麗水正好電力實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司配網(wǎng)建設(shè)分公司 何靖偉 王曜飛 姚文浩 張杭浙

國網(wǎng)麗水供電公司南城供電分公司 劉 煜

近年來，國家對城市美化和供電安全的要求日益提高。因此，電纜隧道和電纜溝也成了城市供電的主要通道。在當(dāng)前10kV電纜敷設(shè)所用時(shí)間統(tǒng)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)，電纜轉(zhuǎn)角敷設(shè)時(shí)間占用較長，且存在人力資源浪費(fèi)和一定安全隱患，需要用優(yōu)質(zhì)設(shè)備去提高電纜敷設(shè)作業(yè)效率和安全性[1]。

本項(xiàng)目研制的新型智能電纜轉(zhuǎn)角敷設(shè)專用支架通過電動(dòng)調(diào)節(jié)支架，實(shí)現(xiàn)電纜轉(zhuǎn)角360°平順敷設(shè)。借助電纜牽引力預(yù)警系統(tǒng)，避免電纜敷設(shè)過程中電纜破裂、牽引繩斷裂等危險(xiǎn)情況發(fā)生。安裝智能感應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控各個(gè)電纜轉(zhuǎn)角處的安全情況。

1 項(xiàng)目概述

電纜轉(zhuǎn)角敷設(shè)專用支架的研制，通過電動(dòng)控制支架升降調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)電纜平順敷設(shè)。本項(xiàng)目研究的新型智能電纜轉(zhuǎn)角敷設(shè)專用支架主要包含以下兩部分內(nèi)容：一是電纜牽引力預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合電纜敷設(shè)作業(yè)過程中可能出現(xiàn)的問題，研制電纜牽引力的預(yù)警裝置，避免電纜由于敷設(shè)過程中，所受拉力問題而引起的電纜破裂和牽引繩斷裂等情況；二是安裝智能感應(yīng)系統(tǒng)，結(jié)合實(shí)際作業(yè)需求，通過安裝的智能感應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控多個(gè)電纜轉(zhuǎn)角處的運(yùn)行情況，確保電纜敷設(shè)的現(xiàn)場安全。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

新型智能電纜轉(zhuǎn)角敷設(shè)專用支架采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式調(diào)節(jié)支架高度，可實(shí)現(xiàn)旁路電纜轉(zhuǎn)角360°平順敷設(shè)，解決現(xiàn)有支架電纜敷設(shè)高度無法調(diào)節(jié)問題[2]。研究人員利用制圖軟件繪制了如圖1所示的三維模型圖，包括主面板、尼龍輪、底部支撐腳、側(cè)面支撐腳。

分解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：主面板。主面板由兩塊長型金屬板組成，重疊部分可以旋轉(zhuǎn)，根據(jù)電纜井大小進(jìn)行調(diào)整（如圖2所示）。

圖2 主面板

尼龍輪。通過軸承安裝在中心軸上，進(jìn)而固定在主面板上，結(jié)構(gòu)為上小下大，方便電纜的取放（如圖3所示）。

底部支撐腳。底部支撐腳設(shè)置為可伸縮形式，固定件固定在主面板上，內(nèi)桿插進(jìn)外桿，外趕上通過緊定螺釘固定內(nèi)桿伸出長度，松開緊定螺釘可調(diào)節(jié)底部支撐腳的長度（如圖4所示）。

圖3 尼龍輪

圖4 底部支撐腳

側(cè)面支撐腳。側(cè)面支撐腳分為連接段、中間段及尾段，連接段固定在主面板上，中間段兩端分別為同等規(guī)格的內(nèi)、外螺紋，可多段連接進(jìn)行加長，尾段通過螺紋連接在中間段上，可用扳手調(diào)節(jié)支撐腳長度，使裝置在平面上固定，防止電纜帶動(dòng)而發(fā)生側(cè)翻（如圖5所示）。

圖5 側(cè)面支撐腳

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

通過加裝電纜牽引力預(yù)警系統(tǒng)，能夠在作業(yè)時(shí)檢測現(xiàn)場電纜敷設(shè)過程中的相應(yīng)問題，并及時(shí)解決這些問題，從而減少作業(yè)中的停工時(shí)間。

2.2.1 電纜牽引拉力傳感器

在對電纜牽引張力傳感器的研究中，引入了Dyly102系列電阻式應(yīng)變張力傳感器，如圖6所示，在傳感器的最上部位置與張力傳感器相連接，下部位置與牽引傳感器和密封器電纜的牽引夾相連。從電纜張力以及張力傳感器的張力將影響來看應(yīng)變電流的變化。在多芯導(dǎo)線的影響下，將通過拉力感應(yīng)器所產(chǎn)生的應(yīng)變電流結(jié)合在微機(jī)的智能控制電路，可以進(jìn)行A/D輸出、放大和整形，從而準(zhǔn)確地測量封口機(jī)電纜的壓力。

2.2.2 單片機(jī)智能控制電路

圖7是單片機(jī)智能控制電路的基本工作機(jī)理，將控制電路送入光電耦合器，從而確定牽引器的拖動(dòng)方式。在多芯導(dǎo)線的情況下，傳感器還能產(chǎn)生電流并輸送到主傳感器的A/D電路并對信號(hào)放大整形，從而可以將處于離散情況下的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，并將數(shù)字信息傳送到單片機(jī)上。此時(shí)，由單片機(jī)所計(jì)算的導(dǎo)線牽引拉力數(shù)值，將能夠根據(jù)圖形的位置直接呈現(xiàn)在LED屏幕上（如圖7所示）。

圖6 拉力傳感器

圖7 單片機(jī)智能控制電路工作原理

當(dāng)線纜的引出拉伸值與內(nèi)部整定線纜引出拉伸值發(fā)生對比時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)牽引力過載、將牽引力方向及時(shí)取反，會(huì)在第一個(gè)工作時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)語音告警[3]。單片機(jī)的輸出信息就能夠較大程度抑制繼電器吸合。同樣，在第一個(gè)時(shí)刻內(nèi)，單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)最佳反向牽引力，牽引拉力也將會(huì)由最高減少至最低點(diǎn)。但如果在延時(shí)功能下，突然斷開了輸出信息控制器，單片機(jī)就會(huì)停止工作。

圖8 單片機(jī)控制程序流程

本文通過安裝智能導(dǎo)引系統(tǒng)，對每個(gè)電纜角的安全狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測，快速確定內(nèi)部設(shè)備的故障點(diǎn)，有效提高了故障診斷的特支速度，縮短了事故處理的時(shí)間，同時(shí)也大大提升了作業(yè)人員的工作效率[4]。

在電纜敷設(shè)完成后，傳統(tǒng)的方式技術(shù)人員要對各種型號(hào)的電纜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)完成后將剩余的電纜退庫，通常此項(xiàng)工作很大且十分煩瑣。而智能導(dǎo)引系統(tǒng)將省去原有復(fù)雜的工序，當(dāng)電纜敷設(shè)完成后，首先智能系統(tǒng)將對現(xiàn)場剩余電纜進(jìn)行掃描，檢測拉力值變化，啟動(dòng)A/D采樣；然后電纜敷設(shè)記錄傳至指揮系統(tǒng)，指揮系統(tǒng)在收到電纜敷設(shè)記錄后，將根據(jù)系統(tǒng)的信息對其數(shù)據(jù)進(jìn)行的審核，確認(rèn)A/D采樣轉(zhuǎn)換完成情況；最后智能系統(tǒng)讀取16bit A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)標(biāo)定，得到實(shí)際拉力值嗎，由此整個(gè)單片機(jī)A/D采樣程序流程圓滿完成了（如圖9所示）。

圖9 采樣程序流程

3 技術(shù)架構(gòu)

本項(xiàng)目開發(fā)的新型智能電纜角鋪設(shè)專用支架，在電氣調(diào)節(jié)的輔助下，可以順利地進(jìn)行360°的電纜成角。在電纜鋪設(shè)過程中，使用電纜牽引報(bào)警系統(tǒng)，避免電纜斷裂；安裝智能引導(dǎo)系統(tǒng)，監(jiān)測每個(gè)電纜拐角處的安全情況。

電動(dòng)托架由無線電遙控控制，電動(dòng)推桿為雙頭平板結(jié)構(gòu)。推桿兩邊的平面可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行定制。電纜鋪設(shè)支架安裝在推桿的頂部，支架通過無線遙控器上下調(diào)整。電纜支架的主體由一個(gè)高強(qiáng)度的尼龍滑輪組成，用于傳輸，而傳輸結(jié)點(diǎn)則配備了一個(gè)傳輸旋轉(zhuǎn)軸。安裝了重力傳感器和微型攝像機(jī)來監(jiān)測電纜的鋪設(shè)。采集的數(shù)據(jù)可以通過手機(jī)應(yīng)用程序和外部顯示屏幕顯示。

4 裝置功能

新型智能電纜轉(zhuǎn)角鋪設(shè)支架用于電纜轉(zhuǎn)角鋪設(shè)作業(yè)的專用儀器。該發(fā)明應(yīng)用最新的數(shù)字通信、嵌入式、計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)來收集和分析電纜井中的電纜角信息，通過提升、調(diào)整電氣，電纜牽引預(yù)警系統(tǒng)和智能導(dǎo)向系統(tǒng)可有效幫助操作人員監(jiān)測電纜角的鋪設(shè)情況，以及電纜在井中的傳輸是否正常。該系統(tǒng)主要由電纜電角支架、電纜牽引預(yù)警系統(tǒng)和智能引導(dǎo)系統(tǒng)組成。

電動(dòng)推桿是一種將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電力驅(qū)動(dòng)裝置，由電機(jī)推桿和控制裝置等機(jī)構(gòu)組成。在各種簡單或復(fù)雜的工藝流程中作為執(zhí)行機(jī)械使用，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離控制、集中控制或自動(dòng)控制，其參數(shù)如下。額定功率：30W；永磁直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)；電壓：12V/24VDC；外置行程推桿，兩端行程任意位置可移動(dòng)推桿電機(jī)；推桿是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，螺桿傳動(dòng)，伸縮桿只能伸縮不會(huì)旋轉(zhuǎn)；電機(jī)是正負(fù)兩極，比如正極伸，負(fù)極縮，調(diào)換一下就可以改變桿伸縮方向；環(huán)境溫度-26～85℃；標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)等級：IP54；低噪音設(shè)計(jì)，噪音等級低于50dB；推桿材料：鋁合金。

圖10 電動(dòng)推桿

圖11 重力控制器的組成及連接

重力控制器外形尺寸為：84.0mm×66.2mm，安裝孔尺寸為：76.2mm×58.4mm。控制器板由電源、重力測量、CPU控制、按鍵、顯示及繼電器輸出等部分組成，如圖11所示。重力控制器上安裝了兩個(gè)繼電器，分別帶常開與常閉觸點(diǎn)，可以控制2路AC250V/7A或DC28V/10A以內(nèi)的用電器。繼電器動(dòng)作分別由兩個(gè)發(fā)光管指示。

利用微型免插電遠(yuǎn)程手機(jī)無線高清攝影頭具有隨機(jī)挪動(dòng)、云存儲(chǔ)、無需網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，配置磁吸支架可便攜安裝在轉(zhuǎn)角敷設(shè)支架上，通過手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，調(diào)取電纜敷設(shè)畫面。

5 實(shí)施成效

5.1 技術(shù)優(yōu)勢

新型智能電纜敷設(shè)專用支撐采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，調(diào)整支架高度，實(shí)現(xiàn)360°旁路電纜Angle的順暢敷設(shè)，可解決現(xiàn)有支撐和電纜敷設(shè)高度不能調(diào)整的問題。

由于安裝了電纜牽引預(yù)警系統(tǒng)，在操作期間為了減少停工時(shí)間，工藝放置領(lǐng)域電纜的相應(yīng)問題可以很快檢測和解決。

電纜轉(zhuǎn)角敷設(shè)專用支架通過智能感應(yīng)系統(tǒng)的安裝，可在各電纜拐角安全狀況在線監(jiān)測表、內(nèi)部裝置上迅速確定故障部位，有效提高特殊支撐的故障診斷速度，縮短事故處理時(shí)間，幫助工作人員解決突如其來的問題。

5.2 創(chuàng)新點(diǎn)

第一，在智能感應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，電纜轉(zhuǎn)角敷設(shè)專用支架借助微型免插電遠(yuǎn)程手機(jī)無線高清攝影頭，無需網(wǎng)絡(luò)，采用磁吸支架快速安裝，通過手機(jī)APP即可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控各個(gè)電纜轉(zhuǎn)角處的敷設(shè)情況。

第二，在電纜牽引力預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，電纜轉(zhuǎn)角敷設(shè)專用支架通過電動(dòng)調(diào)節(jié)支架，實(shí)現(xiàn)電纜轉(zhuǎn)角360°平順敷設(shè)。

5.3 存在不足問題

電機(jī)推桿又稱為線性驅(qū)動(dòng)，是把發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)改變?yōu)榕c推桿的方向垂直往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電驅(qū)設(shè)備。電動(dòng)推桿可以在各種單一或復(fù)雜的過程中被用來進(jìn)行機(jī)械調(diào)整，如進(jìn)行遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)、集成控制系統(tǒng)和零點(diǎn)五自動(dòng)控制。隨著操作和維護(hù)工作量的增加，將新工具轉(zhuǎn)化為電氣操作是必不可少的。作為今后的課題，可以進(jìn)一步活用電動(dòng)推桿等新的電氣技術(shù)，將變速器的手動(dòng)操作模式升級為電氣操作模式，進(jìn)一步提高實(shí)時(shí)操作的效率。