电缆智能遥控刺扎及断线装置施工技术的研究

康勇全，梁健超，张育勋

（广州市电力工程有限公司，广东 广州 510260）

总结及分析以往的电缆迁改或者抢修工程，发现有几个工作步骤效率不高，并存在一定的安全隐患。一是电缆验电操作，验电时需要人工进行判断并且做标识，但是遇到电缆管廊内部电缆走向多而复杂的情况，存在错误地将记号标到带电电缆上方风险。若现场需要再次核对目标电缆是否带电，需要重新对电缆进行标识，浪费不少的人力和时间。二是电缆的刺扎，电缆刺扎需要安全可靠地进行，若第一步电缆标记错误，那么电缆的刺扎就会引起带电电缆的损坏并且可能损坏电缆刺扎设备。三是电缆的切割工作需要穿戴厚重的防护服来进行手动切割，尤其是夏天室外高温下工作，很容易造成操作人员中暑或者身体不适。

广州市电力工程公司通过长期与广州供电局输电管理所等单位的交流合作，通过总结提炼长期施工及运检分析累积的经验，针对电缆智能遥控刺扎及断线装置研发、改进和应用新型施工工具，编制出电缆智能遥控刺扎及断线装置施工技术。经多项电缆工程实践检验证明，施工方法先进有效，适用范围广，使用便利，提高施工质量和效率，为公司带来明显的社会效益和经济效益。

1 本施工方法的创新点

新工具、新材料应用。

针对传统电缆验电、刺扎、断线工具无法联动操作施工的缺陷，我司研究了一套集电缆带电识别，安全刺扎和切割电缆的装置，通过智能控制平台的操作，实现了施工人员可与目标电缆在保持安全距离的情况下完成断线施工。具有以下的创新点：（1）应用该装置无须在电缆两端施加信号，可直接在电缆斩切位置直接验电识别；（2）该装置具有自锁控制功能，探测到电缆带电时能够自动闭锁刺扎器控制装置；（3）该装置可直接附着电缆进行验电，非线圈方式围绕电缆，避免了电缆重叠压紧而无法测量；（4）采用遥控刺扎和切割工艺，提高刺扎和切割电缆的安全性；（5）该装置采用触摸电容液晶屏，具有语音提示功能，体积小重量轻，便于携带。

在此过程获得了2 项国家实用新型专利和1 项计算机软件著作权登记证书，相关发明专利在实质审查中。

《一种用于输电电缆带电停电状态快速检测的验电设备》（ZL 2022 2 0856355.0），通过新型的验电设备，将电缆的带电情况数据通过无线传输到控制主机上，判断刺扎及断线工作是否可以进行。《一种电缆智能验电、试扎及切断控制系统》（ZL 2022 2 0856427.1），《电缆智能遥控安全试扎及断线控制系统》（软著登字第9810976 号），通过控制系统，施工人员可以与目标电缆保持5m 以上安全距离，实现电缆验电、试扎及断线全过程遥控操作，提高施工效率和保障了施工人员的安全性。

2 关键技术原理

2.1 电缆带电识别

《电力安全工作规程线路部分》有明确的要求：开断电缆前，必须与电缆图纸核对是否相符；用仪器或其他设备证实该电缆无电。要证实目标电缆无电，才能够对目标电缆进行刺扎和切割。

根据电磁感应现象，闭合电路的一部分导体在变化的磁场中会产生感应电动势。电缆带电识别装置里面有一磁场传感器，其在交流电产生的变化的磁场中可以感应出变化的电动势。但是其感应电动势数值比较小，需要进行放大至中央处理器能够识别的信号才能识别出来，因此，磁场传感器所感应出来的感应电动势经过放大电路后，经由中央处理器的数模转化后得到具体的数值，再经由中央处理器通过无线传输部分传输给控制主机。控制主机根据判断算法，然后判断所电缆带电识别装置所检测的数据，判断目标电缆的带电状态。

因此，由于电缆没有带电的情况下，是不存在变化的磁场的，只要检测目标电缆的磁场大小和相邻的电缆的磁场大小。根据判断算法，就可以判断出目标电缆的带电状态。

2.2 无线传输

无线传输部分是控制主机与电缆带电识别装置、电缆刺扎控制器和电缆切割控制器进行传输的唯一途径。本项目使用了2.4G 的通信频道，芯片采用了进口的NRF24L01无线传输芯片。在无线通信中断的时候，芯片会不断搜索和配置自身的数据，从而最大程度地保证通信质量。

2.3 电池电源管理

由于控制主机、电缆带电识别装置、电缆刺扎控制器和电缆切割控制器均使用锂电池作为电源输入。因此，本项目基于锂电池使用了TP5400 充放电管理芯片进行电源管理和锂电池充电管理。TP5400 可以在监控锂电池的电压和控制锂电池充电的速度，保障锂电池不会因为过冲和过放导致锂电池损坏。并且TP5400 可以把锂电池的电压从3.7V 升到5V，从而供给后级电路使用。

2.4 安全刺扎和切割

和以往的刺扎设备不同的是，以往的刺扎设备由于操作简单，并没有安全锁这个功能。本装置必须经过验电步骤，保证目标电缆是没有电的情况下进行刺扎和切割，若电缆带电则不能进行刺扎和切割动作。

3 装置操作流程

如图1所示进行电缆智能遥控刺扎及断线装置的安装。

图1 装置实施示意图

如图2 所示进行电缆智能遥控刺扎及断线装置的控制操作。

图2 装置操作流程图

4 效果检查

4.1 原施工方法

（1）传统的目标电缆鉴别。需要进入变电站做安全措施，安装发射主机，在停电目标电缆上进行特殊接线，需要留人操作发射主机，接收机在使用前需要在发射主机端进行同步信号（停电或更换接线时，需要重新同步），然后才能带着接收机处出发至目标电缆切断位置进行目标电缆鉴别。准备工作多，操作麻烦、需要多人配合、耗时较长。无法满足抢修作业等对工期要求紧张的项目使用。

（2）传统电缆试扎。需要至少两名操作人员穿着不透气的保护服站在绝缘垫上，采用人工大锤打钎的方式对击穿目标电缆，或者采用手动液压刺穿枪进行近距离试扎。人工操作方式具有刺穿质量不稳定，对操作人员水平要求高，且夏天容易导致操作人员中暑。

（3）传统电缆切割。需要操作人员穿着不透气的保护服站在绝缘垫上，使用往返锯或环形电锯将目标电缆切断的方式，夏天容易中暑，穿着保护服作业操作麻烦，保护服清洗困难且易损。采用传统电缆切断方式，一旦未进行目标电缆安全试扎误伤带电电缆时，容易导致严重的人员伤亡。

4.2 现施工方法对比

（1）能够实现同时对目标电缆及辅助电缆进行快速检测，判断电电缆验电结果联动完成目标电缆安全试 ※扎操作和电缆断线操作，实现电缆迁改的验电、试扎、断线的智能化、一体化的判断操作。

（2）通过应用无线通讯技术，作业人员无须临近或直接接触电缆，即可完成试扎和断线等高风险作业，降低作业人员误判断、误伤及目标电缆时的可能性。

（3）整个系统操作采用可视化图形触控界面和语音提醒，操作简单、方便，即使单人操作也能得到充足的信息提醒，及时发现不安全情况。

（4）采用电磁场感应技术的验电装置可以在任何电缆断线地点快速完成电缆验电检测，无须特殊接线，无需同步信号等一系列烦琐工序，大幅节约作业时间。

（5）一台控制主机配有一台主验电装置和两台辅助验电装置，主验电装置安装在目标电缆上，辅助验电装置分别安装在的其他电缆上，能够同时对3 根电缆的停电/带电状态进行判断，提高验电效率。同时通过对比分析目标电缆和临近电缆磁场强度，可提高目标电缆验电判断的准确度。当三台验电装置放置同一电缆检测时，能通过另外辅助验电装置对主验电装置进行比对检测，通过比对当主验电装置与辅助验电装置，检测同一电缆的磁场强度数值是否基本一致的方法能及时发现验电装置是否存在异常。

（6）由于作业人员无须接触或者临近带电电缆进行电缆试扎和断线等高风险作业，因此无须穿着高压防护服和站在绝缘垫上进行操作，大幅降低高温天气中暑的几率，降低作业人员的劳动强度。

5 效果对比

活动后，小组成员在多个电缆项目中进行测试应用，并统计分析，结果如表1 所示。

表1 应用效果检查表

从表1 中可以看到，智能电缆识别试扎装置的操作成功率达到100%，操作时间在10min 内。

6 结语

电缆智能遥控刺扎及断线装置能适用于不同电压等级的电缆施工中，能准确判断电缆的带电情况，只有在不带电的情况下，才能动作。施工人员可以与电缆设备保持安全距离的情况下进行施工，降低人工斩切电缆时误伤旁路电缆的可能性，避免人员受到触电、烧伤等伤害。同时，该设备可以使鉴别斩切电缆施工时间减少30min 以上，节省了施工人员的体力消耗，提高了施工效率，有良好的使用价值和推广价值。