機A/D采樣程序流程圓滿完成了（如圖9所示）。

圖9 采樣程序流程

3 技術架構

本項目開發的新型智能電纜角鋪設專用支架，在電氣調節的輔助下，可以順利地進行360°的電纜成角。在電纜鋪設過程中，使用電纜牽引報警系統，避免電纜斷裂；安裝智能引導系統，監測每個電纜拐角處的安全情況。

電動托架由無線電遙控控制，電動推桿為雙頭平板結構。推桿兩邊的平面可以根據實際需要進行定制。電纜鋪設支架安裝在推桿的頂部，支架通過無線遙控器上下調整。電纜支架的主體由一個高強度的尼龍滑輪組成，用于傳輸，而傳輸結點則配備了一個傳輸旋轉軸。安裝了重力傳感器和微型攝像機來監測電纜的鋪設。采集的數據可以通過手機應用程序和外部顯示屏幕顯示。

4 裝置功能

新型智能電纜轉角鋪設支架用于電纜轉角鋪設作業的專用儀器。該發明應用最新的數字通信、嵌入式、計算機軟件和硬件技術來收集和分析電纜井中的電纜角信息，通過提升、調整電氣，電纜牽引預警系統和智能導向系統可有效幫助操作人員監測電纜角的鋪設情況，以及電纜在井中的傳輸是否正常。該系統主要由電纜電角支架、電纜牽引預警系統和智能引導系統組成。

電動推桿是一種將電動機的旋轉運動轉變為推桿的直線往復運動的電力驅動裝置，由電機推桿和控制裝置等機構組成。在各種簡單或復雜的工藝流程中作為執行機械使用，實現了遠距離控制、集中控制或自動控制，其參數如下。額定功率：30W；永磁直流電機驅動；電壓：12V/24VDC；外置行程推桿，兩端行程任意位置可移動推桿電機；推桿是直流電機驅動，螺桿傳動，伸縮桿只能伸縮不會旋轉；電機是正負兩極，比如正極伸，負極縮，調換一下就可以改變桿伸縮方向；環境溫度-26～85℃；標準保護等級：IP54；低噪音設計，噪音等級低于50dB；推桿材料：鋁合金。

圖10 電動推桿

圖11 重力控制器的組成及連接

重力控制器外形尺寸為：84.0mm×66.2mm，安裝孔尺寸為：76.2mm×58.4mm?？刂破靼逵呻娫础⒅亓y量、CPU控制、按鍵、顯示及繼電器輸出等部分組成，如圖11所示。重力控制器上安裝了兩個繼電器，分別帶常開與常閉觸點，可以控制2路AC250V/7A或DC28V/10A以內的用電器。繼電器動作分別由兩個發光管指示。

利用微型免插電遠程手機無線高清攝影頭具有隨機挪動、云存儲、無需網絡的特點，配置磁吸支架可便攜安裝在轉角敷設支架上，通過手機APP實現遠程監控，調取電纜敷設畫面。

5 實施成效

5.1 技術優勢

新型智能電纜敷設專用支撐采用電機驅動模式，調整支架高度，實現360°旁路電纜Angle的順暢敷設，可解決現有支撐和電纜敷設高度不能調整的問題。

由于安裝了電纜牽引預警系統，在操作期間為了減少停工時間，工藝放置領域電纜的相應問題可以很快檢測和解決。

電纜轉角敷設專用支架通過智能感應系統的安裝，可在各電纜拐角安全狀況在線監測表、內部裝置上迅速確定故障部位，有效提高特殊支撐的故障診斷速度，縮短事故處理時間，幫助工作人員解決突如其來的問題。

5.2 創新點

第一，在智能感應系統的設計方面，電纜轉角敷設專用支架借助微型免插電遠程手機無線高清攝影頭，無需網絡，采用磁吸支架快速安裝，通過手機APP即可實現在線監控各個電纜轉角處的敷設情況。

第二，在電纜牽引力預警系統的設計方面，電纜轉角敷設專用支架通過電動調節支架，實現電纜轉角360°平順敷設。

5.3 存在不足問題

電機推桿又稱為線性驅動，是把發電機的轉子運動改變為與推桿的方向垂直往復運動的電驅設備。電動推桿可以在各種單一或復雜的過程中被用來進行機械調整，如進行遠程控制系統、集成控制系統和零點五自動控制。隨著操作和維護工作量的增加，將新工具轉化為電氣操作是必不可少的。作為今后的課題，可以進一步活用電動推桿等新的電氣技術，將變速器的手動操作模式升級為電氣操作模式，進一步提高實時操作的效率。