新型四色编码集线器在变电设备多场景试验中的系统优化与智能集成研究

中图分类号：TM75

0 引言

变电设备试验作为电力系统运维的核心环节 涵盖断路器机械特性测试、继电保护校验等高精度操作。传统试验方式常受限于高空接线操作困难、线缆冗长杂乱且易缠绕等问题 重制约 了作业效率，并伴随较高的安全风险与误接隐患。为有效解决上述痛点，国网福建省电力有限公司成功研制了“收纳式变电设备试验辅 本研究聚焦该工具的核心创新部件——四色集线器**，系统阐述其设计原理、关键功能特性，并通过多场景应用验证其在提升变电设备试验效率、安全性与可靠性方面的显著价值。

1 四色集线器的技术设计与功能特性

1.1 结构设计与颜色编码管理

四色集线器采用模块化设计，主体由高强度轻质材料制成，具备便携性和耐用性。其核心创新在于引入四色标识系统：通过红、黄、蓝、绿四种颜色区分不同功能的试验线缆（如电压线、电流线、信号线及接地线）。颜色编码的直观性显著降低了接线错误率，尤其在复杂试验场景中，操作人员可快速识别并匹配线缆类型，避免因误接导致的设备损坏或数据偏差。

颜色编码的国际标准适配性：四色编码方案并 随意选择，而是参考了国际 工委员会 （IEC 60446）对导线颜色的规范。例如，红色对应电流回路（IEC 标准中通常为棕色），绿色用于接地保护 标准为黄绿色），蓝色适配电压信号（IEC 标准为蓝色）。这一设计不仅符合国内操作习惯，还与国际标准接轨，为未来出口或跨国电力项目提供了兼容性基础。此外，集线器外壳标注了中英文功能标签，进一步降低了多语言环境下的使用门槛。

在研发过程中，团队还针对色盲操作人员进行了优化。通过在线缆接口处增加形状标识（如圆形、三角形等），确保视觉辨识障碍者仍能准确区分线缆类型。这一设计体现了工具的人性化理念，符合电力行业对包容性工具的迫切需求。

1.2 自适应长度调节与高效收放线机构

四色集线器内置精密双向伸缩机构，支持根据试验需求无级调节线缆长度。操作流程简化为：双向拉伸线头即可实现线缆伸展，并通过内置自锁止动装置固定所需长度；试验完成后，再次触发线头即可激活自动收线机制，实现线缆快速、规整收纳。经测试验证，该机构相较于传统手动收线方式，平均收线耗时由4.5 分钟降至1.5 分钟，收线效率提升率达66.7%

机构可靠性与耐久性保障 ：

为确保伸缩机构的长期运行可靠性，研发团队进行了超过 10 万次循环的加速疲劳试验。试验结果表明：机构在最大承载负荷 15kg 条件下，伸缩过程仍保持顺畅，关键部件磨损率低于 0.1%。线缆外层采用高强度尼龙编织防护层，其抗拉强度提升至 200N，显著优于常规PVC 线缆（约80N），大幅增强了整体工具的机械耐久性。

动态响应与安全保障：

伸缩机构采用智能无级变速设计，能够根据操作者施加的拉力动态调整收放线速度。特别是在紧急状态下快速牵拉线缆时，机构可自动降低收放速度，有效防止线缆脱落或断裂。此项功能在高风险的高压试验场景中至关重要，极大降低了因操作不当引发的设备故障风险。1.3 防缠绕与抗干扰设计

集线器内部采用螺旋分层结构，确保线缆在收放过程中无缠绕。同时，四色线缆外层覆有屏蔽材料，可有效抑制电磁干扰，保障试验数据的准确性。这一设计特别适用于高压试验场景，避免了因信号串扰导致的测试结果失真。

此外，集线器的接口处采用磁吸式连接设计，确保线缆与设备端口的快速锁定。磁吸力经过精确计算，既保证连接的稳定性，又避免因过度吸合导致端口磨损。这一设计在强震动环境（如变压器冲击试验）中表现尤为突出，连接稳定性较传统插拔式接口提升50%。

图（三）四色集线器设计效果图

1.4 技术参数与性能标准

根据《收纳式变电设备试验辅助工具技术规范书》，四色集线器的核心组件——伸缩杆及线盘的技术参数如下：

上述参数表明，伸缩杆具备高绝缘性（1000MΩ）和轻量化（2kg/根）特点，适用于高压环境下的灵活操作。此外，大号线盒导线电阻小于0.1μΩ，确保了试验过程中电流传输的高效性与稳定性。

气象环境适应性

四色集线器在极端环境下的性能通过表5 气象条件测试验证：

测试结果显示，四色集线器在-20℃至40℃范围内材料性能稳定， 颜色标识无褪色现象， 且伸缩机构无卡顿，充分满足我国南北地区差异化的气候需求。

2 四色集线器在变电设备试验中的应用分析

2.1 高空接线场景的效率提升

在断路器机械特性测试中，传统高空接线需攀爬设备或使用长梯，存在安全隐患且耗时较长。结合收纳式接线钳与四色集线器后，操作人员可通过伸缩杆将接线钳固定于高空接线点，并利用四色集线器快速完成线缆连接。颜色编码系统简化了线缆匹配流程，使接线时间从3.8 分钟缩短至1.1 分钟，效率提升71%。

极端环境适应性验证：为验证工具的普适性，研发团队在高温（40℃）、高湿（相对湿度95%）及低温（-20℃）环境下进行了多次测试。结果显示，四色集线器的材料性能未发生显著变化，颜色标识在极端条件下仍保持清晰，伸缩机构运行无卡顿，证明了其在多种气候条件下的可靠应用。

2.2 复杂试验环境下的协同应用

在继电保护校验等需多线并行的试 红色线缆专用于电流回路，蓝色线缆连接电压信号，绿色线缆作为接地保护 纳式变电设备试验辅助工具的重要组成部分，高空接线钳与 的摩擦力，显著提升了夹持稳定性。在断路器机械特性测 不良，而错层锯齿面设计可自适应调整夹持角度，确保接线钳与 器 设备即 可将接线钳精准固定于高空接线点，进一步降低了作业风险。 某变电站 试 ，采用四 时间减少40%，误接率降低至0.2%以下。

扩展应用场景：除继电保护校验外，四色集线器在 GIS 设备局放检测、变压器绕组变形测试等场景中同样表现优异。例如，在局放检测中，操作人员通过颜色区分高频信号线与电源线，有效避免了信号干扰，检测效率提升25%。这一扩展应用进一步凸显了工具的通用性。2.3 迷你集线器的场景适配性拓展

除核心四色集线器外，工具还配备了迷你集线器，专用于短距离线缆管理。迷你集线器采用轻量化设计（重量仅 0.8kg），支持双向快速止动与自适应长度调节。在变压器绕组变形测试等需要频繁更换接线位置的场景中，操作人员可灵活切换四色集线器与迷你集线器，根据试验需求动态调整线缆长度。例如，迷你集线器在短距离信号传输中可减少线缆冗余，而四色集线器则适用于长距离高压回路，二者的组合使用显著提升了工具的多场景适配能力。

2.4 安全性与经济性分析

四色集线器的防误接设计降低了操作风险，其自动收线功能避免了线缆拖地引发的绊倒事故。此外，该工具无需改造现有设备，单套成本仅为传统工具的60%，且使用寿命延长30%，具有显著的经济效益。

全生命周期成本对比：

通过全生命周期成本（LCC）模型分析，四色集线器在5 年使用周期内的综合成本（含采购、维护、人力节省）较传统工具降低45%。其中，维护成本因模块化设计而大幅减少，故障部件可单独更换，避免了整体报废的浪费。例如，某 220kV 变电站的运维数据显示，传统工具年均维护费用为1.2 万元，而四色集线器仅需0.5 万元，节省幅度达58.3%。

3 技术整合与行业标准化推进

3.1 智能化功能的集成潜力

未来研究可探索将四色集线器深度融入物联网（IoT）生态：

1. 状态感知：在接线钳关键部位嵌入微型传感器（如压力传感器、温度传感器），实时监测夹持力状态、线缆温升及连接点状态

2. 数据互联：通过集成低功耗无线传输模块（如LoRa， NB-IoT），将监测数据实时回传至移动终端或后台管理系统。

3. 智能预警：结合数据分析算法，对夹持力不足、接触不良、线缆过热或绝缘异常等潜在故障进行实时预警，实现预测性

4. 增强现实（AR）辅助：结合已有的颜色编码系统，开发AR 辅助接线应用。通过智能眼镜等设备，向操作人员叠加显示标准的线缆连接路径、设备参数及操作指引，进一步提升复杂试验场景下的操作精度和效率。

3.2 标准化推广与定制化发展建议

当前该工具已在福建、等地变电站取得良好应用成效，其大规模推广有赖于行业标准的统一：

1. 制定技术规范：建议电力行业主管部门牵头制定《变电设备试验辅助工具技术规范》，明确核心组件（如四色集线器、接线钳）的关键参数（如摩擦系数、伸缩精度、绝缘等级、颜色编码规则、电磁屏蔽效能）、操作流程规范及维护保养标准，确保工具的跨区域兼容性和质量一致性。

2. 开发定制化版本：针对特殊运行环境（如高海拔、强风沙、高盐雾腐蚀地区），可开发定制化增强版本，例如：为伸缩杆增加特种耐腐蚀涂层，优化磁吸接口的吸附力阈值，以拓展工具的应用边界和环境耐受性。

4 应用案例与效果验证

国网福建省某 220kV 变电站对四色集线器进行了全面应用，并对应用效果进行了详细的实测和分析。

效率提升：通过使用四色集线器，该变电站年均试验工时减少了120 小时。这使得试验人员能够在相同的时间内完成更多的试验任务，提高了工作效率，同时也减少了因试验时间过长而对电力系统正常运行造成的影响。人力成本节约了 15%，这主要得益于四色集线器在接线和收线过程中节省的时间，使得试验人员能够更高效地分配工作时间，减少了不必要的人力浪费。

可靠性增强：在安全性优化方面，高空作业事故率下降了 90%。四色集线器与收纳式接线钳的配合使用，减少了操作人员高空作业时间和频率，降低了高空坠落等事故的发生概率，为操作人员的人身安全提供了更可靠的保障。

安全性优化： 高空作业事故率下降了90%。四色集线器与收纳式接线钳的配合使用，减少了操作人员高空作业的时间和频率，降低了高空坠落等事故的发生概率，为操作人员的人身安全提供了更可靠的保障。

上述实测数据充分印证了四色集线器在提升试验质量、保障人员安全方面的核心价值，也为其在其他变电站的推广应用提供了有力的实践依据。

图（四）四色集线器实物图

5 结论与展望

本研究系统分析并验证了四色集线器作为 综合效能。其创新的标准化颜色编码管理系统、智能自适应收放线机构及集成化抗干扰设 、线缆管理乱等关键难题。多场景实际应用表明，该工具在提升试验效率（接线 保障数据准确性（误接率<0.2%）、降低作业风险（高空事故降90%）以及节约运维成本（年均省120 工时，LCC 降45%）等方面均取得了显著成效，具备突出的工程应用价值和推广潜力。

未来研究方向：

1. 深度智能化集成：重点推进物联网传感器（温度、电流、绝缘监测）、无线数据传输及基于 AI 的预测性维护功能在集线器上的集成与应用验证。

2. AR 辅助操作平台： 研发基于增强现实技术的智能辅助接线系统，提升复杂试验的直观性和操作精度。

3. 绿色材料应用：探索可降解或高回收率环保材料在集线器外壳及组件中的应用，响应“双碳”战略对电力装备绿色化的要求。

4. 特殊环境适应性增强：持续优化工具在极端恶劣环境（超高/低温、强腐蚀、高海拔）下的性能与可靠性。行业推广建议：

1. 纳入标准工具目录：建议行业主管部门将经过充分验证的四色集线器纳入变电站标准化作业工具目录。

2. 制定配套规范：加快制定并发布配套的操作规程、维护保养规范及培训教材。

3. 加强人员培训：联合高校、培训机构开展针对一线运维人员的定制化实操培训，提升工具使用熟练度和规

4. 促进技术迭代：建立产学研用协同机制，持续收集现场反馈，驱动工具的迭代升级和新功能开发

参考文献

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作者简介：孙沁（2000—），女，汉族，人，本科学历，助理工程师，主要从事变电检修工作。