一種智能化鎧裝電纜對芯裝置的設計

陳 亮

(南方電網超高壓輸電公司曲靖局，云南 曲靖 655000)

0 引 言

電纜在電力工程中的應用十分廣泛，通常作為將電力或信息從一處傳輸到另一處的導線。在換流站新改擴建工程中，鎧裝電纜是連接現(xiàn)場一次設備與二次設備、進行信號傳遞的橋梁。鎧裝電纜敷設之后，需要對電纜進行對芯和絕緣測試，再接入一次設備和二次設備上。二次電纜敷設是設備安裝 、 運維過程的一個重點工序，而對芯又是敷設工序中必不可少的一個基本環(huán)節(jié)，關系到電纜敷設質量和工效。傳統(tǒng)對芯方法費時、費力，工作效率低 , 并且易受干擾[1]。通常鎧裝電纜是由一根或多根相互絕緣的導體和外包絕緣保護層制成，且鎧裝電纜敷設距離長，這些因素造成鎧裝電纜對芯難度加大。

目前，在新敷設的鎧裝電纜之中，鎧裝電纜的芯數少則5～6芯，多則15～16芯，且一次二次設備距離較遠?，F(xiàn)階段對芯方式主要有兩種：第一種方式是利用兩塊萬用表及對講機，鎧裝電纜兩端分別用萬用表接地，一根一根查找，再利用對講機進行溝通確認。這種利用對講機和萬用表的方式溝通十分不便，由于電纜井內多有數條運行電纜，對測試有一定的干擾，影響準確性。測試方法繁瑣且電纜兩端人員需要反復核對，所花費時間較長，效率較低。第二種方式是給電纜加壓，點亮燈泡，這樣會使電纜兩端電壓較高，超過安全電壓，危及檢修人員。

為解決上述問題，本文設計了一種智能化鎧裝電纜對芯裝置，它可以對多根電纜芯進行同時對芯操作，具有工作效率高、對芯準確率高、穩(wěn)定性好、可以保障人員安全等優(yōu)點。

1 鎧裝電纜對芯裝置工作原理及模型

鎧裝電纜對芯裝置分為主端和從端。其中主端發(fā)射裝置包括：24 V主端電源、處理器、16個主端數碼管和16個信號發(fā)生器。從端接收裝置包括:16個信號接收器、16個從端數碼管和從端電源。主端電源與處理器連接，每個主端數碼管均串接1個信號發(fā)生器，從而構成16條支路，一端與處理器連接，另一端與鎧裝電纜的各電纜芯的一端連接。每個從端數碼管均串接1個信號接收器，也構成16條支路，一端與從端電源連接，另一端與鎧裝電纜的各電纜芯的另一端連接。具體連接方式如圖1所示。

圖中，1表示主端電源，2表示STM32單片機，3表示主端數碼管，4表示信號發(fā)生器，5表示從端信號接收器，6表示從端數碼管，7表示從端電源。

圖1 電纜對芯裝置結構圖

本裝置的工作原理：主端電源采用24 V鋰電池，為主端發(fā)射裝置供電，其上設有一個總開關，以控制主端發(fā)射裝置的工作/關閉狀態(tài)。處理器采用STM32單片機，控制各信號發(fā)生器的發(fā)送時序，保證16個信號發(fā)生器有序發(fā)送信號，并在主端數碼管上顯示相應的線號。從端電源采用24 V鋰電池，為從端接收裝置供電，其上設有一個總開關，以控制從端接收裝置的工作/關閉狀態(tài)。信號接收器可接收電纜芯另一端對應的信號發(fā)生器發(fā)送的電信號，并在從端數碼管顯示對應的線號，從而可以清楚明了的將電纜芯兩端對應起來。

2 軟件設計

鎧裝電纜對芯裝置軟件設計流程如圖2所示。

圖2 電纜對芯軟件流程圖

系統(tǒng)的軟件設計包括STM32單片機、信號發(fā)生器、數碼管、信號接收器的初始化。數碼管循環(huán)顯示對芯線號，當所有主、從端對應數碼管顯示線號一致時，單片機發(fā)出指令，鎧裝導線對芯成功。如果對應數碼管線號顯示不一致，重新循環(huán)到單片機依次發(fā)出觸發(fā)信號，直到所有主、從端對應數碼管顯示線號一致。

按照本文前面所述原理，根據此原理在keil中編寫程序。軟件采用STM32內嵌定時中斷的工作方式，在每隔2 ms對各個對應信號發(fā)生器發(fā)出觸發(fā)信號。信號的內容依次為16路線號，并顯示在主端數碼管上。信號發(fā)生器接收到觸發(fā)信號后，通過數字濾波技術消除干擾，進行數據處理，將線號信息作為發(fā)出信號發(fā)送。從端16路信號接收器依次接收主端信號發(fā)生器所發(fā)出的信號，將信號解碼后發(fā)送到從端數碼管顯示。

3 硬件設計

整套裝置，包括電源模塊、STM32單片機、APLC-I電力線載波模塊、信號發(fā)生器、信號接收器、數碼管。

本設計使用STM32單片機開發(fā)板，如圖3。STM32單片機開發(fā)板有著諸多的性能優(yōu)勢，STM32單片機程序開發(fā)為模塊化開發(fā)，接口相對簡單，綜合耗能低，可兼容的外接模塊多，工作速度快。其中FLASH達到512K，SRAM達到64K，外擴SRAM型號為IS62WV51216，大小達到1M字節(jié)，外擴SPI FLASH型號為W25Q128，大小達到16M字節(jié)。

圖3 STM32開發(fā)板

APLC-I電力線載波模塊，可將串口(UART)發(fā)送的數據，進行編碼、整形驅動后轉換為載波信號，并經由電力線發(fā)送出去；或者將電力線上的載波信息選頻提取、信號放大、數字濾波、載波解碼等處理后，轉換為串口接收的數據。模塊的主要特性包括：①可經由220 V AC電源總線載波傳通訊指令。②5 V單電源供電，模塊總功耗<0.2 W。③串口通訊速率最大可達57.6 Kbps。④最遠傳輸距離可達2 000 m。⑤驅動能力強，最大可實現(xiàn)120多個負載共總線通訊。⑥典型應用：600 m內，80個負載，串口速率采用38.4 Kbps。

信號發(fā)生器的信號源采用直流電源，電壓調整裝置采用分壓電阻，信號輸出端采用測量線夾。信號發(fā)生器可以選擇大阻值的分壓電阻，此時線芯電阻不大于1 Ω，設置模數轉換的精度為8位，完全可以忽略電纜本身電阻對測量的影響[2]。

通過本文在第1節(jié)中所述原理及模型，將以上硬件依次連接組成鎧裝電纜對芯裝置。使用時，將16芯的鎧裝電纜一端接入主端發(fā)射裝置，另一端接入從端接收裝置；分別打開主端電源1和從端電源7的開關，使主端和從端都處于工作狀態(tài)；觀察主端數碼管3和從端數碼管6上顯示的數字；取出線號卡，卡在相應電纜芯上；關閉主端電源1和從端電源7，拆除鎧裝電纜。

4 結 論

本裝置根據鎧裝電纜對芯方法，開發(fā)了基于STM32單片機為內核的鎧裝電纜智能對芯裝置，實現(xiàn)了快速、高效、準確、穩(wěn)定的鎧裝導線對芯，減少了人工對芯帶來的不便，提高了導線對芯效率和準確性。