一种智能化铠装电缆对芯装置的设计

陈 亮

(南方电网超高压输电公司曲靖局，云南 曲靖 655000)

0 引 言

电缆在电力工程中的应用十分广泛，通常作为将电力或信息从一处传输到另一处的导线。在换流站新改扩建工程中，铠装电缆是连接现场一次设备与二次设备、进行信号传递的桥梁。铠装电缆敷设之后，需要对电缆进行对芯和绝缘测试，再接入一次设备和二次设备上。二次电缆敷设是设备安装 、 运维过程的一个重点工序，而对芯又是敷设工序中必不可少的一个基本环节，关系到电缆敷设质量和工效。传统对芯方法费时、费力，工作效率低 , 并且易受干扰[1]。通常铠装电缆是由一根或多根相互绝缘的导体和外包绝缘保护层制成，且铠装电缆敷设距离长，这些因素造成铠装电缆对芯难度加大。

目前，在新敷设的铠装电缆之中，铠装电缆的芯数少则5～6芯，多则15～16芯，且一次二次设备距离较远。现阶段对芯方式主要有两种：第一种方式是利用两块万用表及对讲机，铠装电缆两端分别用万用表接地，一根一根查找，再利用对讲机进行沟通确认。这种利用对讲机和万用表的方式沟通十分不便，由于电缆井内多有数条运行电缆，对测试有一定的干扰，影响准确性。测试方法繁琐且电缆两端人员需要反复核对，所花费时间较长，效率较低。第二种方式是给电缆加压，点亮灯泡，这样会使电缆两端电压较高，超过安全电压，危及检修人员。

为解决上述问题，本文设计了一种智能化铠装电缆对芯装置，它可以对多根电缆芯进行同时对芯操作，具有工作效率高、对芯准确率高、稳定性好、可以保障人员安全等优点。

1 铠装电缆对芯装置工作原理及模型

铠装电缆对芯装置分为主端和从端。其中主端发射装置包括：24 V主端电源、处理器、16个主端数码管和16个信号发生器。从端接收装置包括:16个信号接收器、16个从端数码管和从端电源。主端电源与处理器连接，每个主端数码管均串接1个信号发生器，从而构成16条支路，一端与处理器连接，另一端与铠装电缆的各电缆芯的一端连接。每个从端数码管均串接1个信号接收器，也构成16条支路，一端与从端电源连接，另一端与铠装电缆的各电缆芯的另一端连接。具体连接方式如图1所示。

图中，1表示主端电源，2表示STM32单片机，3表示主端数码管，4表示信号发生器，5表示从端信号接收器，6表示从端数码管，7表示从端电源。

图1 电缆对芯装置结构图

本装置的工作原理：主端电源采用24 V锂电池，为主端发射装置供电，其上设有一个总开关，以控制主端发射装置的工作/关闭状态。处理器采用STM32单片机，控制各信号发生器的发送时序，保证16个信号发生器有序发送信号，并在主端数码管上显示相应的线号。从端电源采用24 V锂电池，为从端接收装置供电，其上设有一个总开关，以控制从端接收装置的工作/关闭状态。信号接收器可接收电缆芯另一端对应的信号发生器发送的电信号，并在从端数码管显示对应的线号，从而可以清楚明了的将电缆芯两端对应起来。

2 软件设计

铠装电缆对芯装置软件设计流程如图2所示。

图2 电缆对芯软件流程图

系统的软件设计包括STM32单片机、信号发生器、数码管、信号接收器的初始化。数码管循环显示对芯线号，当所有主、从端对应数码管显示线号一致时，单片机发出指令，铠装导线对芯成功。如果对应数码管线号显示不一致，重新循环到单片机依次发出触发信号，直到所有主、从端对应数码管显示线号一致。

按照本文前面所述原理，根据此原理在keil中编写程序。软件采用STM32内嵌定时中断的工作方式，在每隔2 ms对各个对应信号发生器发出触发信号。信号的内容依次为16路线号，并显示在主端数码管上。信号发生器接收到触发信号后，通过数字滤波技术消除干扰，进行数据处理，将线号信息作为发出信号发送。从端16路信号接收器依次接收主端信号发生器所发出的信号，将信号解码后发送到从端数码管显示。

3 硬件设计

整套装置，包括电源模块、STM32单片机、APLC-I电力线载波模块、信号发生器、信号接收器、数码管。

本设计使用STM32单片机开发板，如图3。STM32单片机开发板有着诸多的性能优势，STM32单片机程序开发为模块化开发，接口相对简单，综合耗能低，可兼容的外接模块多，工作速度快。其中FLASH达到512K，SRAM达到64K，外扩SRAM型号为IS62WV51216，大小达到1M字节，外扩SPI FLASH型号为W25Q128，大小达到16M字节。

图3 STM32开发板

APLC-I电力线载波模块，可将串口(UART)发送的数据，进行编码、整形驱动后转换为载波信号，并经由电力线发送出去；或者将电力线上的载波信息选频提取、信号放大、数字滤波、载波解码等处理后，转换为串口接收的数据。模块的主要特性包括：①可经由220 V AC电源总线载波传通讯指令。②5 V单电源供电，模块总功耗<0.2 W。③串口通讯速率最大可达57.6 Kbps。④最远传输距离可达2 000 m。⑤驱动能力强，最大可实现120多个负载共总线通讯。⑥典型应用：600 m内，80个负载，串口速率采用38.4 Kbps。

信号发生器的信号源采用直流电源，电压调整装置采用分压电阻，信号输出端采用测量线夹。信号发生器可以选择大阻值的分压电阻，此时线芯电阻不大于1 Ω，设置模数转换的精度为8位，完全可以忽略电缆本身电阻对测量的影响[2]。

通过本文在第1节中所述原理及模型，将以上硬件依次连接组成铠装电缆对芯装置。使用时，将16芯的铠装电缆一端接入主端发射装置，另一端接入从端接收装置；分别打开主端电源1和从端电源7的开关，使主端和从端都处于工作状态；观察主端数码管3和从端数码管6上显示的数字；取出线号卡，卡在相应电缆芯上；关闭主端电源1和从端电源7，拆除铠装电缆。

4 结 论

本装置根据铠装电缆对芯方法，开发了基于STM32单片机为内核的铠装电缆智能对芯装置，实现了快速、高效、准确、稳定的铠装导线对芯，减少了人工对芯带来的不便，提高了导线对芯效率和准确性。