电缆井穿线状态智能感应装置的研制与应用

正好电力实业集团有限公司配网建设分公司 谢施施 贺 立 吕诚聪 张春波

国网丽水供电公司南城供电分公司 吕振坤

近年来，国家对城市美化和供电安全的要求日益提高。当前，电缆隧道和电缆沟成为城市供电的主要通道，传统的电缆通过架空线路进行电力的输送，多应用于郊区的输送电，而针对城市人口密集、人口流量大的环境下，这种传统电力输送方式却存在一定的安全隐患[1]。因此，本项目针对性研制了一款电缆井穿线智能感应装置，能够应对解决电缆井穿线作业中电缆状态无法监测的问题。同时，研制了电缆牵引力的预警装置，在实际作业中可避免电缆由于敷设过程中所受拉力问题，而引起电缆破裂和牵引绳断裂等情况，借助智能感应系统能够实时监测电缆敷设情况，确保作业人员人身安全。

1.1 设计思路

一是智能电缆转角敷设专用支架的研制。分析电缆转角敷设专用支架的特点，建立相应的仿真模型，确定智能电缆转角敷设专用支架的最佳方案，通过电动控制支架升降调节，实现电缆平顺敷设。

二是安装智能感应系统。结合电缆敷设作业过程中可能出现的问题，研制电缆牵引力的预警装置，避免电缆由于敷设过程中所受拉力问题而引起的电缆破裂和牵引绳断裂等情况。

三是智能感应系统的研究监测。结合实际作业需求，通过安装的智能感应系统，实现一表在线监控多个电缆转角处的运行情况，确保电缆敷设的现场安全。

1.2 总体方案

根据目标需求，利用现有的技术方案，提出总体方案，如图1所示。

图1 总体研制方案分解树图

本项目拟通过滑轮组及电机配合达到电缆敷设支架升降效果，通过传感器实现对电缆敷设情况监测借助电缆牵引力预警系统，快速找出故障点，减少事故处理时间，以便工作人员解决突发问题。

项目具体实施方案如下：

第一步，广泛搜集资料，结合工程实际情况，全面分析总结现有的电缆井穿线装置。第二步，分析电缆井穿线的工作情景，建立仿真模型。第三步，根据实际情况进行预警系统和智能感应系统的建立。第四步，研制电缆井穿线智能感应装置。第五步，进行装置的调试优化与感应系统间的配合情况。第六步，整理项目验收资料，完成项目验收。

1.3 关键技术

“电缆井穿线状态智能感应装置”的研制关键技术难点有以下几点：第一，穿线状态智能感应装置。如何实现电缆井传输状态的监控；
第二，电缆牵引力预警系统。如何防止电缆敷设过程中电缆破裂、牵引绳断裂等危险情况；
第三，智能感应系统。如何实现一表在线远程监控各个电缆转角处的安全情况。

1.4 系统结构和框架

通过对电缆井穿线状态智能感应装置开展模拟应用，可通过传感器判断电缆转角运行状态，实现远程监控；
电缆牵引力预警系统和智能感应系统能够有效辅助作业人员判断电缆转角敷设情况，证明此次项目研制的电缆井穿线状态智能感应装置均满足项目预期要求，具有推广应用价值（如图2所示）。

图2 电缆井穿线状态智能感应装置

2.1 电缆牵引力预警系统的设计

项目设计了带按键、显示，用户可以自行设置控制重量的重力控制器，并可通过传感器阈值实现预警。该控制器可通过自带按键、显示设置控制重量和校准，不需要和计算机联机，以满足不熟悉计算机操作、不便与计算机连接、经常要现场修改设定值、现场校准的场合使用。由于增加了液晶显示，可以实时显示重量值（如图3所示）。

重力控制器外形尺寸为：84.0mm×66.2mm，安装孔尺寸为：76.2mm×58.4mm。控制器板由电源、重力测量、CPU控制、按键、显示及继电器输出等部分组成，如图2所示。重力控制器上安装了两个继电器，分别带常开与常闭触点，可以控制2路AC250V/7A或DC28V/10A以内的用电器。继电器动作分别由两个发光管指示（如图4所示）。

图3 重力控制器

图4 重力控制器的组成及连接

控制器工作原理如图5所示。继电器1与继电器2都可以分别设定吸合重量值及断开重量值。吸合重量值及断开重量值大小可以由客户自行设定。两个继电器可以分别控制两台不同设备，也可以配合使用，一台做粗调，另一个做微调。

图5 重力控制器工作原理图

动作方式：在上限重量和下限重量区间内，继电器的电触点动作，在上限重量和下限重量区间外，继电器恢复初始状态，两个继电器可分别设置动作值。控制器的量程、精度主要取决于所配传感器。重力开关板与传感器分离供应，由于各物件重量不同、电路与传感器的离散性，必须配套校准。校准采用2点法，第1点选零点，第2点选传感器量程的满载点，校准方式简单易操作。

2.2 智能感应系统的设计

通过安装智能感应系统，实现一表在线监控各个电缆转角处的安全情况，借助于内部装置快速判断找出故障点，有效增加了专用支架的故障诊断速度，减少事故处理时间，协助工作人员解决突发问题（如图6所示）。

图6 免插电远程手机无线高清摄影头

利用微型免插电远程手机无线高清摄影头具有随机挪动、云存储、无需网络的特点，配置磁吸支架可便携安装在转角敷设支架上，通过手机APP实现远程监控，调取电缆敷设画面。

3.1 人员培训

项目管理单位在实施电缆安装作业之前，对安装作业人员的作业能力和安装标准进行评价，以培养安装管理人员的专业知识，并评估安装人员的技能，以保证安装技能队伍的总体强度。鉴于强电项目线缆安装工作的特点，所有在建筑工地的人员都掌握了化合物工作技术，并不断输出特定实用安装技能，以释放安装人员的工作能量，并进行高技术流后期的安装培训以提升线缆安装工作的综合品质。

3.2 技术要点

在对线路架设过程中，电缆管的架设质量进行了监控。因为电缆管对线路的支持有保障，电缆管铺设的可靠性直接关系到后续强电线缆敷设的运行安全性[2]。为提高线路管道施工的总体品质，有必要按照电气工程和高强度电工程的结构特点，选用性质适宜的电缆管。目前，主要有以下两类电缆管：PVC管和钢管。这两类材料都有各自的优势与劣势。因此，为了提高电缆管安装后的安全与可靠性，需要严格按照装配工作的实际要求。管道接头，应当确保与相应的管箱具有相同的连接。并按照钢制电缆管的安装与施工技术规范，对电缆管做好了连接工作，以保证钢制电缆管的确定性、一致性和平稳性。在安装和建造电缆管道时，备用孔必须符合设计标准，容纳孔的直径必须是0.4～0.6cm。许多电力工程强电企业在进行线路装修施工中，选用PVC管材进行施工安装，其理由就是发挥了管材的抗腐蚀性能和材质稳定性的优点。因为PVC管材自身的硬度有限，基主要用于安装。

在处理所有管子切割时，技术人员应保证管子切割的质量与水平。如切开有特别重大的产品质量问题，将直接影响电气工程建设质量的电缆破坏、开裂，以及其他后续电缆铺设工作的质量问题[3]。因此，安装人员在进行PVC管线的建设时，即使采用技术计划，也必须确保PVC管线是笔直的。建设现场管理人员进行技术管理时，需要对适当弯曲的管线进行重要的设置管理。在PVC电缆管道的设置工序中，为了确保下一个电缆交叉作业的质量，管线不会产生变形、折叠、损伤等问题。

3.3 铺装技术

在电缆的铺设中，往往需要对电缆施工技术进行管理控制，在工艺控制方面应符合如下的要求[4]。一是保证电缆封端的密封性。线路架设作业，若对输送电压不超过1A的线路，进行电源电阻测试操作后，分析判断后其特性和安全，进行后续线路架设作业。通过测试导线的绝缘性和安全，才能确定后续强电线缆的效率和安全性。当导线铺设的电力承载量达到了6A，为了确保电气工程作业开展的总体效率和安全性，必须对整个铺设线路开展抗电压、绝缘性能、直流泄露等技术指标的测试操作，线路的技术性参数全部满足技术要求后，才能够进行线路铺设作业。

二是技术人员需对工作型号进行抽检备案。由于强电线缆对施工装配品质的要求特别高，因此如果在施工过程中线缆遭受了损伤和剐蹭，将会直接危害到线缆的后续运行工作安全。在对电缆抽检过程中，为了能够更有效地查出线缆品质问题，安装工作需对装配技术做出相应调整，以进一步提高线缆施工的品质和安全性。

三是进行强电安装作业，遵守各种电缆的技术标准规定。在线缆铺设的准备阶段，施工人员需要对每一种类型的线缆进行精准编码，根据线缆的型号对线缆进行定位摆放，避免线缆产生交错情况，影响了后期线缆铺设效率。

对于垂直式光缆和水平电缆在进行安装施工时，都必须采用桥架敷设方法，以确保对不同平面光缆敷设工作同时开展的质量。当电缆敷设工作进行时，要求线缆穿越项目变化范围，为了防止项目变化对线缆产生一定影响，当具体敷设工作进行时，必须合理的保留相应线缆尺寸。

3.4 现场管理

在强电线的建设中，现场管理工作起着重要的作用。由于电缆工程技术要求高，施工现场更加混乱，为了提高电缆工程的质量和安全性，需要加强电缆管道安装工程、电缆布线工程、电缆敷设工程、管线密封工程、电缆试验工程等现场管理工作[5]。为了确保电缆工件的质量，通过严格的工作定义。同时，进行现场管理工作时，所有工程人员都需要组建专门的电缆安装技术队伍进行现场管理和指导，以实施建设计划，提高电缆安装的综合质量。在线缆安装工程中，研究了线缆的安装可靠性，以便保证该区域线缆安装的品质与安全，进行了评价。在现场施工责任人的监督管理下，管理人员追踪特定的建筑品质问题，各工程员工履行岗位义务，以提升各工序的建设品质，从而实现了电气工程的可建设性。

4.1 优势

第一，智能感应系统的设计。借助微型免插电远程手机无线高清摄影头，无需网络，采用磁吸支架快速安装，通过手机APP即可实现一表在线监控各个电缆转角处的敷设情况。

第二，电缆牵引力预警系统的设计。通过安装电缆牵引力预警系统能够在作业时检测现场电缆敷设过程中的相应问题并且快速反应及时解决，从而减少作业中的停工时间。项目设计了带按键、显示，用户可以自行设置控制重量的重力控制器，并可通过传感器阈值实现预警。该控制器可通过自带按键、显示设置控制重量和校准，不需要和计算机联机，以满足不熟悉计算机操作、不便与计算机连接、经常要现场修改设定值、现场校准的场合使用。由于增加了液晶显示，可以实时显示重量值（如图7所示）。

图7 电缆牵引力预警系统主要模块

4.2 不足之处

电缆井穿线状态智能感应装置仍存在装置整体组装复杂，电缆牵引力预警系统和智能感应系统效果不稳定等问题，后续推广过程中可进一步对产品进行实用化改造。

本项目的研究基本能够克服常规线井穿网情况下出现的困难，利用智能电缆线槽的监控运检系统有效提升电缆线槽工作环境。用智慧运检取代人工日常巡查管理，实现智慧变电站电缆沟的实现，符合我国电网企业三型两网、国际领先的战略，创新思路，推动公司成长。