二次回路拆搭接對線工具的研制與應用研究

胡昌選，肖馳夫，黃建波

（國網(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)定運行至關重要。在電力系統(tǒng)的運行過程中，會受到各種各樣因素的影響，而繼電保護能夠將這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。隨著電力設備運行時長的增加，電力設備將不可必免的發(fā)生老化等情況，同時隨著我國在繼保方面科技的不斷進步發(fā)展，進口保護測控的國產(chǎn)化提上日程，而與之帶來的情況就是每年公司都需要負責大量的二次改造工程，二次回路拆搭接作為改造關鍵環(huán)節(jié)，占用了較多的檢修資源，并一直伴隨著的檢修風險，因此設計一種安全、高效的新型二次回路拆搭接工具迫在眉睫。

1 設計思路

1.1 對線工具

傳統(tǒng)的對線工具是利用萬用表的通斷情況，再輔助使用一些例如短接線等簡單設備來完成電纜的對線工作，即同一根電纜兩側各有2 人（1 人工作，1 人監(jiān)護）。工作時，告知電纜遠端處的人員需對線的電纜，遠端人員將對應電纜與大地連接后，電纜近端人員使用工具，逐根電纜檢查驗證。驗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。核對完成后，同一根電纜兩側放上相應的線纜標志管，其上面具備相應的回路編號與電纜規(guī)格型號等，這種方法不僅工作量劇增，還伴隨著大量的風險。

1.2 新型對線工具

針對以上傳統(tǒng)對線工具的不足，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，有可能會導致繼電保護裝置發(fā)生誤動情況，在實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容易造成設備多端口的閑置情況，且易受到環(huán)境等其他因素的影響。

為了能夠設計出便利、低廉、實用的新型對線工具，制定了性能標準：

（1）使用便利，工作方式靈活，操作簡單；

（2）絕緣性能強，安全性高、準確度高、性能穩(wěn)定；

（3）成本低、體積小、易于推廣。

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

2 系統(tǒng)原理及構成

2.1 工作原理

本對線工具無需使用任何公共用線（包含接地線），只需2 臺設備配合使用即可。此時1#對線裝置切換至通斷判別模式（該裝置位于電纜接頭近端側），2#對線裝置切換至間歇接地功能模式（該臺裝置在電纜接頭的遠端側）。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度，采用自動間歇的接地方式，通斷間隔為1s，以便于對側施工人員的判斷。處于對線測試模式的裝置，在結合另一臺裝置的自動間歇式接地功能，通過測量接入回路的電流，自動判別回路是否通斷，減輕施工人員的工作強度（此時通過電纜、2 臺裝置、大地形成1 個閉環(huán)回路）。工作時的示意圖如圖1 所示，其中對線功能中包含電壓測量與通斷判別功能，接地功能包含電壓測量與間歇接地功能。

圖1 工作原理示意圖

2.2 系統(tǒng)構成

本次設計的二次回路對線由電源開關、3 個功能按鈕（電壓測量、通斷判別、間歇接地）。5 個狀態(tài)指示燈組成。

（1）芯片：由于作業(yè)現(xiàn)場電磁環(huán)境較為復雜，所以對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產(chǎn)主芯片STC8-LQFP44，其性能穩(wěn)定可靠，AD 采樣精度達12 位，速度快，在工業(yè)控制領域具有出色表現(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、有電報警、充電、已充滿。其中前3 種顯示為設備當前的工作狀態(tài)，紅燈是線路存在電壓（交直流均大于5V）的告警，此時不能切換到通斷判別或間歇接地，工具會自動回到電壓測量模式。綠燈表示在對線時是導通的。黃燈表示間歇接地時處于接地狀態(tài)（該模式下的通斷時間各為1s，所以黃燈也是1s 亮1s 滅）。后2 種為充電指示燈

（3）電壓測量模塊：電壓測量模塊是基于數(shù)字采樣原理進行交流（AC）和直流（DC）電壓的自動測量，該功能能夠實現(xiàn)交直流自適應驗電，直流和交流電壓的測量范圍均為0 ～250V，適用范圍廣。為了防止工作中誤操作的發(fā)生，在進行由電壓測量切換到其他功能時，需要第二次確認。

（4）通斷判別模塊：通過測量接入回路的電流，判斷回路是否通斷，同時結合自動間歇接地功能，利用軟件自動判別回路是否通斷。

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

（6）顯示模塊：顯示屏是本對線工具的重要組成部分，其用于顯示功能檔位，還能顯示測試結果。而液晶顯示屏的屏閃現(xiàn)象相對較少，不會出現(xiàn)“燒屏”現(xiàn)象，老化相對緩慢，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，紅色表筆接于電纜芯線導體部位，黑色表筆接于接地網(wǎng)。2 臺設備配合使用時，需接入相同的接地網(wǎng)絡。

（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。

對線工具外觀布置圖如圖2 所示。

圖2 對線工具外觀布置圖

3 使用步驟與注意事項

以一根電纜芯線為例，運用對線工具進行對線工作時，按照如下步驟進行，如圖3 所示。

圖3 對線工具判斷邏輯圖

（1）按下電源開關后，需確認此時為電壓測量功能，并將對線工具與待校對電纜芯線進行連接，交直流和直流極性會自動判別。但必須先判斷待校對電纜芯線是否帶電，再切換至通斷判別或間歇接地功能。

（2）用電壓測量檔確認線路無電壓后，才能轉通斷判別檔（需與另一端設備的間歇接地功能配合使用），并在LCD 屏幕上顯示，當待對線線路上的交直流電壓都低于5V，方能進行通斷判別，同時狀態(tài)指示綠燈也亮。而當通斷判別后，LCD 屏幕將顯示此時是斷開狀態(tài)，狀態(tài)指示綠燈也會同時熄滅。

（3）當對待校對電纜的一方準備進行通斷判別時，需另一方將自己的本項目工具處于間歇接地的功能，并在LCD 屏幕上顯示。

（4）觀察LCD 屏幕上的顯示結果，判斷待校對電纜的通斷情況，并做好相關標記，此時校對完畢，關閉電源。

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量鍵，退出當前功能，返回電壓測量狀態(tài)。任何狀態(tài)下，3~5min 停止使用，會在一聲提示音后，自動休眠，關閉顯示屏，值得注意的是休眠不是徹底關機，電池還和線路相連，會有微弱的耗電，并可能意外開機。所以工作結束后，還需關閉電源開關，徹底切斷電池和線路的連接。

4 技術創(chuàng)新

（1）本新型對線工具在使用中，當條件滿足時，無需進行檔位切換。同時該工具在進行對線時，能夠間隔1s，發(fā)送1 次通斷脈沖，有助于現(xiàn)場對線驗證的可靠性。改變了電纜芯線的對線功能仍然是采用萬用表和短接線的工作模式，避免了萬用表不停的切換功能檔位而導致的忘記切換或者切換錯誤問題。

（2）本對線工具在校對電纜芯線時避免了使用通訊設備，提高了作業(yè)效率，降低了對繼電保護裝置的影響。且在校對電纜芯線時無需2 人配合，僅需1 人即可完成相應的工作，避免了由于2 人配合不當導致的對線錯誤問題，并有效減少作業(yè)人員數(shù)量，提高工作效率。

5 效果驗證

為了驗證新型對線工具的使用效果，檢查其是否能夠達到既定目標，有效的避免作業(yè)人員誤碰、誤接地等風險。實驗人員在工作區(qū)域隨機選擇了不同數(shù)量的電纜進行相關驗證，具體驗證情況如表1 所示。

表1 工具使用前后對照表

從表1 中可以看出，使用本文設計的新型對線工具去除了無效的通訊時長，核對1 根電纜芯線由原來的20.69s 降低至13.36s，工作時長降低1/3，能夠有效提高工作效率，所需時長有效縮短，降低工作人員的工作強度。新型對線工具的使用，將作業(yè)過程極大的簡化了，整個作業(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線工作，這樣使對線結果不僅更加直觀可靠，而且能夠有效避免通訊時的電磁干擾，大大提高了對線的準確性，降低對繼電保護設備的影響，還能保障工作人員的人身安全。

6 結語

本對線工具能夠在不同電壓等級、不同需求的二次回路上作業(yè)，在無需改動接線的情況下，通過驗電-接地-對線三大功能，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)的各種風險，并能夠有效提高工作效率，降低了工作人員的工作強度和誤接線的風險。同時該工具能自動判別回路是否帶電，提前發(fā)現(xiàn)問題，進一步保障人身、設備安全。在改擴建工程、技改大修等二次作業(yè)方面，具有較強的應用性和實用性。