380V以下電線查找裝置的研制與應(yīng)用

周 昂

（海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文昌供電局，海南 文昌571322）

電力電纜是用于電力系統(tǒng)中基礎(chǔ)的組成部分，起到傳輸和分配電能作用，電力電纜在長(zhǎng)期使用中會(huì)產(chǎn)生破損等問(wèn)題，因此需要定期對(duì)電力電纜進(jìn)行檢修、維護(hù)或更換，而對(duì)于電力電纜而言，其包括架空線路部分以及地埋部分，架空線路部分由于布設(shè)在鐵塔上，為可見(jiàn)電纜，其檢修維護(hù)可以通過(guò)常用的檢修儀器進(jìn)行故障的判斷，而對(duì)于地埋部分的電纜而言，為不可見(jiàn)電纜，由于不同地區(qū)環(huán)境的不同，地埋電纜的位置以及走向往往都是不規(guī)則的，這為地埋電纜的故障查找增設(shè)了較大的阻礙。

目前對(duì)于地埋電纜的故障查找大多都是檢修人員手持儀器在地面上進(jìn)行大范圍的排查，整個(gè)電纜查找過(guò)程需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，特別是在地下地形較復(fù)雜的區(qū)域，在查找到電纜的位置后，一般沿著電纜所在的直線去查找電纜走向，然而地埋電纜會(huì)存在彎曲部分，工作人員沿直線查找電纜并到達(dá)彎曲部分時(shí)會(huì)失去電纜的位置，此時(shí)須重新搜查電纜位置，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，并且不具備標(biāo)記功能，在大范圍搜索電纜后容易忘記最初查找到的電纜的位置以及路徑走向。

1 研發(fā)需求

對(duì)于埋在水泥和管道中的線路，很難能夠查出電線的走向和故障點(diǎn)，為檢修人員帶來(lái)巨大的不便。目前10kV以上電纜線路用專門(mén)使用的電纜路徑儀，常使用電纜故障測(cè)試儀等進(jìn)行測(cè)量電纜的測(cè)試儀器，而針對(duì)10kV尤其380V以下的電線，也就是用戶端的線路查找和故障測(cè)試卻沒(méi)有專門(mén)的針對(duì)性儀器，導(dǎo)致排查時(shí)間長(zhǎng)，工作效率低。因此研制一款能解決以上問(wèn)題的裝置，將能廣泛推廣使用。

2 技術(shù)方案

2.1 技術(shù)設(shè)計(jì)思路

筆者對(duì)于管路電纜現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了深度走訪研究，對(duì)于使用場(chǎng)景及工作人員的使用狀態(tài)進(jìn)行分析，在進(jìn)行勘察及大量資料搜集后，對(duì)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提出了本文電線查找裝置的技術(shù)研發(fā)及設(shè)計(jì)思路。為了保證本次研究的裝置能在使用上達(dá)到最佳查找效果，設(shè)計(jì)了用于收發(fā)高頻電磁波的第一收發(fā)器以及用于收發(fā)低頻電磁波的第二收發(fā)器和第三收發(fā)器，三組收發(fā)器結(jié)合主控單元進(jìn)行配套的路徑查找。

2.2 技術(shù)方案內(nèi)容

2.2.1 裝置結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原理

根據(jù)圖1所示，本裝置結(jié)構(gòu)包括倒U型移動(dòng)架、屏蔽筒、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、查找機(jī)構(gòu)以及噴漆標(biāo)記機(jī)構(gòu)。其中倒U型移動(dòng)架由橫板以及與橫板底面兩側(cè)連接的豎板組成，豎板底部設(shè)置有電動(dòng)萬(wàn)向輪，屏蔽筒底部設(shè)置有從動(dòng)萬(wàn)向輪。查找機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)板、主控單元、用于收發(fā)高頻電磁波的第一收發(fā)器以及用于收發(fā)低頻電磁波的第二收發(fā)器和第三收發(fā)器，旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)置在橫板底面，其輸出軸與旋轉(zhuǎn)板頂面中心連接，旋轉(zhuǎn)板位于屏蔽筒上方，并與屏蔽筒轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一收發(fā)器設(shè)置在旋轉(zhuǎn)板底面中部，并位于屏蔽筒內(nèi)部，第二收發(fā)器和第三收發(fā)器分別設(shè)置在旋轉(zhuǎn)板底面兩側(cè)，噴漆標(biāo)記機(jī)構(gòu)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)板兩側(cè)，主控單元設(shè)置在橫板頂面，其分別與旋轉(zhuǎn)電機(jī)、噴漆標(biāo)記機(jī)構(gòu)、電動(dòng)萬(wàn)向輪、第一收發(fā)器、第二收發(fā)器以及第三收發(fā)器電連接。屏蔽筒側(cè)壁內(nèi)部設(shè)置有金屬網(wǎng)。

圖1 裝置整體圖

旋轉(zhuǎn)板底面對(duì)稱設(shè)置有L型滑塊，屏蔽筒外壁設(shè)置有環(huán)形凹槽，L型滑塊位于環(huán)形凹槽中。環(huán)形凹槽內(nèi)壁設(shè)置有若干壓電陶瓷片，靠近第二收發(fā)器的L型滑塊底面設(shè)置有凸起，壓電陶瓷片位于凸起的轉(zhuǎn)動(dòng)路徑上，主控單元與壓電陶瓷片電連接。

噴漆標(biāo)記機(jī)構(gòu)包括油漆箱、管道以及電控噴頭，油漆箱設(shè)置在旋轉(zhuǎn)板頂面兩側(cè)，電控噴頭設(shè)置在旋轉(zhuǎn)板的兩側(cè)，且分別位于第二收發(fā)器和第三收發(fā)器一側(cè)，電控噴頭通過(guò)管道與油漆箱連接，主控單元與電控噴頭電連接。

油漆箱內(nèi)部通過(guò)隔板分成第一腔體以及第二腔體，第一腔體和第二腔體內(nèi)存儲(chǔ)有不同顏色的油漆，管道包括第一子輸漆管、第二子輸漆管、主輸漆管以及三通電磁閥，第一子輸漆管的一端與第一腔體連接，另一端與三通電磁閥的第一入口連接，第二子輸漆管的一端與第二腔體連接，另一端與三通電磁閥的第二入口連接，三通電磁閥的出口與主輸漆管連接，主輸漆管與電控噴頭連接，主控單元與三通電磁閥電連接，如圖2～圖4所示。

圖2 裝置側(cè)面圖

圖4 裝置控制系統(tǒng)圖

2.2.2 識(shí)別原理

主控單元內(nèi)部設(shè)置有故障判斷單元，故障判斷單元內(nèi)置有訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，故障判斷單元用于對(duì)第一收發(fā)器接收的由地面反射回的電磁波波形數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，在識(shí)別結(jié)果為存在故障時(shí)，主控單元控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)板旋轉(zhuǎn)一周，并控制噴漆標(biāo)記機(jī)構(gòu)噴漆。

2.2.3 技術(shù)操作步驟

步驟S1：主控單元驅(qū)動(dòng)電動(dòng)萬(wàn)向輪帶動(dòng)倒U型移動(dòng)架在待查找區(qū)域移動(dòng)，并控制第一收發(fā)器發(fā)射及接收電磁波，主控單元根據(jù)第一收發(fā)器接收的電磁波判斷出地埋電纜位置時(shí)停止驅(qū)動(dòng)電動(dòng)萬(wàn)向輪；

圖3 裝置使用原理圖

步驟S2：獲取地埋電纜位置后，主控單元控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)板轉(zhuǎn)動(dòng)，并控制第二收發(fā)器和第三收發(fā)器發(fā)射以及接收電磁波，當(dāng)?shù)诙瞻l(fā)器和第三收發(fā)器同時(shí)位于地埋電纜正上方時(shí)，主控單元停止旋轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；

步驟S3：主控單元驅(qū)動(dòng)電動(dòng)萬(wàn)向輪沿著第二收發(fā)器和第三收發(fā)器連線的方向，并以第二收發(fā)器為前端進(jìn)行移動(dòng)，同時(shí)控制噴漆標(biāo)記機(jī)構(gòu)在地面上進(jìn)行噴漆標(biāo)記；

步驟S4：當(dāng)移動(dòng)到地埋電纜的彎曲處時(shí)，第二收發(fā)器離開(kāi)地埋電纜上方，主控單元控制倒U型移動(dòng)架繼續(xù)行駛，使第一收發(fā)器移動(dòng)到第二收發(fā)器離開(kāi)地埋電纜前一刻位置的上方，主控單元停止電動(dòng)萬(wàn)向輪的驅(qū)動(dòng)，并控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)板旋轉(zhuǎn)使第二收發(fā)器轉(zhuǎn)動(dòng)到地埋電纜上方，主控單元驅(qū)動(dòng)電動(dòng)萬(wàn)向輪帶動(dòng)倒U型移動(dòng)架沿著第一收發(fā)器和第二收發(fā)器連線的方向，并以第二收發(fā)器為前端進(jìn)行移動(dòng)；

步驟S5：重復(fù)執(zhí)行步驟S4，直至第二收發(fā)器和第三收發(fā)器均位于地埋電纜的正上方，重復(fù)執(zhí)行步驟S3～步驟S5。

在步驟S4中，當(dāng)?shù)诙瞻l(fā)器離開(kāi)地埋電纜上方后，主控單元控制噴漆標(biāo)記機(jī)構(gòu)停止噴漆，當(dāng)?shù)诙瞻l(fā)器重新轉(zhuǎn)動(dòng)到地埋電纜上方，且主控單元驅(qū)動(dòng)電動(dòng)萬(wàn)向輪帶動(dòng)倒U型移動(dòng)架移動(dòng)時(shí)，主控單元控制噴漆標(biāo)記機(jī)構(gòu)噴出與步驟S3中噴漆顏色不同的油漆。

在步驟S2～步驟S5中，主控單元根據(jù)第一收發(fā)器接收的電磁波數(shù)據(jù)判斷地埋電纜是否存在故障，在判斷地埋電纜存在故障時(shí)，主控單元停止電動(dòng)萬(wàn)向輪的驅(qū)動(dòng)，并同時(shí)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)和噴漆標(biāo)記機(jī)構(gòu)，使旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)板轉(zhuǎn)動(dòng)一周，并在地面上噴出圓形油漆標(biāo)記。

2.2.4 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

本裝置的技術(shù)關(guān)鍵在于利用脈沖法，將線路的信號(hào)回傳到電流傳感器中，電流傳感器反映到儀器面板實(shí)現(xiàn)測(cè)量，再通過(guò)算法，將電流傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換成文字顯示到PLC面板，最終通過(guò)集成電路和面板，ABS工具箱設(shè)計(jì)集成一款便攜式儀器。

3 技術(shù)方案創(chuàng)新點(diǎn)

傳感器能夠采集到埋墻電線的信號(hào)，并且將信號(hào)轉(zhuǎn)成專用信號(hào)給PLC板。

進(jìn)行PLC編程，集成信號(hào)，能夠?qū)㈦娋€的各項(xiàng)性能反映到儀器面板中。

便攜式，裝置能夠方便攜帶去現(xiàn)場(chǎng)使用。

4 技術(shù)研發(fā)應(yīng)用

本文研究的一種380V以下電線查找裝置，適用于復(fù)雜地下環(huán)境的多彎曲電纜查找工作中，能快速查找并標(biāo)記，能在海南電網(wǎng)各地市局推廣應(yīng)用。由于使用需求量大，因此裝置在研制成功并投入使用后，將能很大程度地提高整體電網(wǎng)運(yùn)行及管理水平。

5 成果效益及應(yīng)用前景

通過(guò)本項(xiàng)目裝置的研制與應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)380V以下電線查找及標(biāo)記的工作，減少查找時(shí)間成本，提高效率。其中所降低人工檢修成本能直接體現(xiàn)在以儀器代替人工，減少現(xiàn)有人工費(fèi)用、日常時(shí)間成本，預(yù)計(jì)每年可減少檢修費(fèi)用10萬(wàn)元/年。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文提出的380V以下電線查找裝置，通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)的同時(shí)以噴漆標(biāo)記機(jī)構(gòu)在地面上進(jìn)行噴漆標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)地埋電線位置以及路徑的自動(dòng)查找，可作為同類型低下管道及電線等查找的技術(shù)參考，實(shí)用性強(qiáng)，安全性高，能有效推廣至更多領(lǐng)域。