電纜智能遙控刺扎及斷線裝置施工技術的研究

康勇全，梁健超，張育勛

（廣州市電力工程有限公司，廣東 廣州 510260）

總結及分析以往的電纜遷改或者搶修工程，發現有幾個工作步驟效率不高，并存在一定的安全隱患。一是電纜驗電操作，驗電時需要人工進行判斷并且做標識，但是遇到電纜管廊內部電纜走向多而復雜的情況，存在錯誤地將記號標到帶電電纜上方風險。若現場需要再次核對目標電纜是否帶電，需要重新對電纜進行標識，浪費不少的人力和時間。二是電纜的刺扎，電纜刺扎需要安全可靠地進行，若第一步電纜標記錯誤，那么電纜的刺扎就會引起帶電電纜的損壞并且可能損壞電纜刺扎設備。三是電纜的切割工作需要穿戴厚重的防護服來進行手動切割，尤其是夏天室外高溫下工作，很容易造成操作人員中暑或者身體不適。

廣州市電力工程公司通過長期與廣州供電局輸電管理所等單位的交流合作，通過總結提煉長期施工及運檢分析累積的經驗，針對電纜智能遙控刺扎及斷線裝置研發、改進和應用新型施工工具，編制出電纜智能遙控刺扎及斷線裝置施工技術。經多項電纜工程實踐檢驗證明，施工方法先進有效，適用范圍廣，使用便利，提高施工質量和效率，為公司帶來明顯的社會效益和經濟效益。

1 本施工方法的創新點

新工具、新材料應用。

針對傳統電纜驗電、刺扎、斷線工具無法聯動操作施工的缺陷，我司研究了一套集電纜帶電識別，安全刺扎和切割電纜的裝置，通過智能控制平臺的操作，實現了施工人員可與目標電纜在保持安全距離的情況下完成斷線施工。具有以下的創新點：（1）應用該裝置無須在電纜兩端施加信號，可直接在電纜斬切位置直接驗電識別；（2）該裝置具有自鎖控制功能，探測到電纜帶電時能夠自動閉鎖刺扎器控制裝置；（3）該裝置可直接附著電纜進行驗電，非線圈方式圍繞電纜，避免了電纜重疊壓緊而無法測量；（4）采用遙控刺扎和切割工藝，提高刺扎和切割電纜的安全性；（5）該裝置采用觸摸電容液晶屏，具有語音提示功能，體積小重量輕，便于攜帶。

在此過程獲得了2 項國家實用新型專利和1 項計算機軟件著作權登記證書，相關發明專利在實質審查中。

《一種用于輸電電纜帶電停電狀態快速檢測的驗電設備》（ZL 2022 2 0856355.0），通過新型的驗電設備，將電纜的帶電情況數據通過無線傳輸到控制主機上，判斷刺扎及斷線工作是否可以進行?！兑环N電纜智能驗電、試扎及切斷控制系統》（ZL 2022 2 0856427.1），《電纜智能遙控安全試扎及斷線控制系統》（軟著登字第9810976 號），通過控制系統，施工人員可以與目標電纜保持5m 以上安全距離，實現電纜驗電、試扎及斷線全過程遙控操作，提高施工效率和保障了施工人員的安全性。

2 關鍵技術原理

2.1 電纜帶電識別

《電力安全工作規程線路部分》有明確的要求：開斷電纜前，必須與電纜圖紙核對是否相符；用儀器或其他設備證實該電纜無電。要證實目標電纜無電，才能夠對目標電纜進行刺扎和切割。

根據電磁感應現象，閉合電路的一部分導體在變化的磁場中會產生感應電動勢。電纜帶電識別裝置里面有一磁場傳感器，其在交流電產生的變化的磁場中可以感應出變化的電動勢。但是其感應電動勢數值比較小，需要進行放大至中央處理器能夠識別的信號才能識別出來，因此，磁場傳感器所感應出來的感應電動勢經過放大電路后，經由中央處理器的數模轉化后得到具體的數值，再經由中央處理器通過無線傳輸部分傳輸給控制主機?？刂浦鳈C根據判斷算法，然后判斷所電纜帶電識別裝置所檢測的數據，判斷目標電纜的帶電狀態。

因此，由于電纜沒有帶電的情況下，是不存在變化的磁場的，只要檢測目標電纜的磁場大小和相鄰的電纜的磁場大小。根據判斷算法，就可以判斷出目標電纜的帶電狀態。

2.2 無線傳輸

無線傳輸部分是控制主機與電纜帶電識別裝置、電纜刺扎控制器和電纜切割控制器進行傳輸的唯一途徑。本項目使用了2.4G 的通信頻道，芯片采用了進口的NRF24L01無線傳輸芯片。在無線通信中斷的時候，芯片會不斷搜索和配置自身的數據，從而最大程度地保證通信質量。

2.3 電池電源管理

由于控制主機、電纜帶電識別裝置、電纜刺扎控制器和電纜切割控制器均使用鋰電池作為電源輸入。因此，本項目基于鋰電池使用了TP5400 充放電管理芯片進行電源管理和鋰電池充電管理。TP5400 可以在監控鋰電池的電壓和控制鋰電池充電的速度，保障鋰電池不會因為過沖和過放導致鋰電池損壞。并且TP5400 可以把鋰電池的電壓從3.7V 升到5V，從而供給后級電路使用。

2.4 安全刺扎和切割

和以往的刺扎設備不同的是，以往的刺扎設備由于操作簡單，并沒有安全鎖這個功能。本裝置必須經過驗電步驟，保證目標電纜是沒有電的情況下進行刺扎和切割，若電纜帶電則不能進行刺扎和切割動作。

3 裝置操作流程

如圖1所示進行電纜智能遙控刺扎及斷線裝置的安裝。

圖1 裝置實施示意圖

如圖2 所示進行電纜智能遙控刺扎及斷線裝置的控制操作。

圖2 裝置操作流程圖

4 效果檢查

4.1 原施工方法

（1）傳統的目標電纜鑒別。需要進入變電站做安全措施，安裝發射主機，在停電目標電纜上進行特殊接線，需要留人操作發射主機，接收機在使用前需要在發射主機端進行同步信號（停電或更換接線時，需要重新同步），然后才能帶著接收機處出發至目標電纜切斷位置進行目標電纜鑒別。準備工作多，操作麻煩、需要多人配合、耗時較長。無法滿足搶修作業等對工期要求緊張的項目使用。

（2）傳統電纜試扎。需要至少兩名操作人員穿著不透氣的保護服站在絕緣墊上，采用人工大錘打釬的方式對擊穿目標電纜，或者采用手動液壓刺穿槍進行近距離試扎。人工操作方式具有刺穿質量不穩定，對操作人員水平要求高，且夏天容易導致操作人員中暑。

（3）傳統電纜切割。需要操作人員穿著不透氣的保護服站在絕緣墊上，使用往返鋸或環形電鋸將目標電纜切斷的方式，夏天容易中暑，穿著保護服作業操作麻煩，保護服清洗困難且易損。采用傳統電纜切斷方式，一旦未進行目標電纜安全試扎誤傷帶電電纜時，容易導致嚴重的人員傷亡。

4.2 現施工方法對比

（1）能夠實現同時對目標電纜及輔助電纜進行快速檢測，判斷電電纜驗電結果聯動完成目標電纜安全試 ※扎操作和電纜斷線操作，實現電纜遷改的驗電、試扎、斷線的智能化、一體化的判斷操作。

（2）通過應用無線通訊技術，作業人員無須臨近或直接接觸電纜，即可完成試扎和斷線等高風險作業，降低作業人員誤判斷、誤傷及目標電纜時的可能性。

（3）整個系統操作采用可視化圖形觸控界面和語音提醒，操作簡單、方便，即使單人操作也能得到充足的信息提醒，及時發現不安全情況。

（4）采用電磁場感應技術的驗電裝置可以在任何電纜斷線地點快速完成電纜驗電檢測，無須特殊接線，無需同步信號等一系列煩瑣工序，大幅節約作業時間。

（5）一臺控制主機配有一臺主驗電裝置和兩臺輔助驗電裝置，主驗電裝置安裝在目標電纜上，輔助驗電裝置分別安裝在的其他電纜上，能夠同時對3 根電纜的停電/帶電狀態進行判斷，提高驗電效率。同時通過對比分析目標電纜和臨近電纜磁場強度，可提高目標電纜驗電判斷的準確度。當三臺驗電裝置放置同一電纜檢測時，能通過另外輔助驗電裝置對主驗電裝置進行比對檢測，通過比對當主驗電裝置與輔助驗電裝置，檢測同一電纜的磁場強度數值是否基本一致的方法能及時發現驗電裝置是否存在異常。

（6）由于作業人員無須接觸或者臨近帶電電纜進行電纜試扎和斷線等高風險作業，因此無須穿著高壓防護服和站在絕緣墊上進行操作，大幅降低高溫天氣中暑的幾率，降低作業人員的勞動強度。

5 效果對比

活動后，小組成員在多個電纜項目中進行測試應用，并統計分析，結果如表1 所示。

表1 應用效果檢查表

從表1 中可以看到，智能電纜識別試扎裝置的操作成功率達到100%，操作時間在10min 內。

6 結語

電纜智能遙控刺扎及斷線裝置能適用于不同電壓等級的電纜施工中，能準確判斷電纜的帶電情況，只有在不帶電的情況下，才能動作。施工人員可以與電纜設備保持安全距離的情況下進行施工，降低人工斬切電纜時誤傷旁路電纜的可能性，避免人員受到觸電、燒傷等傷害。同時，該設備可以使鑒別斬切電纜施工時間減少30min 以上，節省了施工人員的體力消耗，提高了施工效率，有良好的使用價值和推廣價值。