引言

隨著計算機通信技術(shù)的快速發(fā)展 , 自動化技術(shù)在變電站中的運用變得越來越廣泛 ,在保證系統(tǒng)設(shè)備安全運行的前提下 ,也提高了變電運維整體的管理水平。為了減輕變電站運維人員的勞動強度 ,達(dá)到無人值守的控制水平 ,變電站的自動化設(shè)備在不斷改造和升級 。但是隨著變電站設(shè)備的不斷改造和更換 ,原有二次控制電纜因施工時未懸掛標(biāo)識牌或其他原因?qū)е聵?biāo)識牌無法識別的情況時有發(fā)生 ,這些二次控制電纜的走向和末端通過施工圖紙已無法確定 。一般二次控制電纜均敷設(shè)于電纜溝內(nèi) , 電纜溝內(nèi)控制電纜數(shù)量較多 ,很難找到目標(biāo)電纜 ,而揭溝蓋板尋找電纜工作量較大 , 因此通過人工尋找無標(biāo)識牌控制電纜走向及末端較困難。

1 工作原理

尋線儀由信號探測器、信號震蕩發(fā)生器以及相應(yīng)的適配線構(gòu)成 ,其工作原理如下:首先 ,信號震蕩發(fā)生器發(fā)出信號 ,信號通過耦合線夾等專用輔材注入目標(biāo)線纜 ,使待測線纜發(fā)出特定頻段的電磁信號場:其次 ,在線纜疑似敷設(shè)方向使用高靈敏度的感應(yīng)探測器感應(yīng)該電磁信號場的強度:最后 ,根據(jù)信號探測器所產(chǎn)生的信號強弱差異 ,可以快速確定目標(biāo)線纜的走向 。尋線儀是變電運維實施人員在日常工作中查找目標(biāo)線纜路徑的便捷工具 ,可在檢修施工過程中為確認(rèn)無標(biāo)號電纜走向帶來極大的便利。

2 尋線儀裝置結(jié)構(gòu)

尋線儀主要由兩部分組成 ,分別是主機部分 、從機部分 ,如圖1所示。

主機部分主要是根據(jù)特定的規(guī)則 ,產(chǎn)生相應(yīng)高頻信號 ,通過非直接接觸式耦合線夾注入到電纜中 。為了防止信號在傳輸過程中發(fā)生巨大消耗 ,主機采取差模電感阻波的設(shè)計思想 ,而不是采用直接接觸式耦合線夾上加裝電磁阻波的方式 。主機可以發(fā)出相鄰多個頻段的高頻信號 ,從機可以近距離接觸所耦合的電纜線 ,通過對應(yīng)頻段的強度來區(qū)分電纜線芯對應(yīng)關(guān)系 ,可以避免單一頻段被線纜電磁場干擾而影響效果。

從機部分主要通過增益天線在不揭開蓋板的情況下測試電纜的走向 ,利用增益天線發(fā)出的信號來進(jìn)行電纜的尋線探測。為了防止干擾信號影響探測結(jié)果的準(zhǔn)確性 ,利用選頻濾波的方法和特定報文格式的對應(yīng)性 ,從而確保信號的準(zhǔn)確性。最后 ,通過報文解析方法對得到的信號和目標(biāo)信號進(jìn)行校核 ,整個檢測過程具備良好的人機交互 ,可以使檢測人員簡便快捷地判斷出正確的目標(biāo)電纜。

主機硬件部分設(shè)計如下:

(1)FPGA模塊:可編程邏輯陣列FPGA內(nèi)部邏輯資源及其 DsP硬核豐富 ,將其作為主機編碼調(diào)制的發(fā)生模塊 ,可以充分滿足尋線高速編碼的要求 ,在其內(nèi)部完成高速載頻信號的產(chǎn)生和編碼調(diào)制的數(shù)字化合成[2]。根據(jù)FPGA與旋鈕的交互功能 ,主機工作模式可通過旋鈕進(jìn)行設(shè)定:此外 ,FPGA狀態(tài)指示功能可將電源及工作狀態(tài)通過LED顯示出來。

(2)MCU模塊。MCU功能主要由基于TI的芯片實現(xiàn) ,包含內(nèi)置A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能 ,處理速度快 ,抗干擾能力強 ,穩(wěn)定性高。此模塊還含有外部數(shù)據(jù)接口 ,可以和其他外部模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互 ,從而使得數(shù)據(jù)傳輸處理變得簡單方便。

(3)模擬信號合成電路:該部分電路采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ,其優(yōu)點是轉(zhuǎn)換速率高 ,且所合成的波形雜散指數(shù)和諧波等比較低 。利用該芯片對FPGA所生成的數(shù)字信號進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換 ,得到高頻率載頻調(diào)制信號 , 以便進(jìn)行下一步的信號調(diào)理功能分析。

(4)信號調(diào)理電路:主要包含濾波電路 、放大電路及防護(hù)電路三部分 。信號調(diào)理電路的功能是調(diào)理模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換后所得到的信號 ,濾除信號中由采樣時鐘產(chǎn)生的高頻鏡像信號 , 以此獲取較強的信號驅(qū)動能力。

(5)信號檢測電路:信號發(fā)生設(shè)備包含一個輔助電路一信號反饋檢測電路 ,該電路根據(jù)現(xiàn)場要求的實際情況 ,通過檢波主通道輸出信號的能力 ,來判定當(dāng)前位置線纜發(fā)出信號場的強度 ,然后以監(jiān)測值為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整 ,確保信號可以在一定的范圍內(nèi)穩(wěn)幅輸出。

(6) 電源電路:主機中的硬件電路所需電壓值設(shè)定為寬

幅。 電源電路主要采用高效的鋰電池充電管理電路以及變換電路 ,大大提高了電源利用率。

從機硬件部分結(jié)構(gòu)與主機類似 ,設(shè)計如下:

(1)主控模塊 。從機的主控模塊采用高效的CPU核心模塊 ,運行速率快 ,計算效率高 ,可對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、解析、記錄、存儲以及對指定設(shè)備進(jìn)行功能控制 。采用按鍵的方法進(jìn)行設(shè)備操作 ,具備豐富的指示方式 ,可以對輸出結(jié)果進(jìn)行顯示和蜂鳴報警提示 ,并對分析結(jié)果進(jìn)行直觀的顯示。

(2)檢波/解調(diào)模塊。檢波/解調(diào)模塊主要是作為信號的接收、解析、處理、傳輸通道 。在整個傳輸?shù)倪^程中 ,對主機發(fā)出的探測信號 ,通過低通濾波的方法去除干擾信號 ,再運用運算放大器進(jìn)行相應(yīng)的信號放大處理 ,后面一路信號通過信號解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)處理 ,將信號解調(diào)的報文傳輸?shù)街骺啬K中 ,另外一路信號通過功率檢波器進(jìn)行檢波 ,得出檢測值 ,并將檢測結(jié)果傳輸?shù)街骺啬K中 。主控模塊通過解調(diào)報文和檢測值進(jìn)行記錄、分析和對比 ,作為后面選取目標(biāo)電纜的主要判斷依據(jù)。

(3) 電源模塊。電源模塊主要是為各個主要的硬件模塊提供供電電源。整個電源模塊采用大容量的鋰電池 ,利用電壓變化的方法 ,將固定電壓轉(zhuǎn)換為適應(yīng)各種硬件的供電電壓 ,使得設(shè)備正常穩(wěn)定運行。

3 結(jié)語

變電站內(nèi)二次控制電纜布置錯綜復(fù)雜 ,控制電纜沒有標(biāo)識牌或標(biāo)識牌不清晰的情況經(jīng)常存在 ,在進(jìn)行變電站綜合自動化改造或者直流接地查找以及缺陷處理時 ,如果遇到無法識別相關(guān)控制電纜走向及末端的情況 ,借助本文所述尋線儀 ,能夠快速識別目標(biāo)控制電纜的走向 ,提高工作效率 ,減少勞動力消耗 ,為檢修人員確認(rèn)路徑提供了有力手段。