新型智能电缆转角敷设专用支架的研制

丽水正好电力实业集团有限公司配网建设分公司 何靖伟 王曜飞 姚文浩 张杭浙

国网丽水供电公司南城供电分公司 刘 煜

近年来，国家对城市美化和供电安全的要求日益提高。因此，电缆隧道和电缆沟也成了城市供电的主要通道。在当前10kV电缆敷设所用时间统计过程中发现，电缆转角敷设时间占用较长，且存在人力资源浪费和一定安全隐患，需要用优质设备去提高电缆敷设作业效率和安全性[1]。

本项目研制的新型智能电缆转角敷设专用支架通过电动调节支架，实现电缆转角360°平顺敷设。借助电缆牵引力预警系统，避免电缆敷设过程中电缆破裂、牵引绳断裂等危险情况发生。安装智能感应系统，实现在线监控各个电缆转角处的安全情况。

1 项目概述

电缆转角敷设专用支架的研制，通过电动控制支架升降调节，实现电缆平顺敷设。本项目研究的新型智能电缆转角敷设专用支架主要包含以下两部分内容：一是电缆牵引力预警系统，结合电缆敷设作业过程中可能出现的问题，研制电缆牵引力的预警装置，避免电缆由于敷设过程中，所受拉力问题而引起的电缆破裂和牵引绳断裂等情况；二是安装智能感应系统，结合实际作业需求，通过安装的智能感应系统，实现在线监控多个电缆转角处的运行情况，确保电缆敷设的现场安全。

2 项目设计方案

2.1 设计思路

新型智能电缆转角敷设专用支架采用电机驱动方式调节支架高度，可实现旁路电缆转角360°平顺敷设，解决现有支架电缆敷设高度无法调节问题[2]。研究人员利用制图软件绘制了如图1所示的三维模型图，包括主面板、尼龙轮、底部支撑脚、侧面支撑脚。

分解结构设计如下：主面板。主面板由两块长型金属板组成，重叠部分可以旋转，根据电缆井大小进行调整（如图2所示）。

图2 主面板

尼龙轮。通过轴承安装在中心轴上，进而固定在主面板上，结构为上小下大，方便电缆的取放（如图3所示）。

底部支撑脚。底部支撑脚设置为可伸缩形式，固定件固定在主面板上，内杆插进外杆，外赶上通过紧定螺钉固定内杆伸出长度，松开紧定螺钉可调节底部支撑脚的长度（如图4所示）。

图3 尼龙轮

图4 底部支撑脚

侧面支撑脚。侧面支撑脚分为连接段、中间段及尾段，连接段固定在主面板上，中间段两端分别为同等规格的内、外螺纹，可多段连接进行加长，尾段通过螺纹连接在中间段上，可用扳手调节支撑脚长度，使装置在平面上固定，防止电缆带动而发生侧翻（如图5所示）。

图5 侧面支撑脚

2.2 关键技术

通过加装电缆牵引力预警系统，能够在作业时检测现场电缆敷设过程中的相应问题，并及时解决这些问题，从而减少作业中的停工时间。

2.2.1 电缆牵引拉力传感器

在对电缆牵引张力传感器的研究中，引入了Dyly102系列电阻式应变张力传感器，如图6所示，在传感器的最上部位置与张力传感器相连接，下部位置与牵引传感器和密封器电缆的牵引夹相连。从电缆张力以及张力传感器的张力将影响来看应变电流的变化。在多芯导线的影响下，将通过拉力感应器所产生的应变电流结合在微机的智能控制电路，可以进行A/D输出、放大和整形，从而准确地测量封口机电缆的压力。

2.2.2 单片机智能控制电路

图7是单片机智能控制电路的基本工作机理，将控制电路送入光电耦合器，从而确定牵引器的拖动方式。在多芯导线的情况下，传感器还能产生电流并输送到主传感器的A/D电路并对信号放大整形，从而可以将处于离散情况下的图像信号转化为数字信息，并将数字信息传送到单片机上。此时，由单片机所计算的导线牵引拉力数值，将能够根据图形的位置直接呈现在LED屏幕上（如图7所示）。

图6 拉力传感器

图7 单片机智能控制电路工作原理

当线缆的引出拉伸值与内部整定线缆引出拉伸值发生对比时，一旦发现牵引力过载、将牵引力方向及时取反，会在第一个工作时间内实现语音告警[3]。单片机的输出信息就能够较大程度抑制继电器吸合。同样，在第一个时刻内，单片机能够实现最佳反向牵引力，牵引拉力也将会由最高减少至最低点。但如果在延时功能下，突然断开了输出信息控制器，单片机就会停止工作。

图8 单片机控制程序流程

本文通过安装智能导引系统，对每个电缆角的安全状态进行在线监测，快速确定内部设备的故障点，有效提高了故障诊断的特支速度，缩短了事故处理的时间，同时也大大提升了作业人员的工作效率[4]。

在电缆敷设完成后，传统的方式技术人员要对各种型号的电缆进行统计，统计完成后将剩余的电缆退库，通常此项工作很大且十分烦琐。而智能导引系统将省去原有复杂的工序，当电缆敷设完成后，首先智能系统将对现场剩余电缆进行扫描，检测拉力值变化，启动A/D采样；然后电缆敷设记录传至指挥系统，指挥系统在收到电缆敷设记录后，将根据系统的信息对其数据进行的审核，确认A/D采样转换完成情况；最后智能系统读取16bit A/D转换数据，对数据标定，得到实际拉力值吗，由此整个单片机A/D采样程序流程圆满完成了（如图9所示）。

图9 采样程序流程

3 技术架构

本项目开发的新型智能电缆角铺设专用支架，在电气调节的辅助下，可以顺利地进行360°的电缆成角。在电缆铺设过程中，使用电缆牵引报警系统，避免电缆断裂；安装智能引导系统，监测每个电缆拐角处的安全情况。

电动托架由无线电遥控控制，电动推杆为双头平板结构。推杆两边的平面可以根据实际需要进行定制。电缆铺设支架安装在推杆的顶部，支架通过无线遥控器上下调整。电缆支架的主体由一个高强度的尼龙滑轮组成，用于传输，而传输结点则配备了一个传输旋转轴。安装了重力传感器和微型摄像机来监测电缆的铺设。采集的数据可以通过手机应用程序和外部显示屏幕显示。

4 装置功能

新型智能电缆转角铺设支架用于电缆转角铺设作业的专用仪器。该发明应用最新的数字通信、嵌入式、计算机软件和硬件技术来收集和分析电缆井中的电缆角信息，通过提升、调整电气，电缆牵引预警系统和智能导向系统可有效帮助操作人员监测电缆角的铺设情况，以及电缆在井中的传输是否正常。该系统主要由电缆电角支架、电缆牵引预警系统和智能引导系统组成。

电动推杆是一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置，由电机推杆和控制装置等机构组成。在各种简单或复杂的工艺流程中作为执行机械使用，实现了远距离控制、集中控制或自动控制，其参数如下。额定功率：30W；永磁直流电机驱动；电压：12V/24VDC；外置行程推杆，两端行程任意位置可移动推杆电机；推杆是直流电机驱动，螺杆传动，伸缩杆只能伸缩不会旋转；电机是正负两极，比如正极伸，负极缩，调换一下就可以改变杆伸缩方向；环境温度-26～85℃；标准保护等级：IP54；低噪音设计，噪音等级低于50dB；推杆材料：铝合金。

图10 电动推杆

图11 重力控制器的组成及连接

重力控制器外形尺寸为：84.0mm×66.2mm，安装孔尺寸为：76.2mm×58.4mm。控制器板由电源、重力测量、CPU控制、按键、显示及继电器输出等部分组成，如图11所示。重力控制器上安装了两个继电器，分别带常开与常闭触点，可以控制2路AC250V/7A或DC28V/10A以内的用电器。继电器动作分别由两个发光管指示。

利用微型免插电远程手机无线高清摄影头具有随机挪动、云存储、无需网络的特点，配置磁吸支架可便携安装在转角敷设支架上，通过手机APP实现远程监控，调取电缆敷设画面。

5 实施成效

5.1 技术优势

新型智能电缆敷设专用支撑采用电机驱动模式，调整支架高度，实现360°旁路电缆Angle的顺畅敷设，可解决现有支撑和电缆敷设高度不能调整的问题。

由于安装了电缆牵引预警系统，在操作期间为了减少停工时间，工艺放置领域电缆的相应问题可以很快检测和解决。

电缆转角敷设专用支架通过智能感应系统的安装，可在各电缆拐角安全状况在线监测表、内部装置上迅速确定故障部位，有效提高特殊支撑的故障诊断速度，缩短事故处理时间，帮助工作人员解决突如其来的问题。

5.2 创新点

第一，在智能感应系统的设计方面，电缆转角敷设专用支架借助微型免插电远程手机无线高清摄影头，无需网络，采用磁吸支架快速安装，通过手机APP即可实现在线监控各个电缆转角处的敷设情况。

第二，在电缆牵引力预警系统的设计方面，电缆转角敷设专用支架通过电动调节支架，实现电缆转角360°平顺敷设。

5.3 存在不足问题

电机推杆又称为线性驱动，是把发电机的转子运动改变为与推杆的方向垂直往复运动的电驱设备。电动推杆可以在各种单一或复杂的过程中被用来进行机械调整，如进行远程控制系统、集成控制系统和零点五自动控制。随着操作和维护工作量的增加，将新工具转化为电气操作是必不可少的。作为今后的课题，可以进一步活用电动推杆等新的电气技术，将变速器的手动操作模式升级为电气操作模式，进一步提高实时操作的效率。