变电站二次控制电缆机械化敷设技术的研究

廖志鹏 张立林 江维臻 李娟 韩存

摘要：当下社会对电力能源需求量日益增大，电网系统的稳定性和效率性也变得很重要。变电站是电力系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。现阶段变电站的二次敷设采用传统电境敷设方法，对电境自身造成一定程度的磨损，降低电境的使用寿命，且施工效率低且劳动强度大。为此研制出一款用于变电站二次控制电缆敷设的机械化装置，以各设备辅助施工人员的方式替代传统敷设方法，以此完成电缆的机械化敷设。

关键词：变电站二次敷设；机械化；电缆；敷设技术

中图分类号：T

变电站电缆敷设与二次接线过程中，全面、科学、合理的前期规划能使施工中电缆敷设及二次接线的开展更高效、准确。参考文献可知传统电缆敷设在施工前需要做充分的准备，即需完成组织学习、现场勘测、敷设顺序、协调分工，以及各工具设备的清点检查等一系列准备。

还要在控制电缆牵引时保持高度警惕，避免尖锐物划伤电缆表面；注意可能因惯性牵引导致电缆传送盘继续旋转传送，进而发生控制电缆散出线盘的现象。长距离敷设过程还会经过工况复杂路段，在转弯位置敷设时，电缆受力增大，存在划伤电缆的风险。

1 设计原理

本电缆敷设机械化的设计原理是将多种类型的机械式敷设防护装置安装在电缆敷设路径上，把终点自动牵引装置的牵引绳穿过全部机械式敷设防护装置后，与控制电缆前端以及起点自动牵引装置牵引绳进行固定。通过整套变电站二次控制电缆敷设机械化装置完成自动化敷设，能有效提高敷设效率，降低电缆损伤，提高电缆的利用率。

2 结构介绍

本电缆机械化敷设装置是由纯机械式防惯性电缆盘支架、自动送线装置、自动牵引装置、多种类型的机械式敷设防护装置等组成。

2.1纯机械式防惯性电境盘支架

参考文献介绍的是一种用于海运高压电缆的简易托架，以避免海运电缆盘过程中发生磕碰为出发点设计的，但较难应用于敷设施工过程中。而纯机械式防惯性电缆盘支架的存在可以防止牵引惯性导致电缆盘继续旋转造成电缆脱落而缠绕的现象。其主要用于控制电缆盘放置，增设的滚轴阻尼调节器能调节电缆盘支架旋转的顺滑度。

2.2自动送线装置

自动送线装置（如图1所示）主要安装于防惯性电缆盘支架前，配备自动敷设模式。当自动牵引装置的牵引量大于传送量时，电缆会出现拉扯过紧的情况，牵引装置动力系统功率变低，检测结果将被反馈至主控单位，随后主控单元提高动力系统传送量。同理，当牵引量小于传送量导致电缆松弛时，自动牵引装置将提高动力系统的牵引量。自动送线装置的送线速度与终点的自动牵引装置实现同步牵引工作。

2.3自动牵引装置

自动牵引装置（如图2所示）主要由牵引电机、承重支架、卷线盘、编码轮、编码器、控制箱组成。敷设起点和终点各放置一台，与终端自动牵引装置结构相似且均为模块化设计，目的是方便设备运输与安装，提高施工效率。

终端自动牵引装置中的牵引电机是主要动力来源，配合减速机构可增大扭矩，加强装置收线的能力。电力人员可以通过总控制系统界面对该装置进行操控，控制牵引电机送线与收线工作。

2.4多种类型的机械式敷设防护装置

本机械式敷设防护装置在敷设过程中起保护线缆完整的作用，包括金属桥架敷设防护装置、电缆沟敷设防护装置、电缆竖井敷设防护装置。

金属桥架敷设防护装置适用水平方向、竖井拐角和水平拐角等位置（如图3所示）。金属桥架敷设防护装置主要由紧固螺栓、滚轮调节模块、滑槽、滚轮传送模块固定旋转柄、可调节桥架固定座组成。位于该防护装置滚轮上的快速脱离结构（如图4所示）采用的是滚轮一体式结构，可以随着滚轮旋转的方向任意调节，调整至所需角度时便可通过黑色旋转手柄以固定线缆牵引的方向。如果要取出线缆，即可先松开旋转手柄，任意推出所固定位置便可取出线缆。

通过在最受力的拐角处放置防护装置，根据拐角宽度确认滚轮调节模块的间隔距离，再旋转各模块的旋转柄固定各模块，最后固定滚轮上的快速脱离结构便可以辅助线缆通过。滑槽内部采用T型槽，能保证滚轮传送模块不脱离。紧固螺栓用于松开和固定位于可调节桥架固定座上的滾轮调节模块。而滚轮调节模块目的是满足任意距离的敷设尺寸。可调节桥架固定座用于机械式金属桥架滑轮辅助工具固定在桥架边框上，设四个固定点能保证线缆在敷设过程中更稳固。

很多类型的机械式敷设防护装置还包括电缆沟敷设防护和电缆竖井敷设防护，能应用多变的敷设环境。电缆沟敷设防护装置的技术原理如上述一般，区别在于固定底座的设计不同。电缆沟防护装置1的底座是通过膨胀螺丝安装在电缆沟墙壁上；而该防护装置2的固定底座设计则采用一种无损安装方式，通过活动扳手顺时针旋转固定两侧的紧固螺杆，使底座两侧向外撑开，通过电缆沟两侧墙壁的反作用力进行紧固。

电缆竖井敷设防护装置分为进线端、直线端和出线端三部分。其技术原理如上述一般，区别也在固定底座设计不同。进线端设计了两种方案，分别为进线端竖井防护装置1，采用膨胀螺丝的方式安装在进线口旁的水泥墙面上；进线端竖井防护装置2的设计原理与电缆沟敷设防护装置2相同。直线端电缆竖井敷设防护装置通过固定底座安装于电缆竖井内部支架上方。由于电缆竖井出线端工况较为复杂，所以出线端电缆竖井敷设防护装置分别安装于出线口电缆支架上方和金属桥架侧面。

2.5总控制系统

本装置自主开发的控制系统用于上述自动送线装置、自动牵引装置的操作控制，设备模式控制切换包括全自动模式和手动模式。

全自动模式即有两台自动牵引装置与一台自动送线装置联动工作，通过操控系统对敷设设备进行“启停控制、速度调节”。

手动模式分别单独选择对自动送线装置和自动牵引装置进行设备启停控制、速度调节、正反转控制，亦可进行电缆牵引的收紧度调整，在设备检查、检修时使用。

装置总控制系统界面（如图5所示）可自主选择控制系统的模式，并能直观地看到装置在工作过程中的运行状态，以及各设备的工作参数值。装置的运行状态可以分为正常运行、待機、故障三种状态。各设备在运行时的功率、速度、牵引力和挡位。

而参数调节设置界面（如图6所示）则可对挡位输出量、中继牵引机数量、牵引力停机保护值、牵引松紧度调节值、牵引力校准系数等进行参数设置。

2.6联动控制功能

为协调各装置还增加了联动控制功能，利用控制芯片检测控制，对电机转速的调整以达到设备运行的统一。通过各装置系统的自主配合来提高敷设的工作效率。

联动控制功能可以进行扭矩检测，在自动牵引装置进行工作时，控制芯片会实时对电机进行检测，通过监测线缆拉力传感器，自动牵引装置自动判断是否属于危险情况，如属危险情况将停止运行。该联动控制功能的扭矩检测逻辑原理图如图7所示。

3 技术关键

（1）自动智能化特点，本项目满足多元化的控制模式，对设备进行功能控制、参数调节、模式切换、运行管理，实现自动化、智能化，减少耗材损坏率。

（2）自动敷设模式，自动送线装置和自动牵引装置的动力反馈系统实时检测输出功率情况传输到主控单位，再由主控单位对此情况进行调节。

（3）联动控制设计，调速程序与联动控制扭矩检测程序不仅能保障控制电缆被过度绷紧或者过度松弛，还能保障当牵引动力超过预设的阈值，自动牵引装置定义为危险情况，将停止运行并且发出警报。

4 实例分析

上述完成对变电站二次控制电缆敷设机械化装置的研制，为了试验项目的可行性，对各装置进行相应的测试。本装置经过与传统变电站二次控制电缆敷设的工艺方式对比，不仅减少人力和工时的消耗，还增加了拐角防护、智能反馈调速、两种模式转换、故障提示等功能，从一定程度上对电缆起到保护的作用，提高电缆的利用率。该电缆敷设技术工艺产品在功能、工艺或技术优势上远超传统敷设工艺。

结语

变电站二次控制电缆敷设机械化装置的研究，改善目前变电站进行二次控制电缆敷设时需要依靠大量人力的情况。通过自动化、智能化的手段，将整体的施工流程标准化、可控化，可提高了项目质量，减少了项目成本。

作者简介：廖志鹏（1980-），男，本科，高级工程师，研究方向：新型继电保护技术、新型二次电缆工程施工技术；张立林（1971-），男，专科，高级工程师，研究方向：电力工程施工；李娟（1993-），女，硕士，工程师，研究方向：新型电器设备技术；韩存（1983-），男，本科，高级工程师，研究方向：电力系统自动化。

通讯作者：江维臻（1985-），男，硕士，高级工程师，研究方向：新型继电保护技术。