智能型變壓器試驗接線箱的研制與應(yīng)用

劉曉波，陳志勇，李月文，王 珂，高云峰

（烏蘭察布供電公司，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000）

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，變壓器故障會引起大面積停電，造成巨大的經(jīng)濟損失和嚴(yán)重的社會影響，高壓試驗對于變壓器安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要[1-2]。在變壓器高壓試驗準(zhǔn)備階段，各種儀器的連接線箱內(nèi)部擺放雜亂，且試驗線過多不便攜帶，每次都需要人工查找連接線并用萬用表檢測通斷，以避免把損壞的試驗線帶入工作現(xiàn)場；試驗完成后，試驗人員又需要將不同儀器的連接線收回到各自線箱，而各試驗線箱無標(biāo)志，極易放錯或遺漏，無法直觀掌握現(xiàn)場連接線的回收情況，需要試驗人員、試驗負(fù)責(zé)人多次檢查確認(rèn)，存在安全隱患。而且，因試驗的準(zhǔn)備及收尾時間長，造成了不必要停電時間的延長。

針對上述問題，本文設(shè)計了一種智能型變壓器試驗接線箱，解決了試驗連接線擺放雜亂等問題，并縮短了變壓器試驗準(zhǔn)備階段及收尾階段用時，可避免因連接線遺漏在變壓器上引發(fā)的電力安全事故，同時也提高了試驗工作效率。

1 變壓器試驗準(zhǔn)備及收尾階段工作內(nèi)容及耗時分析

1.1 工作內(nèi)容

1.1.1 準(zhǔn)備階段

1.1.1.1 準(zhǔn)備儀器

（1）選擇變壓器試驗所需儀器。

（2）查看儀器是否在檢定周期。

（3）通電檢查儀器是否能正常使用。

1.1.1.2 準(zhǔn)備連接線

（1）查找各試驗儀器所需連接線。

（2）用萬用表檢查各種連接線損壞情況。

1.1.2 收尾階段

1.1.2.1 收拾儀器

（1）確保儀器的開關(guān)、旋鈕等操作機構(gòu)復(fù)位歸零。

（2）確保儀器收納箱及面板整潔無異物。

1.1.2.2 收集連接線

（1）收拾連接線并放置回線箱。

（2）反復(fù)排查變壓器上有無遺留試驗連接線，清點連接線數(shù)量種類。

1.2 各階段耗時統(tǒng)計分析

針對烏蘭察布供電公司2020年6次變壓器試驗，試驗人員均為3人，對試驗連接線準(zhǔn)備及收尾各階段耗時進行統(tǒng)計，結(jié)果如表1所示。

表1 準(zhǔn)備及收尾各階段用時統(tǒng)計表Tab.1 Statistical table of preparation and closing time min

在準(zhǔn)備階段，準(zhǔn)備儀器平均用時為13.1min，準(zhǔn)備連接線平均用時為23.2min；試驗收尾階段，收拾儀器平均用時為12min，收集連接線平均用時為20.7min。整個過程中關(guān)于連接線的時間消耗為43.9min，關(guān)于儀器的時間消耗為25.1min，準(zhǔn)備及收尾總計用時為69min，準(zhǔn)備及收尾各階段耗時占比見圖1。準(zhǔn)備及收集連接線耗時占比達(dá)63.6%，關(guān)于連接線的時間消耗遠(yuǎn)大于試驗儀器的時間消耗。因此，要想縮短變壓器試驗準(zhǔn)備及收尾耗時，重點在于縮短準(zhǔn)備及收集連接線時間。目前國內(nèi)也有相關(guān)人員提出解決辦法，但基本上以改變管理方式為主，技術(shù)類措施主要是制作模塊化線箱，效果并不理想[3-8]?；诖?，研制了智能型變壓器試驗接線箱，以滿足分類放置、固定設(shè)備、自動檢測、視覺識別等需求。

圖1 準(zhǔn)備及收尾各階段耗時占比Fig.1 Time consumption ratio of preparation and closing phase

2 智能型變壓器接線箱的設(shè)計

智能型變壓器試驗接線箱主要由三部分組成，分別為線箱箱體、核心控制電路與控制面板。

2.1 線箱箱體

一臺變壓器的高壓試驗包括繞組直流電阻試驗、有載分接開關(guān)試驗、繞組短路阻抗試驗、介損及電容量試驗、絕緣電阻與繞組變形試驗等[9-10]。絕緣電阻試驗中兆歐表試驗接線隨儀器放置在一起，無需單獨收納，繞組變形試驗為診斷性試驗項目，在常規(guī)試驗中使用不頻繁。對此，設(shè)計線箱中存放的連接線種類包括直流電阻線（有載分接開關(guān)試驗、繞組短路阻抗試驗可通用）、介損線、短接銅線、電源線與接地線，即可滿足變壓器的試驗要求。

按照連接線占用體積，選擇規(guī)格為長555mm、寬520mm、高250mm，材質(zhì)為鋁合金的航空箱作為線箱箱體。箱體內(nèi)部分為上下兩層布置，分別為各連接線設(shè)置單元格并放置文字標(biāo)簽，如圖2所示。

圖2 線箱結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Junction box structure diagram

2.2 核心控制電路

針對線箱內(nèi)連接線的準(zhǔn)備和回收需求，設(shè)計了自動檢測電路，根據(jù)線箱內(nèi)試驗連接線的導(dǎo)通情況，做出是否有遺漏及損壞的判斷。并根據(jù)判斷結(jié)果輸出信號至報警顯示裝置，該裝置可發(fā)出聲光動作指示，利用該功能可將以前萬用表測量連接線是否完好的繁瑣檢查過程轉(zhuǎn)換為一鍵檢測。

2.2.1 核心電路

以STC89C52單片機為基礎(chǔ)設(shè)計線箱核心控制電路，采用C語言編程，核心控制電路結(jié)構(gòu)見圖3。由4個連接線檢測接口采集連接線的回收情況，即無損壞的連接線放置回線箱則電路導(dǎo)通，通過各指示窗口的LED指示燈指示每根連接線的回收狀態(tài)。以直流電阻線為例，單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分別采集直流電阻線L1相、L2相、L3相和O相的缺失與損壞情況，P1.4、P1.5、P1.6、P1.7對應(yīng)輸出TTL電平驅(qū)動LED指示燈。如L1相缺失或損壞，則P1.4輸出以1 s為周期的高低電平交替信號，驅(qū)動指示燈LED1以1 s為周期閃爍；連接線放置完好，則對應(yīng)指示燈常亮。若4根直流電阻線齊全，則直流電阻線完備指示（P2.3）輸出為低電平，LED16常亮，否則輸出高電平，完備指示燈滅。其他檢測接口與此原理相同。若所有連接線齊備無損壞，則P2.0口輸出高電平至開箱觸發(fā)單元，否則輸出低電平。

圖3 核心控制電路結(jié)構(gòu)Fig.3 Core control circuit diagram

2.2.2 開箱觸發(fā)單元

開箱觸發(fā)單元可實現(xiàn)內(nèi)外顯示裝置交替工作功能，達(dá)到電路合理化、資源化及節(jié)省電能的目的，設(shè)計電路如圖4所示?；魻栭_關(guān)由安裝在箱蓋上的磁鐵觸發(fā)，箱蓋閉合時磁鐵觸發(fā)兩個霍爾開關(guān)同時動作輸出低電平。若單片機P2.0口輸出高電平，可用指示燈亮，報警蜂鳴器不動作，表示各連接線完好齊備；若單片機P2.0口輸出低電平，則可用指示燈滅，蜂鳴器動作報警，提示連接線有損壞或遺漏情況。利用該功能試驗人員可在不開箱蓋情況下一鍵檢測連接線是否完好，節(jié)省了時間。

圖4 開箱觸發(fā)單元電路Fig.4 Open-box trigger unit circuit

2.2.3 連接線的固定與接口

為保證連接線在收集與搬運過程中整齊有序，不同連接線設(shè)置不同固定方式。在直流電阻線、介損線、電源線與接地線放置區(qū)，設(shè)計了與連接線頭相匹配的插槽，該插槽具有接通檢測電路和固定連接線的雙重作用；在裸銅線放置區(qū)，根據(jù)其收集方式，在每個單元格的中間設(shè)計兩個線夾，當(dāng)整卷銅線放置到位時兩線夾之間檢測電路導(dǎo)通，線夾材質(zhì)為彈性較好的錳鋼，可很好地保持線夾的咬合力。

2.3 控制面板

按照箱體尺寸及核心電路功能設(shè)計了控制面板?？刂泼姘宸譃閮?nèi)外兩塊，采用2mm厚閃光銀滲透印刷。內(nèi)部控制面板布置各連接線完好指示燈及充電電池電量指示窗等，外部告警面板布置總電源、可用指示燈及報警蜂鳴器。內(nèi)外顯示面板由布置在箱蓋的開箱觸發(fā)單元控制交替工作，當(dāng)箱蓋閉合時，內(nèi)面板停止工作，可通過外面板查看內(nèi)部連接線是否齊備，打開箱蓋后，外面板停止工作，內(nèi)面板指示燈顯示每根連接線的詳細(xì)情況?？刂泼姘逶O(shè)計圖如圖5所示。

圖5 控制面板設(shè)計圖Fig.5 Design diagram of control panel

3 應(yīng)用效果分析

將智能型變壓器試驗接線箱投入現(xiàn)場應(yīng)用，結(jié)果表明，該接線箱在整體尺寸、連接線種類數(shù)量、單元格設(shè)置等方面均可滿足現(xiàn)場作業(yè)要求；線箱具備分類放置、固定設(shè)備、自動檢測、視覺識別等多種功能，解決了試驗連接線擺放雜亂的問題，有效縮短了變壓器試驗中整線、理線及收線時間。線箱整體效果如圖6所示。

圖6 線箱整體效果Fig.6 Overall effect of junction box

烏蘭察布供電公司在秋查期間，對智能型變壓器試驗接線箱的使用效果及數(shù)據(jù)進行了現(xiàn)場記錄，試驗人數(shù)同樣為3人，結(jié)果見表2。由表2可見，單臺變壓器試驗準(zhǔn)備階段及收尾階段用時由69min縮短至37.2min，平均節(jié)省時間31.8min。

表2 使用效果統(tǒng)計表Tab.2 Statistical table for using effect min

智能型變壓器試驗接線箱的使用將檢查遺留連接線的過程由試驗人員主動排查轉(zhuǎn)變?yōu)轱@示面板的客觀指示信息，有效防范了因作業(yè)面狹小、試驗現(xiàn)場光線不足、試驗人員精神狀態(tài)不佳等導(dǎo)致誤檢的風(fēng)險，杜絕了因連接線遺留變壓器上而引發(fā)的電力安全事故，提高了電網(wǎng)運行穩(wěn)定性與供電可靠性。

4 結(jié)語

本文針對變壓器試驗儀器的連接線箱內(nèi)部擺放雜亂，每次工作前因找線、理線而耗時耗力，且對試驗結(jié)束后現(xiàn)場連接線的回收情況無法直觀掌握等問題，研制了智能型變壓器試驗接線箱。該接線箱在應(yīng)用過程中的可操作性強，可有效縮短變壓器試驗準(zhǔn)備及收尾階段用時。由于電網(wǎng)中變壓器運行數(shù)量龐大、電氣試驗頻繁，該裝置的推廣應(yīng)用前景可觀。