變電站二次控制電纜機(jī)械化敷設(shè)技術(shù)的研究

廖志鵬 張立林 江維臻 李娟 韓存

摘要：當(dāng)下社會(huì)對(duì)電力能源需求量日益增大，電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率性也變得很重要。變電站是電力系統(tǒng)中對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場(chǎng)所。現(xiàn)階段變電站的二次敷設(shè)采用傳統(tǒng)電境敷設(shè)方法，對(duì)電境自身造成一定程度的磨損，降低電境的使用壽命，且施工效率低且勞動(dòng)強(qiáng)度大。為此研制出一款用于變電站二次控制電纜敷設(shè)的機(jī)械化裝置，以各設(shè)備輔助施工人員的方式替代傳統(tǒng)敷設(shè)方法，以此完成電纜的機(jī)械化敷設(shè)。

關(guān)鍵詞：變電站二次敷設(shè)；機(jī)械化；電纜；敷設(shè)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：T

變電站電纜敷設(shè)與二次接線(xiàn)過(guò)程中，全面、科學(xué)、合理的前期規(guī)劃能使施工中電纜敷設(shè)及二次接線(xiàn)的開(kāi)展更高效、準(zhǔn)確。參考文獻(xiàn)可知傳統(tǒng)電纜敷設(shè)在施工前需要做充分的準(zhǔn)備，即需完成組織學(xué)習(xí)、現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、敷設(shè)順序、協(xié)調(diào)分工，以及各工具設(shè)備的清點(diǎn)檢查等一系列準(zhǔn)備。

還要在控制電纜牽引時(shí)保持高度警惕，避免尖銳物劃傷電纜表面；注意可能因慣性牽引導(dǎo)致電纜傳送盤(pán)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)傳送，進(jìn)而發(fā)生控制電纜散出線(xiàn)盤(pán)的現(xiàn)象。長(zhǎng)距離敷設(shè)過(guò)程還會(huì)經(jīng)過(guò)工況復(fù)雜路段，在轉(zhuǎn)彎位置敷設(shè)時(shí)，電纜受力增大，存在劃傷電纜的風(fēng)險(xiǎn)。

1 設(shè)計(jì)原理

本電纜敷設(shè)機(jī)械化的設(shè)計(jì)原理是將多種類(lèi)型的機(jī)械式敷設(shè)防護(hù)裝置安裝在電纜敷設(shè)路徑上，把終點(diǎn)自動(dòng)牽引裝置的牽引繩穿過(guò)全部機(jī)械式敷設(shè)防護(hù)裝置后，與控制電纜前端以及起點(diǎn)自動(dòng)牽引裝置牽引繩進(jìn)行固定。通過(guò)整套變電站二次控制電纜敷設(shè)機(jī)械化裝置完成自動(dòng)化敷設(shè)，能有效提高敷設(shè)效率，降低電纜損傷，提高電纜的利用率。

2 結(jié)構(gòu)介紹

本電纜機(jī)械化敷設(shè)裝置是由純機(jī)械式防慣性電纜盤(pán)支架、自動(dòng)送線(xiàn)裝置、自動(dòng)牽引裝置、多種類(lèi)型的機(jī)械式敷設(shè)防護(hù)裝置等組成。

2.1純機(jī)械式防慣性電境盤(pán)支架

參考文獻(xiàn)介紹的是一種用于海運(yùn)高壓電纜的簡(jiǎn)易托架，以避免海運(yùn)電纜盤(pán)過(guò)程中發(fā)生磕碰為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)的，但較難應(yīng)用于敷設(shè)施工過(guò)程中。而純機(jī)械式防慣性電纜盤(pán)支架的存在可以防止?fàn)恳龖T性導(dǎo)致電纜盤(pán)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)造成電纜脫落而纏繞的現(xiàn)象。其主要用于控制電纜盤(pán)放置，增設(shè)的滾軸阻尼調(diào)節(jié)器能調(diào)節(jié)電纜盤(pán)支架旋轉(zhuǎn)的順滑度。

2.2自動(dòng)送線(xiàn)裝置

自動(dòng)送線(xiàn)裝置（如圖1所示）主要安裝于防慣性電纜盤(pán)支架前，配備自動(dòng)敷設(shè)模式。當(dāng)自動(dòng)牽引裝置的牽引量大于傳送量時(shí)，電纜會(huì)出現(xiàn)拉扯過(guò)緊的情況，牽引裝置動(dòng)力系統(tǒng)功率變低，檢測(cè)結(jié)果將被反饋至主控單位，隨后主控單元提高動(dòng)力系統(tǒng)傳送量。同理，當(dāng)牽引量小于傳送量導(dǎo)致電纜松弛時(shí)，自動(dòng)牽引裝置將提高動(dòng)力系統(tǒng)的牽引量。自動(dòng)送線(xiàn)裝置的送線(xiàn)速度與終點(diǎn)的自動(dòng)牽引裝置實(shí)現(xiàn)同步牽引工作。

2.3自動(dòng)牽引裝置

自動(dòng)牽引裝置（如圖2所示）主要由牽引電機(jī)、承重支架、卷線(xiàn)盤(pán)、編碼輪、編碼器、控制箱組成。敷設(shè)起點(diǎn)和終點(diǎn)各放置一臺(tái)，與終端自動(dòng)牽引裝置結(jié)構(gòu)相似且均為模塊化設(shè)計(jì)，目的是方便設(shè)備運(yùn)輸與安裝，提高施工效率。

終端自動(dòng)牽引裝置中的牽引電機(jī)是主要?jiǎng)恿?lái)源，配合減速機(jī)構(gòu)可增大扭矩，加強(qiáng)裝置收線(xiàn)的能力。電力人員可以通過(guò)總控制系統(tǒng)界面對(duì)該裝置進(jìn)行操控，控制牽引電機(jī)送線(xiàn)與收線(xiàn)工作。

2.4多種類(lèi)型的機(jī)械式敷設(shè)防護(hù)裝置

本機(jī)械式敷設(shè)防護(hù)裝置在敷設(shè)過(guò)程中起保護(hù)線(xiàn)纜完整的作用，包括金屬橋架敷設(shè)防護(hù)裝置、電纜溝敷設(shè)防護(hù)裝置、電纜豎井敷設(shè)防護(hù)裝置。

金屬橋架敷設(shè)防護(hù)裝置適用水平方向、豎井拐角和水平拐角等位置（如圖3所示）。金屬橋架敷設(shè)防護(hù)裝置主要由緊固螺栓、滾輪調(diào)節(jié)模塊、滑槽、滾輪傳送模塊固定旋轉(zhuǎn)柄、可調(diào)節(jié)橋架固定座組成。位于該防護(hù)裝置滾輪上的快速脫離結(jié)構(gòu)（如圖4所示）采用的是滾輪一體式結(jié)構(gòu)，可以隨著滾輪旋轉(zhuǎn)的方向任意調(diào)節(jié)，調(diào)整至所需角度時(shí)便可通過(guò)黑色旋轉(zhuǎn)手柄以固定線(xiàn)纜牽引的方向。如果要取出線(xiàn)纜，即可先松開(kāi)旋轉(zhuǎn)手柄，任意推出所固定位置便可取出線(xiàn)纜。

通過(guò)在最受力的拐角處放置防護(hù)裝置，根據(jù)拐角寬度確認(rèn)滾輪調(diào)節(jié)模塊的間隔距離，再旋轉(zhuǎn)各模塊的旋轉(zhuǎn)柄固定各模塊，最后固定滾輪上的快速脫離結(jié)構(gòu)便可以輔助線(xiàn)纜通過(guò)?；蹆?nèi)部采用T型槽，能保證滾輪傳送模塊不脫離。緊固螺栓用于松開(kāi)和固定位于可調(diào)節(jié)橋架固定座上的滾輪調(diào)節(jié)模塊。而滾輪調(diào)節(jié)模塊目的是滿(mǎn)足任意距離的敷設(shè)尺寸?？烧{(diào)節(jié)橋架固定座用于機(jī)械式金屬橋架滑輪輔助工具固定在橋架邊框上，設(shè)四個(gè)固定點(diǎn)能保證線(xiàn)纜在敷設(shè)過(guò)程中更穩(wěn)固。

很多類(lèi)型的機(jī)械式敷設(shè)防護(hù)裝置還包括電纜溝敷設(shè)防護(hù)和電纜豎井敷設(shè)防護(hù)，能應(yīng)用多變的敷設(shè)環(huán)境。電纜溝敷設(shè)防護(hù)裝置的技術(shù)原理如上述一般，區(qū)別在于固定底座的設(shè)計(jì)不同。電纜溝防護(hù)裝置1的底座是通過(guò)膨脹螺絲安裝在電纜溝墻壁上；而該防護(hù)裝置2的固定底座設(shè)計(jì)則采用一種無(wú)損安裝方式，通過(guò)活動(dòng)扳手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)固定兩側(cè)的緊固螺桿，使底座兩側(cè)向外撐開(kāi)，通過(guò)電纜溝兩側(cè)墻壁的反作用力進(jìn)行緊固。

電纜豎井敷設(shè)防護(hù)裝置分為進(jìn)線(xiàn)端、直線(xiàn)端和出線(xiàn)端三部分。其技術(shù)原理如上述一般，區(qū)別也在固定底座設(shè)計(jì)不同。進(jìn)線(xiàn)端設(shè)計(jì)了兩種方案，分別為進(jìn)線(xiàn)端豎井防護(hù)裝置1，采用膨脹螺絲的方式安裝在進(jìn)線(xiàn)口旁的水泥墻面上；進(jìn)線(xiàn)端豎井防護(hù)裝置2的設(shè)計(jì)原理與電纜溝敷設(shè)防護(hù)裝置2相同。直線(xiàn)端電纜豎井敷設(shè)防護(hù)裝置通過(guò)固定底座安裝于電纜豎井內(nèi)部支架上方。由于電纜豎井出線(xiàn)端工況較為復(fù)雜，所以出線(xiàn)端電纜豎井敷設(shè)防護(hù)裝置分別安裝于出線(xiàn)口電纜支架上方和金屬橋架側(cè)面。

2.5總控制系統(tǒng)

本裝置自主開(kāi)發(fā)的控制系統(tǒng)用于上述自動(dòng)送線(xiàn)裝置、自動(dòng)牽引裝置的操作控制，設(shè)備模式控制切換包括全自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。

全自動(dòng)模式即有兩臺(tái)自動(dòng)牽引裝置與一臺(tái)自動(dòng)送線(xiàn)裝置聯(lián)動(dòng)工作，通過(guò)操控系統(tǒng)對(duì)敷設(shè)設(shè)備進(jìn)行“啟?？刂?、速度調(diào)節(jié)”。

手動(dòng)模式分別單獨(dú)選擇對(duì)自動(dòng)送線(xiàn)裝置和自動(dòng)牽引裝置進(jìn)行設(shè)備啟停控制、速度調(diào)節(jié)、正反轉(zhuǎn)控制，亦可進(jìn)行電纜牽引的收緊度調(diào)整，在設(shè)備檢查、檢修時(shí)使用。

裝置總控制系統(tǒng)界面（如圖5所示）可自主選擇控制系統(tǒng)的模式，并能直觀(guān)地看到裝置在工作過(guò)程中的運(yùn)行狀態(tài)，以及各設(shè)備的工作參數(shù)值。裝置的運(yùn)行狀態(tài)可以分為正常運(yùn)行、待機(jī)、故障三種狀態(tài)。各設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的功率、速度、牽引力和擋位。

而參數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)置界面（如圖6所示）則可對(duì)擋位輸出量、中繼牽引機(jī)數(shù)量、牽引力停機(jī)保護(hù)值、牽引松緊度調(diào)節(jié)值、牽引力校準(zhǔn)系數(shù)等進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

2.6聯(lián)動(dòng)控制功能

為協(xié)調(diào)各裝置還增加了聯(lián)動(dòng)控制功能，利用控制芯片檢測(cè)控制，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整以達(dá)到設(shè)備運(yùn)行的統(tǒng)一。通過(guò)各裝置系統(tǒng)的自主配合來(lái)提高敷設(shè)的工作效率。

聯(lián)動(dòng)控制功能可以進(jìn)行扭矩檢測(cè)，在自動(dòng)牽引裝置進(jìn)行工作時(shí)，控制芯片會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)線(xiàn)纜拉力傳感器，自動(dòng)牽引裝置自動(dòng)判斷是否屬于危險(xiǎn)情況，如屬危險(xiǎn)情況將停止運(yùn)行。該聯(lián)動(dòng)控制功能的扭矩檢測(cè)邏輯原理圖如圖7所示。

3 技術(shù)關(guān)鍵

（1）自動(dòng)智能化特點(diǎn)，本項(xiàng)目滿(mǎn)足多元化的控制模式，對(duì)設(shè)備進(jìn)行功能控制、參數(shù)調(diào)節(jié)、模式切換、運(yùn)行管理，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，減少耗材損壞率。

（2）自動(dòng)敷設(shè)模式，自動(dòng)送線(xiàn)裝置和自動(dòng)牽引裝置的動(dòng)力反饋系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)輸出功率情況傳輸?shù)街骺貑挝唬儆芍骺貑挝粚?duì)此情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（3）聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)，調(diào)速程序與聯(lián)動(dòng)控制扭矩檢測(cè)程序不僅能保障控制電纜被過(guò)度繃緊或者過(guò)度松弛，還能保障當(dāng)牽引動(dòng)力超過(guò)預(yù)設(shè)的閾值，自動(dòng)牽引裝置定義為危險(xiǎn)情況，將停止運(yùn)行并且發(fā)出警報(bào)。

4 實(shí)例分析

上述完成對(duì)變電站二次控制電纜敷設(shè)機(jī)械化裝置的研制，為了試驗(yàn)項(xiàng)目的可行性，對(duì)各裝置進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。本裝置經(jīng)過(guò)與傳統(tǒng)變電站二次控制電纜敷設(shè)的工藝方式對(duì)比，不僅減少人力和工時(shí)的消耗，還增加了拐角防護(hù)、智能反饋調(diào)速、兩種模式轉(zhuǎn)換、故障提示等功能，從一定程度上對(duì)電纜起到保護(hù)的作用，提高電纜的利用率。該電纜敷設(shè)技術(shù)工藝產(chǎn)品在功能、工藝或技術(shù)優(yōu)勢(shì)上遠(yuǎn)超傳統(tǒng)敷設(shè)工藝。

結(jié)語(yǔ)

變電站二次控制電纜敷設(shè)機(jī)械化裝置的研究，改善目前變電站進(jìn)行二次控制電纜敷設(shè)時(shí)需要依靠大量人力的情況。通過(guò)自動(dòng)化、智能化的手段，將整體的施工流程標(biāo)準(zhǔn)化、可控化，可提高了項(xiàng)目質(zhì)量，減少了項(xiàng)目成本。

作者簡(jiǎn)介：廖志鵬（1980-），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：新型繼電保護(hù)技術(shù)、新型二次電纜工程施工技術(shù)；張立林（1971-），男，專(zhuān)科，高級(jí)工程師，研究方向：電力工程施工；李娟（1993-），女，碩士，工程師，研究方向：新型電器設(shè)備技術(shù)；韓存（1983-），男，本科，高級(jí)工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化。

通訊作者：江維臻（1985-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：新型繼電保護(hù)技術(shù)。