二次回路拆搭接對(duì)線工具的研制與應(yīng)用研究

胡昌選，肖馳夫，黃建波

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司超高壓分公司，浙江 杭州 310000）

在我們的日常生活工作中，電能越來越不可或缺，因此電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，會(huì)受到各種各樣因素的影響，而繼電保護(hù)能夠?qū)⑦@些因素的影響降至最低的程度，保障系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。隨著電力設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的增加，電力設(shè)備將不可必免的發(fā)生老化等情況，同時(shí)隨著我國(guó)在繼保方面科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，進(jìn)口保護(hù)測(cè)控的國(guó)產(chǎn)化提上日程，而與之帶來的情況就是每年公司都需要負(fù)責(zé)大量的二次改造工程，二次回路拆搭接作為改造關(guān)鍵環(huán)節(jié)，占用了較多的檢修資源，并一直伴隨著的檢修風(fēng)險(xiǎn)，因此設(shè)計(jì)一種安全、高效的新型二次回路拆搭接工具迫在眉睫。

1 設(shè)計(jì)思路

1.1 對(duì)線工具

傳統(tǒng)的對(duì)線工具是利用萬(wàn)用表的通斷情況，再輔助使用一些例如短接線等簡(jiǎn)單設(shè)備來完成電纜的對(duì)線工作，即同一根電纜兩側(cè)各有2 人（1 人工作，1 人監(jiān)護(hù)）。工作時(shí)，告知電纜遠(yuǎn)端處的人員需對(duì)線的電纜，遠(yuǎn)端人員將對(duì)應(yīng)電纜與大地連接后，電纜近端人員使用工具，逐根電纜檢查驗(yàn)證。驗(yàn)證正確期間需要在同一根電纜上通斷數(shù)次，以此來保證兩端是同一根電纜。核對(duì)完成后，同一根電纜兩側(cè)放上相應(yīng)的線纜標(biāo)志管，其上面具備相應(yīng)的回路編號(hào)與電纜規(guī)格型號(hào)等，這種方法不僅工作量劇增，還伴隨著大量的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 新型對(duì)線工具

針對(duì)以上傳統(tǒng)對(duì)線工具的不足，有一種基于電纜芯線的方法，該方法在電纜芯線中輸出電壓電流，有可能會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)情況，在實(shí)際使用中存在一定的局限性。還有一種基于聲波的方法，該方法在芯線較少時(shí)容易造成設(shè)備多端口的閑置情況，且易受到環(huán)境等其他因素的影響。

為了能夠設(shè)計(jì)出便利、低廉、實(shí)用的新型對(duì)線工具，制定了性能標(biāo)準(zhǔn)：

（1）使用便利，工作方式靈活，操作簡(jiǎn)單；

（2）絕緣性能強(qiáng)，安全性高、準(zhǔn)確度高、性能穩(wěn)定；

（3）成本低、體積小、易于推廣。

因此本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)STC8-LQFP44 芯片的新型對(duì)線工具，且制造成本低，使用便利，可先判別電纜帶電情況，再使用2 臺(tái)對(duì)線工具互相配合，遠(yuǎn)端設(shè)備間歇性發(fā)送信號(hào)，通過近端設(shè)備判別電纜通斷狀態(tài)來判別對(duì)線情況。

2 系統(tǒng)原理及構(gòu)成

2.1 工作原理

本對(duì)線工具無需使用任何公共用線（包含接地線），只需2 臺(tái)設(shè)備配合使用即可。此時(shí)1#對(duì)線裝置切換至通斷判別模式（該裝置位于電纜接頭近端側(cè)），2#對(duì)線裝置切換至間歇接地功能模式（該臺(tái)裝置在電纜接頭的遠(yuǎn)端側(cè)）。處于接地功能模式的裝置，一只接電纜頭，另一只接大地。為了減輕施工人員的工作強(qiáng)度，采用自動(dòng)間歇的接地方式，通斷間隔為1s，以便于對(duì)側(cè)施工人員的判斷。處于對(duì)線測(cè)試模式的裝置，在結(jié)合另一臺(tái)裝置的自動(dòng)間歇式接地功能，通過測(cè)量接入回路的電流，自動(dòng)判別回路是否通斷，減輕施工人員的工作強(qiáng)度（此時(shí)通過電纜、2 臺(tái)裝置、大地形成1 個(gè)閉環(huán)回路）。工作時(shí)的示意圖如圖1 所示，其中對(duì)線功能中包含電壓測(cè)量與通斷判別功能，接地功能包含電壓測(cè)量與間歇接地功能。

圖1 工作原理示意圖

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本次設(shè)計(jì)的二次回路對(duì)線由電源開關(guān)、3 個(gè)功能按鈕（電壓測(cè)量、通斷判別、間歇接地）。5 個(gè)狀態(tài)指示燈組成。

（1）芯片：由于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境較為復(fù)雜，所以對(duì)MCU 處理單元的抗干擾能力要求比較高，因此選用了綜合性能較好的國(guó)產(chǎn)主芯片STC8-LQFP44，其性能穩(wěn)定可靠，AD 采樣精度達(dá)12 位，速度快，在工業(yè)控制領(lǐng)域具有出色表現(xiàn)，完全能滿足使用要求。

（2）狀態(tài)指示燈：狀態(tài)指示燈分為間歇接地、通斷判別、有電報(bào)警、充電、已充滿。其中前3 種顯示為設(shè)備當(dāng)前的工作狀態(tài)，紅燈是線路存在電壓（交直流均大于5V）的告警，此時(shí)不能切換到通斷判別或間歇接地，工具會(huì)自動(dòng)回到電壓測(cè)量模式。綠燈表示在對(duì)線時(shí)是導(dǎo)通的。黃燈表示間歇接地時(shí)處于接地狀態(tài)（該模式下的通斷時(shí)間各為1s，所以黃燈也是1s 亮1s 滅）。后2 種為充電指示燈

（3）電壓測(cè)量模塊：電壓測(cè)量模塊是基于數(shù)字采樣原理進(jìn)行交流（AC）和直流（DC）電壓的自動(dòng)測(cè)量，該功能能夠?qū)崿F(xiàn)交直流自適應(yīng)驗(yàn)電，直流和交流電壓的測(cè)量范圍均為0 ～250V，適用范圍廣。為了防止工作中誤操作的發(fā)生，在進(jìn)行由電壓測(cè)量切換到其他功能時(shí)，需要第二次確認(rèn)。

（4）通斷判別模塊：通過測(cè)量接入回路的電流，判斷回路是否通斷，同時(shí)結(jié)合自動(dòng)間歇接地功能，利用軟件自動(dòng)判別回路是否通斷。

（5）間歇接地功能模塊：接地功能采用自動(dòng)間歇接地方式，完成判別，帶電時(shí)，裝置處于安全模式，不能進(jìn)行任何有效的接地、搭接等后續(xù)操作；只有判別電纜芯線不帶電時(shí)，本裝置方可進(jìn)行下一步的接地、對(duì)線等操作。

（6）顯示模塊：顯示屏是本對(duì)線工具的重要組成部分，其用于顯示功能檔位，還能顯示測(cè)試結(jié)果。而液晶顯示屏的屏閃現(xiàn)象相對(duì)較少，不會(huì)出現(xiàn)“燒屏”現(xiàn)象，老化相對(duì)緩慢，成本較低，因此選擇了液晶顯示屏幕。

（7）紅/黑表筆接線柱：此為插拔式接線端子，工作時(shí)，紅色表筆接于電纜芯線導(dǎo)體部位，黑色表筆接于接地網(wǎng)。2 臺(tái)設(shè)備配合使用時(shí)，需接入相同的接地網(wǎng)絡(luò)。

（8）裝置面板材料：面板材料選擇的是環(huán)氧樹脂，該材料不僅易于加工、重量輕，而且絕緣性能較好，成本低廉，在保證安全性的前提下，使用也較為便利。

對(duì)線工具外觀布置圖如圖2 所示。

圖2 對(duì)線工具外觀布置圖

3 使用步驟與注意事項(xiàng)

以一根電纜芯線為例，運(yùn)用對(duì)線工具進(jìn)行對(duì)線工作時(shí)，按照如下步驟進(jìn)行，如圖3 所示。

圖3 對(duì)線工具判斷邏輯圖

（1）按下電源開關(guān)后，需確認(rèn)此時(shí)為電壓測(cè)量功能，并將對(duì)線工具與待校對(duì)電纜芯線進(jìn)行連接，交直流和直流極性會(huì)自動(dòng)判別。但必須先判斷待校對(duì)電纜芯線是否帶電，再切換至通斷判別或間歇接地功能。

（2）用電壓測(cè)量檔確認(rèn)線路無電壓后，才能轉(zhuǎn)通斷判別檔（需與另一端設(shè)備的間歇接地功能配合使用），并在LCD 屏幕上顯示，當(dāng)待對(duì)線線路上的交直流電壓都低于5V，方能進(jìn)行通斷判別，同時(shí)狀態(tài)指示綠燈也亮。而當(dāng)通斷判別后，LCD 屏幕將顯示此時(shí)是斷開狀態(tài)，狀態(tài)指示綠燈也會(huì)同時(shí)熄滅。

（3）當(dāng)對(duì)待校對(duì)電纜的一方準(zhǔn)備進(jìn)行通斷判別時(shí)，需另一方將自己的本項(xiàng)目工具處于間歇接地的功能，并在LCD 屏幕上顯示。

（4）觀察LCD 屏幕上的顯示結(jié)果，判斷待校對(duì)電纜的通斷情況，并做好相關(guān)標(biāo)記，此時(shí)校對(duì)完畢，關(guān)閉電源。

為了保證人身安全與節(jié)約能源，在任何功能狀態(tài)下都可以直接按電壓測(cè)量鍵，退出當(dāng)前功能，返回電壓測(cè)量狀態(tài)。任何狀態(tài)下，3~5min 停止使用，會(huì)在一聲提示音后，自動(dòng)休眠，關(guān)閉顯示屏，值得注意的是休眠不是徹底關(guān)機(jī)，電池還和線路相連，會(huì)有微弱的耗電，并可能意外開機(jī)。所以工作結(jié)束后，還需關(guān)閉電源開關(guān)，徹底切斷電池和線路的連接。

4 技術(shù)創(chuàng)新

（1）本新型對(duì)線工具在使用中，當(dāng)條件滿足時(shí)，無需進(jìn)行檔位切換。同時(shí)該工具在進(jìn)行對(duì)線時(shí)，能夠間隔1s，發(fā)送1 次通斷脈沖，有助于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)線驗(yàn)證的可靠性。改變了電纜芯線的對(duì)線功能仍然是采用萬(wàn)用表和短接線的工作模式，避免了萬(wàn)用表不停的切換功能檔位而導(dǎo)致的忘記切換或者切換錯(cuò)誤問題。

（2）本對(duì)線工具在校對(duì)電纜芯線時(shí)避免了使用通訊設(shè)備，提高了作業(yè)效率，降低了對(duì)繼電保護(hù)裝置的影響。且在校對(duì)電纜芯線時(shí)無需2 人配合，僅需1 人即可完成相應(yīng)的工作，避免了由于2 人配合不當(dāng)導(dǎo)致的對(duì)線錯(cuò)誤問題，并有效減少作業(yè)人員數(shù)量，提高工作效率。

5 效果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證新型對(duì)線工具的使用效果，檢查其是否能夠達(dá)到既定目標(biāo)，有效的避免作業(yè)人員誤碰、誤接地等風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)人員在工作區(qū)域隨機(jī)選擇了不同數(shù)量的電纜進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，具體驗(yàn)證情況如表1 所示。

表1 工具使用前后對(duì)照表

從表1 中可以看出，使用本文設(shè)計(jì)的新型對(duì)線工具去除了無效的通訊時(shí)長(zhǎng)，核對(duì)1 根電纜芯線由原來的20.69s 降低至13.36s，工作時(shí)長(zhǎng)降低1/3，能夠有效提高工作效率，所需時(shí)長(zhǎng)有效縮短，降低工作人員的工作強(qiáng)度。新型對(duì)線工具的使用，將作業(yè)過程極大的簡(jiǎn)化了，整個(gè)作業(yè)過程中只需要1 名工作人員即可完成二次回路拆搭接的對(duì)線工作，這樣使對(duì)線結(jié)果不僅更加直觀可靠，而且能夠有效避免通訊時(shí)的電磁干擾，大大提高了對(duì)線的準(zhǔn)確性，降低對(duì)繼電保護(hù)設(shè)備的影響，還能保障工作人員的人身安全。

6 結(jié)語(yǔ)

本對(duì)線工具能夠在不同電壓等級(jí)、不同需求的二次回路上作業(yè)，在無需改動(dòng)接線的情況下，通過驗(yàn)電-接地-對(duì)線三大功能，能有效發(fā)現(xiàn)二次回路出現(xiàn)的故障，降低工作中可能出現(xiàn)的各種風(fēng)險(xiǎn)，并能夠有效提高工作效率，降低了工作人員的工作強(qiáng)度和誤接線的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)該工具能自動(dòng)判別回路是否帶電，提前發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)一步保障人身、設(shè)備安全。在改擴(kuò)建工程、技改大修等二次作業(yè)方面，具有較強(qiáng)的應(yīng)用性和實(shí)用性。