居民小区电缆识别仪的研究与应用

付丽伟马 琪付君丽李名泰朱 辉

(1.国网天津市电力公司城西供电分公司,天津 300190;2.河北农业大学,河北 保定 071001)

随着国民经济的快速发展和人民生活水平的不断提高,对供电质量和供电可靠性提出了更高的要求。当配电网线路发生故障时,应尽可能地减少停电时间、减小停电范围。本文通过研制的居民小区电缆识别仪,精准判定供电台区开关与居民楼之间的对应关系,发生停电时,能单独拉开相应的开关,避免停电范围扩大,有效提高供电可靠性。

1 现状分析

为提高供电可靠性需要解决的一个关键问题就是如何准确找到居民单元楼开关的上级电源,即准确的划分出每个居民单元楼开关是由配电室哪台低压柜或台区供电[1]。由于配电规划图纸不全、配电站内配电电缆走向名牌丢失、配电站配电电缆名牌与用户不对应、现场低压线缆错综复杂等原因,无法确定开关线路拓扑关系,导致在发生线路故障时,或者因某些特殊意外原因(如火灾)发生时,只能将整个小区全部停电,造成停电范围扩大。因此,快速精准判定用户到T 接箱、T 接箱到配电站的各电缆、开关对应关系,减小停电范围,对于提高供电可靠性,维护供电企业的社会形象是十分必要的[2]。

2 小区电缆识别仪

以下研制了一种小区电缆识别仪,用于精确快速判别一束电缆中一根特定的电缆,进而判定小区配电室各低压柜与单元楼开关之间的对应关系,便于在发生电力故障时准确做出判断,缩小停电范围,提高电力部门的抢修效率,减少居民及供电企业的损失。

2.1 原理分析

从原理分析,要实现对多条电缆的精确识别,首先必须实现将识别信号从电缆一端传递到另一端。低压电网中,用户表计接线盒的相线和零线与经各级开关在配电室变压器低压侧中性点处构成联通的电气回路,用于识别信号的传递。其次,用于识别的信号不能影响电缆的正常运行。由于对运行电缆影响最大的为工频干扰,因此,可以通过控制识别信号的频率范围和幅度,使之远离50 Hz工频信号,避免对运行电缆造成影响。

2.2 装置研究制作

2.2.1 技术研究

方案采用一端电缆注入特征信号波,另一端检测和识别信号特征波,以达到电缆识别的目的。由于小区电缆较长,信号波能量小,需要对波形特征进行探究和试验,进行波形对比和识别度对比,确定易于识别的注入信号。

2.2.2 模拟信号注入

向电网注入的信号是频率脉宽可智能调节的高频特征小信号,耦合到电网中,信号频率高幅值小,理论上来说对电网本身是没有任何影响的。

根据技术调研结果和确定的信号,探究信号产生原理,模拟信号注入。本研究模拟信号注入频率范围为10k～500k Hz,信号幅值为0～5 V,信号持续时间为0～10 s。

2.2.3 信号识别及测试

利用傅里叶算法、突变量启动、频率筛选等方式进行波形识别判断。对模拟的信号进行识别试验,抗干扰度测试等,验证信号识别准确度,对信号及检测技术进行改进。仿真图形见图1。

图1 仿真图形

2.3 小区电缆识别仪组成

该装置主要由信号发生装置(内含4根测试导线)和信号采集装置(内含电流互感器,电源线)两部分组成。其中,信号发生装置是用来产生测试信号的设备,通过测试导线线夹夹在用户表计接线盒相线和零线端子上,电源指示灯常亮,表示电源已经接入。运行指示灯闪烁,表示仪器正常运行。按下注入按键,注入指示灯亮,表示信号注入。信号采集装置是用来采集识别信号的设备。接入电源,电源指示灯亮,表示仪器已接入电源。信号采集装置面板的模拟量测量一端是电流互感器卡在T 接箱开关下口电缆上,另一端是插针形式插到信号采集装置的模拟量测量接口。通过电流互感器采集的电流信号,并输入到采集装置的模拟量采集通道,若某通道的告警灯亮,则说明该通道采集到特征信号,即配电室该开关、相别对应此居民单元楼开关。

小区电缆识别仪信号采集面板共16个通道,3个通道为一组,分别对应一个开关的U、V、W相,可以同时对5个开关15个相别查找(有1个备用通道)。大大提高了开关对应关系查找速度。小区电缆识别仪技术原理见图2。小区电缆识别仪箱体见图3,小区电缆识别仪配件见图4。

图2 小区电缆识别仪技术原理

图3 小区电缆识别仪箱体

小区电缆识别仪面板各组成部分及功能如下。

a.信号发生装置:采用单片机进行信号发生控制;

b.注入指示灯:按下时进行信号注入;

c.信号采集装置:利用单片机进行采集信号解析,控制逻辑分析等;

图4 小区电缆识别仪配件

d.开关:控制装置通电与断电;

e.保险管:1 A 保险管;

f.电源座:供电插座;

g.复位按键:长按2 s后松开进行告警灯复位;

h.源灯:指示电源接入情况;

i.运行灯:电源接入后运行灯闪烁表示正常运行;

j.告警灯:常灭,在检测到特征电流信号时变亮;

k.模拟量输入端:将电流互感器的输出接到该端子上,进行模拟量输入。

3 装置现场应用及应用效果

3.1 装置现场应用

小区电缆识别仪制作完成之后,研究人员在天津市电力公司“低压配网营配融合”工作涉及的某小区现场对装置进行了现场测试。

首先将测试导线线夹夹在某小区3-1-101户表的接线盒下口的端子上(红色线夹夹在相线上,黑色线夹夹在零线上),线夹的另一端接到信号发生装置的相应接口。将信号采集装置的配件电流互感器卡在T 接箱1号开关U、V、W 相上,电流互感器另一端插到信号采集装置的模拟量测量接口。此时,通道1的指示灯亮,说明该户户表开关对应此T 接箱1号开关的U 相。

将电流互感器卡在T 接箱2号开关U、V、W相上,此时信号采集装置的通道指示灯均不亮,说明用户户表开关与T 接箱2号开关不对应。

按照此种方法对该小区其他户表开关及T 接箱开关进行了试验,试验结果与实际情况均一致,充分说明该装置的准确性。

利用同样的方法,对T 接箱至配电室开关对应关系进行了验证。将测试导线线夹夹在某小区T 接箱接线盒下口的端子上(红色线夹夹在相线上,黑色线夹夹在零线上),线夹的另一端接到信号发生装置的相应接口。将信号采集装置的配件电流互感器卡在配电室1号开关U、V、W 相上,电流互感器另一端插到信号采集装置的模拟量测量接口。此时,通道2的指示灯亮,说明该T 接箱对应此配电室1号开关的V 相。

将电流互感器卡在配电室2号开关U、V、W相上,此时信号采集装置的通道指示灯均不亮,说明T 接箱与配电室2号开关不对应。试验结果也同样表明此装置的准确性。从实用性分析,研究的小区电缆识别仪能通过通道指示灯指示,快速精准判别小区配电室各开关与单元楼开关之间的对应关系,不再仅能依靠电缆标识牌和电缆的规格、颜色、芯数等间接手段反复比对确认进行识别,可以大幅提高识别效率和准确率。

3.2 应用效果

a.不需要将用户停电就能进行电缆识别查找工作;

b.由于向电网注入的信号是频率脉宽可智能调节的高频特征小信号,理论上不影响供电安全可靠性;

c.电缆识别仪体积小(30 cm×22 cm×20 cm(长×宽×高)),便于携带工作。

4 结束语

针对供电台区开关与居民楼对应关系不明确的问题,研制出居民小区电缆识别仪。该装置能解决无完整电路规划图的小区、用户群的电缆识别问题;快速、准确判定用户开关到T 接箱、T 接箱到配电室的各线路、开关对应关系;发生故障时准确作出判断,提高工作效率,提高供电可靠性,有效解决了营配融合工作进度慢、耗费人力物力且划分不精确的问题。居民小区电缆识别仪信号识别准确度高、便携式设计、便于现场作业、操作简单、安全性好,大大减少了人力、物力、财力的投入,建议在配电系统全面推广使用。