變電站二次控制電纜機械化敷設技術的研究

廖志鵬 張立林 江維臻 李娟 韓存

摘要：當下社會對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)中對電能的電壓和電流進行變換、集中和分配的場所。現(xiàn)階段變電站的二次敷設采用傳統(tǒng)電境敷設方法，對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強度大。為此研制出一款用于變電站二次控制電纜敷設的機械化裝置，以各設備輔助施工人員的方式替代傳統(tǒng)敷設方法，以此完成電纜的機械化敷設。

關鍵詞：變電站二次敷設；機械化；電纜；敷設技術

中圖分類號：T

變電站電纜敷設與二次接線過程中，全面、科學、合理的前期規(guī)劃能使施工中電纜敷設及二次接線的開展更高效、準確。參考文獻可知傳統(tǒng)電纜敷設在施工前需要做充分的準備，即需完成組織學習、現(xiàn)場勘測、敷設順序、協(xié)調(diào)分工，以及各工具設備的清點檢查等一系列準備。

還要在控制電纜牽引時保持高度警惕，避免尖銳物劃傷電纜表面；注意可能因慣性牽引導致電纜傳送盤繼續(xù)旋轉傳送，進而發(fā)生控制電纜散出線盤的現(xiàn)象。長距離敷設過程還會經(jīng)過工況復雜路段，在轉彎位置敷設時，電纜受力增大，存在劃傷電纜的風險。

1 設計原理

本電纜敷設機械化的設計原理是將多種類型的機械式敷設防護裝置安裝在電纜敷設路徑上，把終點自動牽引裝置的牽引繩穿過全部機械式敷設防護裝置后，與控制電纜前端以及起點自動牽引裝置牽引繩進行固定。通過整套變電站二次控制電纜敷設機械化裝置完成自動化敷設，能有效提高敷設效率，降低電纜損傷，提高電纜的利用率。

2 結構介紹

本電纜機械化敷設裝置是由純機械式防慣性電纜盤支架、自動送線裝置、自動牽引裝置、多種類型的機械式敷設防護裝置等組成。

2.1純機械式防慣性電境盤支架

參考文獻介紹的是一種用于海運高壓電纜的簡易托架，以避免海運電纜盤過程中發(fā)生磕碰為出發(fā)點設計的，但較難應用于敷設施工過程中。而純機械式防慣性電纜盤支架的存在可以防止牽引慣性導致電纜盤繼續(xù)旋轉造成電纜脫落而纏繞的現(xiàn)象。其主要用于控制電纜盤放置，增設的滾軸阻尼調(diào)節(jié)器能調(diào)節(jié)電纜盤支架旋轉的順滑度。

2.2自動送線裝置

自動送線裝置（如圖1所示）主要安裝于防慣性電纜盤支架前，配備自動敷設模式。當自動牽引裝置的牽引量大于傳送量時，電纜會出現(xiàn)拉扯過緊的情況，牽引裝置動力系統(tǒng)功率變低，檢測結果將被反饋至主控單位，隨后主控單元提高動力系統(tǒng)傳送量。同理，當牽引量小于傳送量導致電纜松弛時，自動牽引裝置將提高動力系統(tǒng)的牽引量。自動送線裝置的送線速度與終點的自動牽引裝置實現(xiàn)同步牽引工作。

2.3自動牽引裝置

自動牽引裝置（如圖2所示）主要由牽引電機、承重支架、卷線盤、編碼輪、編碼器、控制箱組成。敷設起點和終點各放置一臺，與終端自動牽引裝置結構相似且均為模塊化設計，目的是方便設備運輸與安裝，提高施工效率。

終端自動牽引裝置中的牽引電機是主要動力來源，配合減速機構可增大扭矩，加強裝置收線的能力。電力人員可以通過總控制系統(tǒng)界面對該裝置進行操控，控制牽引電機送線與收線工作。

2.4多種類型的機械式敷設防護裝置

本機械式敷設防護裝置在敷設過程中起保護線纜完整的作用，包括金屬橋架敷設防護裝置、電纜溝敷設防護裝置、電纜豎井敷設防護裝置。

金屬橋架敷設防護裝置適用水平方向、豎井拐角和水平拐角等位置（如圖3所示）。金屬橋架敷設防護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柄、可調(diào)節(jié)橋架固定座組成。位于該防護裝置滾輪上的快速脫離結構（如圖4所示）采用的是滾輪一體式結構，可以隨著滾輪旋轉的方向任意調(diào)節(jié)，調(diào)整至所需角度時便可通過黑色旋轉手柄以固定線纜牽引的方向。如果要取出線纜，即可先松開旋轉手柄，任意推出所固定位置便可取出線纜。

通過在最受力的拐角處放置防護裝置，根據(jù)拐角寬度確認滾輪調(diào)節(jié)模塊的間隔距離，再旋轉各模塊的旋轉柄固定各模塊，最后固定滾輪上的快速脫離結構便可以輔助線纜通過。滑槽內(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)模塊目的是滿足任意距離的敷設尺寸。可調(diào)節(jié)橋架固定座用于機械式金屬橋架滑輪輔助工具固定在橋架邊框上，設四個固定點能保證線纜在敷設過程中更穩(wěn)固。

很多類型的機械式敷設防護裝置還包括電纜溝敷設防護和電纜豎井敷設防護，能應用多變的敷設環(huán)境。電纜溝敷設防護裝置的技術原理如上述一般，區(qū)別在于固定底座的設計不同。電纜溝防護裝置1的底座是通過膨脹螺絲安裝在電纜溝墻壁上；而該防護裝置2的固定底座設計則采用一種無損安裝方式，通過活動扳手順時針旋轉固定兩側的緊固螺桿，使底座兩側向外撐開，通過電纜溝兩側墻壁的反作用力進行緊固。

電纜豎井敷設防護裝置分為進線端、直線端和出線端三部分。其技術原理如上述一般，區(qū)別也在固定底座設計不同。進線端設計了兩種方案，分別為進線端豎井防護裝置1，采用膨脹螺絲的方式安裝在進線口旁的水泥墻面上；進線端豎井防護裝置2的設計原理與電纜溝敷設防護裝置2相同。直線端電纜豎井敷設防護裝置通過固定底座安裝于電纜豎井內(nèi)部支架上方。由于電纜豎井出線端工況較為復雜，所以出線端電纜豎井敷設防護裝置分別安裝于出線口電纜支架上方和金屬橋架側面。

2.5總控制系統(tǒng)

本裝置自主開發(fā)的控制系統(tǒng)用于上述自動送線裝置、自動牽引裝置的操作控制，設備模式控制切換包括全自動模式和手動模式。

全自動模式即有兩臺自動牽引裝置與一臺自動送線裝置聯(lián)動工作，通過操控系統(tǒng)對敷設設備進行“啟停控制、速度調(diào)節(jié)”。

手動模式分別單獨選擇對自動送線裝置和自動牽引裝置進行設備啟停控制、速度調(diào)節(jié)、正反轉控制，亦可進行電纜牽引的收緊度調(diào)整，在設備檢查、檢修時使用。

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，并能直觀地看到裝置在工作過程中的運行狀態(tài)，以及各設備的工作參數(shù)值。裝置的運行狀態(tài)可以分為正常運行、待機、故障三種狀態(tài)。各設備在運行時的功率、速度、牽引力和擋位。

而參數(shù)調(diào)節(jié)設置界面（如圖6所示）則可對擋位輸出量、中繼牽引機數(shù)量、牽引力停機保護值、牽引松緊度調(diào)節(jié)值、牽引力校準系數(shù)等進行參數(shù)設置。

2.6聯(lián)動控制功能

為協(xié)調(diào)各裝置還增加了聯(lián)動控制功能，利用控制芯片檢測控制，對電機轉速的調(diào)整以達到設備運行的統(tǒng)一。通過各裝置系統(tǒng)的自主配合來提高敷設的工作效率。

聯(lián)動控制功能可以進行扭矩檢測，在自動牽引裝置進行工作時，控制芯片會實時對電機進行檢測，通過監(jiān)測線纜拉力傳感器，自動牽引裝置自動判斷是否屬于危險情況，如屬危險情況將停止運行。該聯(lián)動控制功能的扭矩檢測邏輯原理圖如圖7所示。

3 技術關鍵

（1）自動智能化特點，本項目滿足多元化的控制模式，對設備進行功能控制、參數(shù)調(diào)節(jié)、模式切換、運行管理，實現(xiàn)自動化、智能化，減少耗材損壞率。

（2）自動敷設模式，自動送線裝置和自動牽引裝置的動力反饋系統(tǒng)實時檢測輸出功率情況傳輸?shù)街骺貑挝唬儆芍骺貑挝粚Υ饲闆r進行調(diào)節(jié)。

（3）聯(lián)動控制設計，調(diào)速程序與聯(lián)動控制扭矩檢測程序不僅能保障控制電纜被過度繃緊或者過度松弛，還能保障當牽引動力超過預設的閾值，自動牽引裝置定義為危險情況，將停止運行并且發(fā)出警報。

4 實例分析

上述完成對變電站二次控制電纜敷設機械化裝置的研制，為了試驗項目的可行性，對各裝置進行相應的測試。本裝置經(jīng)過與傳統(tǒng)變電站二次控制電纜敷設的工藝方式對比，不僅減少人力和工時的消耗，還增加了拐角防護、智能反饋調(diào)速、兩種模式轉換、故障提示等功能，從一定程度上對電纜起到保護的作用，提高電纜的利用率。該電纜敷設技術工藝產(chǎn)品在功能、工藝或技術優(yōu)勢上遠超傳統(tǒng)敷設工藝。

結語

變電站二次控制電纜敷設機械化裝置的研究，改善目前變電站進行二次控制電纜敷設時需要依靠大量人力的情況。通過自動化、智能化的手段，將整體的施工流程標準化、可控化，可提高了項目質(zhì)量，減少了項目成本。

作者簡介：廖志鵬（1980-），男，本科，高級工程師，研究方向：新型繼電保護技術、新型二次電纜工程施工技術；張立林（1971-），男，專科，高級工程師，研究方向：電力工程施工；李娟（1993-），女，碩士，工程師，研究方向：新型電器設備技術；韓存（1983-），男，本科，高級工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動化。

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