引言

隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的快速發(fā)展 , 自動(dòng)化技術(shù)在變電站中的運(yùn)用變得越來(lái)越廣泛 ,在保證系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行的前提下 ,也提高了變電運(yùn)維整體的管理水平。為了減輕變電站運(yùn)維人員的勞動(dòng)強(qiáng)度 ,達(dá)到無(wú)人值守的控制水平 ,變電站的自動(dòng)化設(shè)備在不斷改造和升級(jí) 。但是隨著變電站設(shè)備的不斷改造和更換 ,原有二次控制電纜因施工時(shí)未懸掛標(biāo)識(shí)牌或其他原因?qū)е聵?biāo)識(shí)牌無(wú)法識(shí)別的情況時(shí)有發(fā)生 ,這些二次控制電纜的走向和末端通過(guò)施工圖紙已無(wú)法確定 。一般二次控制電纜均敷設(shè)于電纜溝內(nèi) , 電纜溝內(nèi)控制電纜數(shù)量較多 ,很難找到目標(biāo)電纜 ,而揭溝蓋板尋找電纜工作量較大 , 因此通過(guò)人工尋找無(wú)標(biāo)識(shí)牌控制電纜走向及末端較困難。

1 工作原理

尋線儀由信號(hào)探測(cè)器、信號(hào)震蕩發(fā)生器以及相應(yīng)的適配線構(gòu)成 ,其工作原理如下:首先 ,信號(hào)震蕩發(fā)生器發(fā)出信號(hào) ,信號(hào)通過(guò)耦合線夾等專(zhuān)用輔材注入目標(biāo)線纜 ,使待測(cè)線纜發(fā)出特定頻段的電磁信號(hào)場(chǎng):其次 ,在線纜疑似敷設(shè)方向使用高靈敏度的感應(yīng)探測(cè)器感應(yīng)該電磁信號(hào)場(chǎng)的強(qiáng)度:最后 ,根據(jù)信號(hào)探測(cè)器所產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)弱差異 ,可以快速確定目標(biāo)線纜的走向 。尋線儀是變電運(yùn)維實(shí)施人員在日常工作中查找目標(biāo)線纜路徑的便捷工具 ,可在檢修施工過(guò)程中為確認(rèn)無(wú)標(biāo)號(hào)電纜走向帶來(lái)極大的便利。

2 尋線儀裝置結(jié)構(gòu)

尋線儀主要由兩部分組成 ,分別是主機(jī)部分 、從機(jī)部分 ,如圖1所示。

主機(jī)部分主要是根據(jù)特定的規(guī)則 ,產(chǎn)生相應(yīng)高頻信號(hào) ,通過(guò)非直接接觸式耦合線夾注入到電纜中 。為了防止信號(hào)在傳輸過(guò)程中發(fā)生巨大消耗 ,主機(jī)采取差模電感阻波的設(shè)計(jì)思想 ,而不是采用直接接觸式耦合線夾上加裝電磁阻波的方式 。主機(jī)可以發(fā)出相鄰多個(gè)頻段的高頻信號(hào) ,從機(jī)可以近距離接觸所耦合的電纜線 ,通過(guò)對(duì)應(yīng)頻段的強(qiáng)度來(lái)區(qū)分電纜線芯對(duì)應(yīng)關(guān)系 ,可以避免單一頻段被線纜電磁場(chǎng)干擾而影響效果。

從機(jī)部分主要通過(guò)增益天線在不揭開(kāi)蓋板的情況下測(cè)試電纜的走向 ,利用增益天線發(fā)出的信號(hào)來(lái)進(jìn)行電纜的尋線探測(cè)。為了防止干擾信號(hào)影響探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性 ,利用選頻濾波的方法和特定報(bào)文格式的對(duì)應(yīng)性 ,從而確保信號(hào)的準(zhǔn)確性。最后 ,通過(guò)報(bào)文解析方法對(duì)得到的信號(hào)和目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行校核 ,整個(gè)檢測(cè)過(guò)程具備良好的人機(jī)交互 ,可以使檢測(cè)人員簡(jiǎn)便快捷地判斷出正確的目標(biāo)電纜。

主機(jī)硬件部分設(shè)計(jì)如下:

(1)FPGA模塊:可編程邏輯陣列FPGA內(nèi)部邏輯資源及其 DsP硬核豐富 ,將其作為主機(jī)編碼調(diào)制的發(fā)生模塊 ,可以充分滿(mǎn)足尋線高速編碼的要求 ,在其內(nèi)部完成高速載頻信號(hào)的產(chǎn)生和編碼調(diào)制的數(shù)字化合成[2]。根據(jù)FPGA與旋鈕的交互功能 ,主機(jī)工作模式可通過(guò)旋鈕進(jìn)行設(shè)定:此外 ,FPGA狀態(tài)指示功能可將電源及工作狀態(tài)通過(guò)LED顯示出來(lái)。

(2)MCU模塊。MCU功能主要由基于TI的芯片實(shí)現(xiàn) ,包含內(nèi)置A/D、D/A轉(zhuǎn)換功能 ,處理速度快 ,抗干擾能力強(qiáng) ,穩(wěn)定性高。此模塊還含有外部數(shù)據(jù)接口 ,可以和其他外部模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交互 ,從而使得數(shù)據(jù)傳輸處理變得簡(jiǎn)單方便。

(3)模擬信號(hào)合成電路:該部分電路采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ,其優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率高 ,且所合成的波形雜散指數(shù)和諧波等比較低 。利用該芯片對(duì)FPGA所生成的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換 ,得到高頻率載頻調(diào)制信號(hào) , 以便進(jìn)行下一步的信號(hào)調(diào)理功能分析。

(4)信號(hào)調(diào)理電路:主要包含濾波電路 、放大電路及防護(hù)電路三部分 。信號(hào)調(diào)理電路的功能是調(diào)理模數(shù)D/A轉(zhuǎn)換后所得到的信號(hào) ,濾除信號(hào)中由采樣時(shí)鐘產(chǎn)生的高頻鏡像信號(hào) , 以此獲取較強(qiáng)的信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力。

(5)信號(hào)檢測(cè)電路:信號(hào)發(fā)生設(shè)備包含一個(gè)輔助電路一信號(hào)反饋檢測(cè)電路 ,該電路根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求的實(shí)際情況 ,通過(guò)檢波主通道輸出信號(hào)的能力 ,來(lái)判定當(dāng)前位置線纜發(fā)出信號(hào)場(chǎng)的強(qiáng)度 ,然后以監(jiān)測(cè)值為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整 ,確保信號(hào)可以在一定的范圍內(nèi)穩(wěn)幅輸出。

(6) 電源電路:主機(jī)中的硬件電路所需電壓值設(shè)定為寬

幅。 電源電路主要采用高效的鋰電池充電管理電路以及變換電路 ,大大提高了電源利用率。

從機(jī)硬件部分結(jié)構(gòu)與主機(jī)類(lèi)似 ,設(shè)計(jì)如下:

(1)主控模塊 。從機(jī)的主控模塊采用高效的CPU核心模塊 ,運(yùn)行速率快 ,計(jì)算效率高 ,可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、解析、記錄、存儲(chǔ)以及對(duì)指定設(shè)備進(jìn)行功能控制 。采用按鍵的方法進(jìn)行設(shè)備操作 ,具備豐富的指示方式 ,可以對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行顯示和蜂鳴報(bào)警提示 ,并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行直觀的顯示。

(2)檢波/解調(diào)模塊。檢波/解調(diào)模塊主要是作為信號(hào)的接收、解析、處理、傳輸通道 。在整個(gè)傳輸?shù)倪^(guò)程中 ,對(duì)主機(jī)發(fā)出的探測(cè)信號(hào) ,通過(guò)低通濾波的方法去除干擾信號(hào) ,再運(yùn)用運(yùn)算放大器進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)放大處理 ,后面一路信號(hào)通過(guò)信號(hào)解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)處理 ,將信號(hào)解調(diào)的報(bào)文傳輸?shù)街骺啬K中 ,另外一路信號(hào)通過(guò)功率檢波器進(jìn)行檢波 ,得出檢測(cè)值 ,并將檢測(cè)結(jié)果傳輸?shù)街骺啬K中 。主控模塊通過(guò)解調(diào)報(bào)文和檢測(cè)值進(jìn)行記錄、分析和對(duì)比 ,作為后面選取目標(biāo)電纜的主要判斷依據(jù)。

(3) 電源模塊。電源模塊主要是為各個(gè)主要的硬件模塊提供供電電源。整個(gè)電源模塊采用大容量的鋰電池 ,利用電壓變化的方法 ,將固定電壓轉(zhuǎn)換為適應(yīng)各種硬件的供電電壓 ,使得設(shè)備正常穩(wěn)定運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

變電站內(nèi)二次控制電纜布置錯(cuò)綜復(fù)雜 ,控制電纜沒(méi)有標(biāo)識(shí)牌或標(biāo)識(shí)牌不清晰的情況經(jīng)常存在 ,在進(jìn)行變電站綜合自動(dòng)化改造或者直流接地查找以及缺陷處理時(shí) ,如果遇到無(wú)法識(shí)別相關(guān)控制電纜走向及末端的情況 ,借助本文所述尋線儀 ,能夠快速識(shí)別目標(biāo)控制電纜的走向 ,提高工作效率 ,減少勞動(dòng)力消耗 ,為檢修人員確認(rèn)路徑提供了有力手段。