基于电缆有线通信式智能核相装置的设计

王松波，朱诗慧

(国网宁夏电力有限公司宁东供电公司，宁夏 银川 750411)

1 电缆核相工作简介

电力设备由电力电缆连接，电缆两端必须保证相位一致，电力电缆经安装、检修、重做电缆终端后，都需要对其进行核相工作，随着城市电缆使用的不断增加，新投运或更改后的线路也需要进行核相工作。电缆核相工作是指在电力系统电气操作中用仪表或其他手段核对两电源或环路相位、相序是否相同，也就是在实际电力的运行中，对电力电缆两端相色的核对[1]，如图1所示。

图1 电缆正确相色

若相位、相序不同的交流电源合环或并联，将产生很大的电流。过大的电流会导致发电机等电气设备的损坏，如图2所示，因此在电缆接入前必须进行核相工作。为了保证电源正确的并列，一次相序、相位和二次相位、相序都要正确对应，否则也会发生非同期并列。新建、改建、扩建后的变电所和输电线路，以及在线路检修完毕、向用户送电前，都需要对三相电路进行核相试验，以确保输电线路相序与用户三相负载所需求的相序一致[2]。

图2 错误电缆相色

传统的电力电缆核相方法，在电缆核相整个过程需要两端工作人员随时沟通，沟通方式主要通过手机或对讲机。由于配电网或环网站有时处于地下，或因建筑结构和位置因素造成无线信号屏蔽[3]，导致工作人员无法用手机、对讲机等无线通信方式进行工作交流，通常由多名中间工作人员逐级转告，然而逐级转告的过程容易出现失误，且传统的电力电缆核相工作通常采用万用表进行核相，电缆尾端变换不同的接线方式，电缆首端用万用表通断来判断电缆首尾相色是否一致。通常工作人员需要变换三次接线，进行九次测试，才能判断电缆首尾相色是否一致，工序繁琐，工作效率低。

本文在电力电缆载波技术背景下，设计了一种基于电缆有线通信式智能核相装置，有线通信实现工作人员实时交流，智能手段替代传统人工核相实现核相工作高效准确。

2 智能核相装置硬件设计

2.1 总设计思路

针对通信问题，本文采用电力电缆载波技术实现有线通话，可以实现电缆两端核相人员进行直接清晰语音通话。针对传统核相问题，本文采用单片机智能处理，实现多个核相步骤的智能替代，只需按对应相色接线可实现一键核相并得出相应的测试结果。

装置由核相模块、通信模块和电源模块组成，如图3所示。通信模块和核相模块采用分时复用的方式，通过单片机控制继电器来实现核相模块与通话模块之间的切换工作。

图3 装置原理

2.2 通信模块的设计

通信模块包括主站对讲设备、主站线路连接设备、子站对讲设备、子站线路连接设备。该模块采用有线双向免提对讲模块，如图4所示。主站线路连接设备与三相电缆首端连接，子站线路连接设备与三相电缆尾端连接，主站对讲设备串联在主站线路连接设备与屏蔽线首端之间，子站线路连接设备串联在子站线路连接设备与屏蔽线尾端之间，主站和子站继电器模块对ABC三相电缆短接与铜屏蔽线形成双绞线进行通话，无论主站和子站电缆相色是否一致，都可以进行有效的通话。

图4 装置通话原理

2.3 核相模块的设计

核相模块由主站和子站构成。主站由显示模块、语音播报模块、控制模块、光耦模块组成，子站核相模块由控制模块和继电器模块组成。通过子站继电器闭合、断开控制每一相对屏蔽线短接，进而核相工作由主站核相模块光耦的通断及单片机的逻辑检测来实现，如图5所示。

图5 装置核相原理

2.4 其他模块的设计

控制模块负责对数据进行接收和处理。核相模块与通话模块之间的切换工作通过控制模块接收外部控制指令实现。核相线路切换设备的继电器在控制模块的控制下完成。

显示模块用于显示核相结果，控制模块与显示模块连接，通过逻辑检测判断,从而触发显示模块，显示电缆实际的连接方式。

3 核相功能软件设计

3.1 总思路设计

在子站核相模块中，控制模块预设的核相顺序为子站的A相、B相、C相，控制模块按照该顺序分别闭合子站核相模块内的A相、B相、C相电缆和屏蔽线的继电器，则核相模块中分别形成A相核相回路、B相核相回路、C相核相回路，任意一相核相回路导通，主站核相模块的处理单位都会实时检测主站核相模块的三相电缆对应的三个接线端口的数字信号，形成一组实时数字信号序列，处理单元将检测到的实时数字信号数列发送至控制模块，控制模块依据该实时数字序列在信号序列与电缆对照表中查找得到一组对应的主站实际电缆相序与子站实际电缆相序，即为该相电缆核相的结果，控制模块核相回路都完成核相后，生成三相核相回路的核相结果。

核相完成后，如果子站三相电缆和主站三相电缆对应连接，则处理单元检测到的接线端口的实时数字信号序列如表1所示，显示模块显示的相序接线如图6所示，表示三相电缆首尾相序一致，完成核相。

表1 三相电缆相序一致数字序列信号

图6 三相电缆相序一致连接

如果三相电缆首尾相序不一致，则处理单元检测到的接线端口的实时数字信号序列如表2—表6所示，对应的显示模块显示的相序接线图如图7—图11所示，此时表示至少有两相电缆接线错误。主站操作人员将模式切换至通话模式，主站人员和子站人员沟通后，子站人员按照主站人员反馈，更改至正确电缆相色，主站人员和子站人员均切换至核相模块，重复上述核相过程，至三相电缆首尾相序一致，表示核相完成。

表2 三相电缆BC相序接反数字序列信号

图7 三相电缆BC相序接反连接

表3 三相电缆AB相序接反数字序列信号

图8 三相电缆AB相序接反连接

表4 三相电缆AC相序接反数字序列信号

图9 三相电缆AC相序接反连接

表5 三相电缆ABC顺序接反数字序列信号

图10 三相电缆ABC顺序接反连接

表6 三相电缆ABC逆序接反数字序列信号

图11 三相电缆ABC逆序接反连接

3.2 核相程序设计

装置核相流程如图12所示。子站通过继电器不断地切换接线，主站通过智能模块识别数字序列来判断对应的电缆相色，输出对应的结果显示。

4 装置测试

4.1通信性能测试

根据电缆工作实际需求且按照文献[4]中的要求，将核相装置的主机、分机分别连接至电缆两端，经测试后可通过装置进行实时语音通话，且语音通话清晰，满足现场应用需求。

图12 装置核相流程

4.2 核相功能测试

使用该装置时，首先对被试电缆三相短路接地放电，电缆首端试验人员将主机按电缆相色对应接线，开机并待机，等待分机呼叫；电缆尾端试验人员到达预定地点后，将分机按电缆相色对应接线，核相准备工作就绪后开机并按呼叫键，主机接通后，两边实现通话；通话结束后，电缆两侧试验人员分别按核相键进行核相，语音播报测试结果。若相序正确，则核相工作结束；若相序错误，则根据显示模块显示内容调整设备相色后，再次进行核相工作，直至相序一致。核相工作完成后，试验人员恢复电缆接线并拆除装置连接。

5 结 论

(1)该装置采用三相电缆短接和屏蔽线作为双绞线传输语音通话，有效解决了电缆核相无线信号屏蔽的问题。通话语音清晰，且减少了中间人传话造成的差错，减少了该项工作环节，核相时间从原来的30 min降低到现在的5 min。

(2)该装置采用了智能处理技术，通过继电器、光耦、单片机实现相序的核定，实现多个核相步骤的智能替代。接线简单，采用彩色图形显示核相结果并语音播报，人机交互性能良好。

(3)核相和通话采用分时复用的方式，通过单片机控制继电器来实现。核相工作通过单片机、光耦、继电器自动完成，顺序控制精准，杜绝人为失误。