二次回路拆搭接对线工具的研制与应用研究

胡昌选，肖驰夫，黄建波

（国网浙江省电力有限公司超高压分公司，浙江 杭州 310000）

在我们的日常生活工作中，电能越来越不可或缺，因此电力系统的安全稳定运行至关重要。在电力系统的运行过程中，会受到各种各样因素的影响，而继电保护能够将这些因素的影响降至最低的程度，保障系统的安全与稳定。随着电力设备运行时长的增加，电力设备将不可必免的发生老化等情况，同时随着我国在继保方面科技的不断进步发展，进口保护测控的国产化提上日程，而与之带来的情况就是每年公司都需要负责大量的二次改造工程，二次回路拆搭接作为改造关键环节，占用了较多的检修资源，并一直伴随着的检修风险，因此设计一种安全、高效的新型二次回路拆搭接工具迫在眉睫。

1 设计思路

1.1 对线工具

传统的对线工具是利用万用表的通断情况，再辅助使用一些例如短接线等简单设备来完成电缆的对线工作，即同一根电缆两侧各有2 人（1 人工作，1 人监护）。工作时，告知电缆远端处的人员需对线的电缆，远端人员将对应电缆与大地连接后，电缆近端人员使用工具，逐根电缆检查验证。验证正确期间需要在同一根电缆上通断数次，以此来保证两端是同一根电缆。核对完成后，同一根电缆两侧放上相应的线缆标志管，其上面具备相应的回路编号与电缆规格型号等，这种方法不仅工作量剧增，还伴随着大量的风险。

1.2 新型对线工具

针对以上传统对线工具的不足，有一种基于电缆芯线的方法，该方法在电缆芯线中输出电压电流，有可能会导致继电保护装置发生误动情况，在实际使用中存在一定的局限性。还有一种基于声波的方法，该方法在芯线较少时容易造成设备多端口的闲置情况，且易受到环境等其他因素的影响。

为了能够设计出便利、低廉、实用的新型对线工具，制定了性能标准：

（1）使用便利，工作方式灵活，操作简单；

（2）绝缘性能强，安全性高、准确度高、性能稳定；

（3）成本低、体积小、易于推广。

因此本文设计了一种基于单片机STC8-LQFP44 芯片的新型对线工具，且制造成本低，使用便利，可先判别电缆带电情况，再使用2 台对线工具互相配合，远端设备间歇性发送信号，通过近端设备判别电缆通断状态来判别对线情况。

2 系统原理及构成

2.1 工作原理

本对线工具无需使用任何公共用线（包含接地线），只需2 台设备配合使用即可。此时1#对线装置切换至通断判别模式（该装置位于电缆接头近端侧），2#对线装置切换至间歇接地功能模式（该台装置在电缆接头的远端侧）。处于接地功能模式的装置，一只接电缆头，另一只接大地。为了减轻施工人员的工作强度，采用自动间歇的接地方式，通断间隔为1s，以便于对侧施工人员的判断。处于对线测试模式的装置，在结合另一台装置的自动间歇式接地功能，通过测量接入回路的电流，自动判别回路是否通断，减轻施工人员的工作强度（此时通过电缆、2 台装置、大地形成1 个闭环回路）。工作时的示意图如图1 所示，其中对线功能中包含电压测量与通断判别功能，接地功能包含电压测量与间歇接地功能。

图1 工作原理示意图

2.2 系统构成

本次设计的二次回路对线由电源开关、3 个功能按钮（电压测量、通断判别、间歇接地）。5 个状态指示灯组成。

（1）芯片：由于作业现场电磁环境较为复杂，所以对MCU 处理单元的抗干扰能力要求比较高，因此选用了综合性能较好的国产主芯片STC8-LQFP44，其性能稳定可靠，AD 采样精度达12 位，速度快，在工业控制领域具有出色表现，完全能满足使用要求。

（2）状态指示灯：状态指示灯分为间歇接地、通断判别、有电报警、充电、已充满。其中前3 种显示为设备当前的工作状态，红灯是线路存在电压（交直流均大于5V）的告警，此时不能切换到通断判别或间歇接地，工具会自动回到电压测量模式。绿灯表示在对线时是导通的。黄灯表示间歇接地时处于接地状态（该模式下的通断时间各为1s，所以黄灯也是1s 亮1s 灭）。后2 种为充电指示灯

（3）电压测量模块：电压测量模块是基于数字采样原理进行交流（AC）和直流（DC）电压的自动测量，该功能能够实现交直流自适应验电，直流和交流电压的测量范围均为0 ～250V，适用范围广。为了防止工作中误操作的发生，在进行由电压测量切换到其他功能时，需要第二次确认。

（4）通断判别模块：通过测量接入回路的电流，判断回路是否通断，同时结合自动间歇接地功能，利用软件自动判别回路是否通断。

（5）间歇接地功能模块：接地功能采用自动间歇接地方式，完成判别，带电时，装置处于安全模式，不能进行任何有效的接地、搭接等后续操作；只有判别电缆芯线不带电时，本装置方可进行下一步的接地、对线等操作。

（6）显示模块：显示屏是本对线工具的重要组成部分，其用于显示功能档位，还能显示测试结果。而液晶显示屏的屏闪现象相对较少，不会出现“烧屏”现象，老化相对缓慢，成本较低，因此选择了液晶显示屏幕。

（7）红/黑表笔接线柱：此为插拔式接线端子，工作时，红色表笔接于电缆芯线导体部位，黑色表笔接于接地网。2 台设备配合使用时，需接入相同的接地网络。

（8）装置面板材料：面板材料选择的是环氧树脂，该材料不仅易于加工、重量轻，而且绝缘性能较好，成本低廉，在保证安全性的前提下，使用也较为便利。

对线工具外观布置图如图2 所示。

图2 对线工具外观布置图

3 使用步骤与注意事项

以一根电缆芯线为例，运用对线工具进行对线工作时，按照如下步骤进行，如图3 所示。

图3 对线工具判断逻辑图

（1）按下电源开关后，需确认此时为电压测量功能，并将对线工具与待校对电缆芯线进行连接，交直流和直流极性会自动判别。但必须先判断待校对电缆芯线是否带电，再切换至通断判别或间歇接地功能。

（2）用电压测量档确认线路无电压后，才能转通断判别档（需与另一端设备的间歇接地功能配合使用），并在LCD 屏幕上显示，当待对线线路上的交直流电压都低于5V，方能进行通断判别，同时状态指示绿灯也亮。而当通断判别后，LCD 屏幕将显示此时是断开状态，状态指示绿灯也会同时熄灭。

（3）当对待校对电缆的一方准备进行通断判别时，需另一方将自己的本项目工具处于间歇接地的功能，并在LCD 屏幕上显示。

（4）观察LCD 屏幕上的显示结果，判断待校对电缆的通断情况，并做好相关标记，此时校对完毕，关闭电源。

为了保证人身安全与节约能源，在任何功能状态下都可以直接按电压测量键，退出当前功能，返回电压测量状态。任何状态下，3~5min 停止使用，会在一声提示音后，自动休眠，关闭显示屏，值得注意的是休眠不是彻底关机，电池还和线路相连，会有微弱的耗电，并可能意外开机。所以工作结束后，还需关闭电源开关，彻底切断电池和线路的连接。

4 技术创新

（1）本新型对线工具在使用中，当条件满足时，无需进行档位切换。同时该工具在进行对线时，能够间隔1s，发送1 次通断脉冲，有助于现场对线验证的可靠性。改变了电缆芯线的对线功能仍然是采用万用表和短接线的工作模式，避免了万用表不停的切换功能档位而导致的忘记切换或者切换错误问题。

（2）本对线工具在校对电缆芯线时避免了使用通讯设备，提高了作业效率，降低了对继电保护装置的影响。且在校对电缆芯线时无需2 人配合，仅需1 人即可完成相应的工作，避免了由于2 人配合不当导致的对线错误问题，并有效减少作业人员数量，提高工作效率。

5 效果验证

为了验证新型对线工具的使用效果，检查其是否能够达到既定目标，有效的避免作业人员误碰、误接地等风险。实验人员在工作区域随机选择了不同数量的电缆进行相关验证，具体验证情况如表1 所示。

表1 工具使用前后对照表

从表1 中可以看出，使用本文设计的新型对线工具去除了无效的通讯时长，核对1 根电缆芯线由原来的20.69s 降低至13.36s，工作时长降低1/3，能够有效提高工作效率，所需时长有效缩短，降低工作人员的工作强度。新型对线工具的使用，将作业过程极大的简化了，整个作业过程中只需要1 名工作人员即可完成二次回路拆搭接的对线工作，这样使对线结果不仅更加直观可靠，而且能够有效避免通讯时的电磁干扰，大大提高了对线的准确性，降低对继电保护设备的影响，还能保障工作人员的人身安全。

6 结语

本对线工具能够在不同电压等级、不同需求的二次回路上作业，在无需改动接线的情况下，通过验电-接地-对线三大功能，能有效发现二次回路出现的故障，降低工作中可能出现的各种风险，并能够有效提高工作效率，降低了工作人员的工作强度和误接线的风险。同时该工具能自动判别回路是否带电，提前发现问题，进一步保障人身、设备安全。在改扩建工程、技改大修等二次作业方面，具有较强的应用性和实用性。