变电站二次控制电缆寻线方案研究

引言

随着计算机通信技术的快速发展 , 自动化技术在变电站中的运用变得越来越广泛 ,在保证系统设备安全运行的前提下 ,也提高了变电运维整体的管理水平。为了减轻变电站运维人员的劳动强度 ,达到无人值守的控制水平 ,变电站的自动化设备在不断改造和升级 。但是随着变电站设备的不断改造和更换 ,原有二次控制电缆因施工时未悬挂标识牌或其他原因导致标识牌无法识别的情况时有发生 ,这些二次控制电缆的走向和末端通过施工图纸已无法确定 。一般二次控制电缆均敷设于电缆沟内 , 电缆沟内控制电缆数量较多 ,很难找到目标电缆 ,而揭沟盖板寻找电缆工作量较大 , 因此通过人工寻找无标识牌控制电缆走向及末端较困难。

1 工作原理

寻线仪由信号探测器、信号震荡发生器以及相应的适配线构成 ,其工作原理如下:首先 ,信号震荡发生器发出信号 ,信号通过耦合线夹等专用辅材注入目标线缆 ,使待测线缆发出特定频段的电磁信号场:其次 ,在线缆疑似敷设方向使用高灵敏度的感应探测器感应该电磁信号场的强度:最后 ,根据信号探测器所产生的信号强弱差异 ,可以快速确定目标线缆的走向 。寻线仪是变电运维实施人员在日常工作中查找目标线缆路径的便捷工具 ,可在检修施工过程中为确认无标号电缆走向带来极大的便利。

2 寻线仪装置结构

寻线仪主要由两部分组成 ,分别是主机部分 、从机部分 ,如图1所示。

主机部分主要是根据特定的规则 ,产生相应高频信号 ,通过非直接接触式耦合线夹注入到电缆中 。为了防止信号在传输过程中发生巨大消耗 ,主机采取差模电感阻波的设计思想 ,而不是采用直接接触式耦合线夹上加装电磁阻波的方式 。主机可以发出相邻多个频段的高频信号 ,从机可以近距离接触所耦合的电缆线 ,通过对应频段的强度来区分电缆线芯对应关系 ,可以避免单一频段被线缆电磁场干扰而影响效果。

从机部分主要通过增益天线在不揭开盖板的情况下测试电缆的走向 ,利用增益天线发出的信号来进行电缆的寻线探测。为了防止干扰信号影响探测结果的准确性 ,利用选频滤波的方法和特定报文格式的对应性 ,从而确保信号的准确性。最后 ,通过报文解析方法对得到的信号和目标信号进行校核 ,整个检测过程具备良好的人机交互 ,可以使检测人员简便快捷地判断出正确的目标电缆。

主机硬件部分设计如下:

(1)FPGA模块:可编程逻辑阵列FPGA内部逻辑资源及其 DsP硬核丰富 ,将其作为主机编码调制的发生模块 ,可以充分满足寻线高速编码的要求 ,在其内部完成高速载频信号的产生和编码调制的数字化合成[2]。根据FPGA与旋钮的交互功能 ,主机工作模式可通过旋钮进行设定:此外 ,FPGA状态指示功能可将电源及工作状态通过LED显示出来。

(2)MCU模块。MCU功能主要由基于TI的芯片实现 ,包含内置A/D、D/A转换功能 ,处理速度快 ,抗干扰能力强 ,稳定性高。此模块还含有外部数据接口 ,可以和其他外部模块进行数据交互 ,从而使得数据传输处理变得简单方便。

(3)模拟信号合成电路:该部分电路采用高速模数转换芯片 ,其优点是转换速率高 ,且所合成的波形杂散指数和谐波等比较低 。利用该芯片对FPGA所生成的数字信号进行D/A转换 ,得到高频率载频调制信号 , 以便进行下一步的信号调理功能分析。

(4)信号调理电路:主要包含滤波电路 、放大电路及防护电路三部分 。信号调理电路的功能是调理模数D/A转换后所得到的信号 ,滤除信号中由采样时钟产生的高频镜像信号 , 以此获取较强的信号驱动能力。

(5)信号检测电路:信号发生设备包含一个辅助电路一信号反馈检测电路 ,该电路根据现场要求的实际情况 ,通过检波主通道输出信号的能力 ,来判定当前位置线缆发出信号场的强度 ,然后以监测值为基准进行调整 ,确保信号可以在一定的范围内稳幅输出。

(6) 电源电路:主机中的硬件电路所需电压值设定为宽

幅。 电源电路主要采用高效的锂电池充电管理电路以及变换电路 ,大大提高了电源利用率。

从机硬件部分结构与主机类似 ,设计如下:

(1)主控模块 。从机的主控模块采用高效的CPU核心模块 ,运行速率快 ,计算效率高 ,可对数据进行采集、解析、记录、存储以及对指定设备进行功能控制 。采用按键的方法进行设备操作 ,具备丰富的指示方式 ,可以对输出结果进行显示和蜂鸣报警提示 ,并对分析结果进行直观的显示。

(2)检波/解调模块。检波/解调模块主要是作为信号的接收、解析、处理、传输通道 。在整个传输的过程中 ,对主机发出的探测信号 ,通过低通滤波的方法去除干扰信号 ,再运用运算放大器进行相应的信号放大处理 ,后面一路信号通过信号解调器进行解调处理 ,将信号解调的报文传输到主控模块中 ,另外一路信号通过功率检波器进行检波 ,得出检测值 ,并将检测结果传输到主控模块中 。主控模块通过解调报文和检测值进行记录、分析和对比 ,作为后面选取目标电缆的主要判断依据。

(3) 电源模块。电源模块主要是为各个主要的硬件模块提供供电电源。整个电源模块采用大容量的锂电池 ,利用电压变化的方法 ,将固定电压转换为适应各种硬件的供电电压 ,使得设备正常稳定运行。

3 结语

变电站内二次控制电缆布置错综复杂 ,控制电缆没有标识牌或标识牌不清晰的情况经常存在 ,在进行变电站综合自动化改造或者直流接地查找以及缺陷处理时 ,如果遇到无法识别相关控制电缆走向及末端的情况 ,借助本文所述寻线仪 ,能够快速识别目标控制电缆的走向 ,提高工作效率 ,减少劳动力消耗 ,为检修人员确认路径提供了有力手段。