魯統(tǒng)賀 王沖

摘要：針對(duì)變電站新建或設(shè)備檢修過程中二次電纜對(duì)芯時(shí)間過長、對(duì)芯過程繁瑣、甚至接錯(cuò)等問題，研制專用的便攜式智能對(duì)芯器。對(duì)芯器由遠(yuǎn)端機(jī)器和本端機(jī)器兩部分組成，兩部分均內(nèi)置35.5WH鋰電池和配套專用充放電保護(hù)電路為對(duì)芯器提供工作電源，核心處理器均為LPC1763。

關(guān)鍵詞：二次電纜；對(duì)芯器；LPC1763；線芯；電網(wǎng)檢修

中圖分類號(hào)： TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

隨著用戶負(fù)荷的增長和堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展的要求，對(duì)停電時(shí)間及電網(wǎng)可靠性要求也來越高。目前，變電站設(shè)備改造或新建工程越來越多，這些工程往往需要停電施工，其中二次電纜敷設(shè)對(duì)芯工作在改造過程中占用很大一部分工期。傳統(tǒng)的二次電纜對(duì)芯步驟比較繁瑣、費(fèi)時(shí)、易出錯(cuò)，這也給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患。

1 對(duì)芯功能理論分析

單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的對(duì)芯功能需要將端口設(shè)置為GPIO模式。因此需要考慮到線芯的電阻損耗以及單片機(jī)接口數(shù)量的問題。常用二次電纜線芯最多19芯，市場上常見的單片機(jī)的通用輸入輸出口在24～48個(gè)之間，LPC1763接口滿足對(duì)芯數(shù)量要求。單片機(jī)端口輸出高電平的時(shí)候，輸出電流I0=1mA；二次電纜線芯材料為純銅，其電阻率為0.0175Ω.mm2/m.根據(jù)電阻計(jì)算公式，取二次電纜長度為最大值200m，截面積取最小值1.5mm2，計(jì)算得到最大電阻值Rmin為2.3Ω。單片機(jī)端口接二次電纜電阻最大時(shí)消耗的電壓值最大值U=Rmin I0=2.3×10-3V。單片機(jī)端口設(shè)置為輸入口時(shí)允許的電壓范圍為2.9～3.3V。也就是說數(shù)字高電平經(jīng)過二次電纜時(shí)所消耗的電壓完全可以忽略，接口滿足對(duì)芯功能要求。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)芯功能，需要在電纜兩端分別連接對(duì)芯裝置實(shí)現(xiàn)線芯的識(shí)別功能。定義電纜近端的機(jī)器為本方機(jī)，電纜的遠(yuǎn)方的機(jī)器為遠(yuǎn)方機(jī)。為了降低研發(fā)成本，本方機(jī)與遠(yuǎn)方機(jī)均采用LPC1763。LPC1763是一個(gè)通用的32位微處理器，具有高性能和低功耗的特性。封裝形式為LFP100，其工作速度最高可達(dá)100MHZ，具有70個(gè)通用IO管腳，帶可配置的上拉/下拉電阻，能夠滿足所有二次電纜型號(hào)的對(duì)芯要求。

電源系統(tǒng)：電纜對(duì)芯工作往往是在無電源的情況下使用的。因此對(duì)芯器需要自帶電池系統(tǒng)及充放電電路。為了使用方便，將電源設(shè)計(jì)成+5V接口，并提供可移動(dòng)式電池供電。用1117芯片得到3.3V電源為單片機(jī)正常工作提供電源。

液晶顯示電路：選用帶字庫型LCD12864，根據(jù)使用手冊(cè)可知要想實(shí)現(xiàn)液晶顯示LCD12864的正常工作，需要為其接口提供電源及電源地、對(duì)比度調(diào)整電壓、背光電源及電源地、讀/寫、使能、數(shù)據(jù)/指令、八位數(shù)據(jù)線共20個(gè)引腳。

接口電路：P0.3、P0.4、P0.6、P0.7、P0.8以及P1.10- P1.18、P2.5- P2.9口設(shè)置為GPIO口引出接到接線端子上面，由接線端子連接到線夾上面，兩端機(jī)器的接線端子均從1-20進(jìn)行編號(hào)，其中第20根線接二次電纜的屏蔽線或屏蔽層上作為參考地電平，使用時(shí)將線夾接到二次電纜線芯上實(shí)現(xiàn)對(duì)芯功能。

3 對(duì)芯算法設(shè)計(jì)

假設(shè)有m根線芯需要對(duì)芯，開機(jī)前需要兩步準(zhǔn)備工作：首先將m轉(zhuǎn)換為8421碼并設(shè)置撥碼開關(guān)狀態(tài)，再將兩端機(jī)器的接口分別順序編號(hào)，并從1口到m口順序?qū)⒕€芯固定好。對(duì)芯工作開始前首先要實(shí)現(xiàn)握手功能，以確定對(duì)芯器兩端機(jī)器均已連接。握手功能：開機(jī)后遠(yuǎn)方機(jī)器先根據(jù)八位撥片開關(guān)狀態(tài)識(shí)別線芯數(shù)量為m，在1至m個(gè)端口上發(fā)送低電平并保持1s等本端機(jī)器接收并等待遠(yuǎn)方機(jī)器發(fā)送結(jié)束后，輸入口設(shè)置為輸出口在1至m個(gè)端口上發(fā)送低電平保持30ms，遠(yuǎn)方機(jī)器接收到本端的低電平并維持30ms后，認(rèn)為握手成功可以工作。

對(duì)芯算法：遠(yuǎn)方機(jī)器從1號(hào)端口到m號(hào)端口按序發(fā)送信號(hào)每個(gè)端口高電平持續(xù)1s，低電平持續(xù)1s，本端機(jī)器根據(jù)接收到的順序經(jīng)過延時(shí)（防止變電站高頻環(huán)境下的干擾造成錯(cuò)誤）以后與本端機(jī)器端口號(hào)對(duì)應(yīng)，并在LCD12864上面顯示，遠(yuǎn)方機(jī)器每次對(duì)應(yīng)以后都要判斷目前發(fā)送的第n個(gè)信號(hào)是否大于線芯數(shù)m，如果大于則認(rèn)為對(duì)芯結(jié)束，跳出程序。

4 對(duì)芯器試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)方法

便攜式智能二次電纜對(duì)芯器功能測試主要是在35kV馬頭變電站智能化改造施工過程中進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)環(huán)境為真實(shí)變電站環(huán)境。實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)階段：第一階段開機(jī)檢測對(duì)芯器電源輸出正常，液晶顯示邏輯正確，撥碼開關(guān)編碼數(shù)值正確并能夠顯示；第二階段采用對(duì)芯器試驗(yàn)。主要試驗(yàn)方法描述如下：

第一階段：測試對(duì)芯器輸出電源，如果輸出為5V再將電源加到電路板上，開機(jī)測試開機(jī)界面和工作界面正確，改變撥碼開關(guān)的值能夠在界面上正確顯示。第二階段：選擇1.5*10的二次電纜，長度為100米，將其敷設(shè)在電纜溝內(nèi)。將其一端用專用線夾連接在便攜式智能對(duì)芯器遠(yuǎn)方機(jī)的接口上，另一端連接在對(duì)芯器本方機(jī)器的端口上。遠(yuǎn)方機(jī)一直處于開機(jī)狀態(tài)，本方機(jī)在選擇好所需對(duì)芯的線芯以后開機(jī)測試，并將測試結(jié)果記錄下來。

根據(jù)二次電纜線芯數(shù)量的不同選擇不同的撥碼開關(guān)狀態(tài)。在該實(shí)驗(yàn)中，撥碼開關(guān)狀態(tài)由4依次調(diào)整到10。

實(shí)驗(yàn)過程中，需要按下翻頁鍵，對(duì)芯器開始工作，每屏顯示8個(gè)結(jié)果，共分三屏顯示，可由上下翻頁鍵查看。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

第一階段試驗(yàn)測試工作電壓平均值為5.1V。顯然對(duì)芯器的工作電壓能夠滿足單片機(jī)運(yùn)行需要，可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的對(duì)芯工作，在變電站環(huán)境中能夠正常工作。

將第二階段試驗(yàn)測試結(jié)果與傳統(tǒng)對(duì)芯結(jié)果一致，而且使用智能二次電纜對(duì)芯器以后的對(duì)芯工作時(shí)間將會(huì)大大減少，并且一次性對(duì)芯的線芯數(shù)量越多，對(duì)芯器的優(yōu)勢越明顯。

綜上可知，便攜式智能對(duì)芯器具有成本低廉、安全、快捷、靈活的優(yōu)點(diǎn)，而且縮短的停電檢修時(shí)間形成的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也很可觀，真正提高了工作效率，提高了供電可靠性。

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