一種隱蔽電源線路探測(cè)儀的研制

徐勤超，李鐵夫，李業(yè)鋒，方保壘，張 旭

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277000）

一種隱蔽電源線路探測(cè)儀的研制

徐勤超，李鐵夫，李業(yè)鋒，方保壘，張 旭

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277000）

針對(duì)隱蔽電源線路發(fā)生故障時(shí)難以查找的問(wèn)題，研制一種隱蔽電源線路探測(cè)儀，將線路帶電時(shí)固有的電磁場(chǎng)信號(hào)處理放大后輸出音頻，用以判斷帶電線路的位置或故障點(diǎn)。對(duì)探測(cè)儀的各個(gè)組成部分進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，并詳細(xì)介紹了該探測(cè)儀進(jìn)行電源線路路徑定位、查找線路斷線、接地、短路故障的使用方法。樣機(jī)試驗(yàn)表明，使用該探測(cè)儀可明顯提高隱蔽電源線路故障的查找效率。

隱蔽電源線路；探測(cè)儀；故障查找

0 引言

辦公區(qū)域、民用住宅、廠礦企業(yè)等低壓供電場(chǎng)所一般都采用隱蔽式墻壁內(nèi)布置線路設(shè)計(jì)，隱蔽式布線雖然美觀，但線路位置及走向難以觀測(cè)，對(duì)室內(nèi)施工、改造、打孔和裝修等工作帶來(lái)不便和隱患。當(dāng)線路發(fā)生斷線、接地、短路等故障時(shí)難以查找故障點(diǎn)［1-4］，通常需要將電線封盒逐個(gè)拆開，或?qū)㈦娋€從專用管道中抽出，或破壞墻壁對(duì)線路走向進(jìn)行排查，工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)、效率低。

研制一種隱蔽電源線路探測(cè)儀，利用線路帶電時(shí)固有的工頻電磁場(chǎng)信號(hào)，經(jīng)處理放大后轉(zhuǎn)換為音頻輸出，根據(jù)音頻輸出判斷線路走向，查找故障點(diǎn)位置。

1 電源線路探測(cè)儀的設(shè)計(jì)

1.1 電源線路探測(cè)儀的工作原理

圖1 探測(cè)儀技術(shù)原理

電源線路帶電時(shí)，周圍空間會(huì)產(chǎn)生與其工作頻率相同的微電場(chǎng)信號(hào)，電源線路探測(cè)儀可以利用墻壁內(nèi)電源線路自身的電磁場(chǎng)輻射特性，借助天線感應(yīng)接收相應(yīng)頻率的微電場(chǎng)信號(hào)，經(jīng)調(diào)諧選頻、放大、濾波等信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，將信號(hào)傳輸給電平顯示及音頻放大電路，從而根據(jù)信號(hào)源位置及信號(hào)源磁場(chǎng)的變化，判斷電源線位置及故障點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)故障定位功能，技術(shù)原理如圖1所示。

1.2 信號(hào)探測(cè)器電路設(shè)計(jì)

探測(cè)儀的信號(hào)探測(cè)器探頭分為強(qiáng)電場(chǎng)信號(hào)探頭和弱電場(chǎng)信號(hào)探頭，信號(hào)探頭與調(diào)諧選頻電路相連，將檢測(cè)到的電磁波轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的微弱電流信號(hào)，然后傳送給信號(hào)放大電路。信號(hào)探測(cè)器電路如圖2所示。

圖2 信號(hào)探測(cè)器電路

圖2中，強(qiáng)電場(chǎng)信號(hào)探頭B為電感螺旋天線，適用于周圍無(wú)強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境場(chǎng)合，采用螺旋電感敞開式無(wú)濾波接收信號(hào)。A為弱電場(chǎng)信號(hào)探頭，由外置的環(huán)形雷達(dá)內(nèi)磁性天線CZ2、LCL濾波電路、二極管D2和D3等組成，在外部有強(qiáng)干擾磁場(chǎng)時(shí)使用，提高抗干擾能力。

LCL濾波電路由電感L1、L2和電容C13組成，其諧振頻率為［5］

可知，濾波電容C13的大小選取為

B為強(qiáng)電場(chǎng)信號(hào)探頭，由電感螺旋天線和二極管D1組成，適用于周圍無(wú)強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境場(chǎng)合，無(wú)濾波電路直接接收信號(hào)。

1.3 信號(hào)放大與處理電路設(shè)計(jì)

信號(hào)放大與處理電路包括調(diào)諧選頻電路和接收放大電路，作用是對(duì)探測(cè)器測(cè)得的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理，原理如圖3所示。

調(diào)諧選頻電路由可調(diào)電感DZL、可調(diào)電阻W1及可調(diào)電容器C4、三極管BG1等元件組成，設(shè)計(jì)可調(diào)頻率范圍為40～60Hz，從而只通過(guò)設(shè)定頻率的信號(hào)，濾除其他頻次的諧波干擾。

圖3 信號(hào)放大與處理電路

接收放大電路由三極管BG2及附屬元件組成，對(duì)接收的信號(hào)起到放大作用。

1.4 收信電平顯示及音頻放大電路設(shè)計(jì)

收信電平顯示及音頻放大的電路原理如圖4所示。收信電平顯示電路由分離式元件及DS-dB數(shù)字峰值檢波電平集成電路模塊或電磁式OVU電平指示器組成，可以直觀顯示所測(cè)電場(chǎng)信號(hào)的強(qiáng)弱，在環(huán)境噪音較大情況下，有助于有效的判斷線路故障位置。

圖4 收信電平顯示及音頻放大電路

音頻放大電路由運(yùn)算放大器LM386、功放LD等組成。LM386引腳1和引腳8的串接電容C8選擇為10μF，此時(shí)LM386的增益倍數(shù)為200倍。通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻W2的阻值，可以調(diào)節(jié)音頻放大電路的輸入值，同時(shí)可以調(diào)節(jié)輸出音頻的聲音大小。通過(guò)揚(yáng)聲器聲音大小，就可以判斷所檢測(cè)電場(chǎng)信號(hào)的強(qiáng)弱、檢測(cè)點(diǎn)離帶電線路的遠(yuǎn)近和距離，也可根據(jù)聲音的變化特征來(lái)判斷有無(wú)故障和故障點(diǎn)位置。

1.5 整體電路設(shè)計(jì)

將信號(hào)探測(cè)器電路、信號(hào)放大與處理電路、收信電平顯示及音頻放大電路按照?qǐng)D1技術(shù)原理框圖進(jìn)行整合，并配合設(shè)計(jì)可充電鋰電池供電電源電路，探測(cè)儀的整體電路工作原理圖，如圖5所示。

圖5 電路工作原理

2 電源線路探測(cè)儀的使用方法

使用該探測(cè)儀進(jìn)行線路故障查找或定位前，選擇使用強(qiáng)電場(chǎng)信號(hào)探頭或弱電場(chǎng)信號(hào)探頭，檢查探測(cè)儀電源指示正常，并在已知正常的電源附近測(cè)試收信電平顯示、音頻放大裝置輸出功能均正確，方可使用。

2.1 線路敷設(shè)路徑定位

若需確定墻內(nèi)隱蔽線路的確切位置，或繪制墻壁內(nèi)電源線路布線圖，則使用該探測(cè)儀從插座等電源點(diǎn)附近直接沿著線路走向查找，查找面積覆蓋線路走向兩側(cè)各100mm左右范圍。探頭掃過(guò)正常帶電線路時(shí)探測(cè)儀的揚(yáng)聲器會(huì)發(fā)出相應(yīng)頻率的聲響信號(hào)，探頭掃向線路兩側(cè)約200mm以外無(wú)音頻輸出，或聲音逐漸變小。若所探測(cè)位置無(wú)音頻或電平顯示輸出，則該位置可進(jìn)行打孔、施工等工作。

2.2 線路斷線故障查找

線路斷線故障的特征是電源端（空開下口）火線和零線之間有正常電壓，而負(fù)荷端（插座、燈座）的火線和零線之間無(wú)電壓或電壓異常，空開可正常送電不會(huì)跳閘。

使用墻壁內(nèi)電源線路探測(cè)儀查找斷線故障的步驟。

1）確定斷線的支路，并將查找區(qū)域內(nèi)的其他電源全部斷開，只保留斷線支路的空開合閘，防止其他電源線路帶電造成誤判。

2）確定火線斷線還是零線斷線。用試電筆或萬(wàn)用表在負(fù)荷端測(cè)量，若兩根電線均無(wú)電，則為火線斷線，若一根線有電一根線無(wú)電，則為零線斷線。

3）對(duì)于火線斷線，可直接用探測(cè)儀從電源空開開始沿線路走向進(jìn)行排查，線路正常處應(yīng)有正常電平或音頻輸出，若檢測(cè)到音頻輸出會(huì)發(fā)生中斷或微弱，可判定斷線故障點(diǎn)位于音頻中斷附近。

4）對(duì)于零線斷線，可在電源開關(guān)處將線路零線轉(zhuǎn)接至火線接口上，原火線空置不接，合上電源開關(guān)按照火線斷線查找方法即可查找零線故障，故障處理完畢后，需恢復(fù)原火線和零線的接線。

2.3 線路接地故障查找

線路接地故障的特征是漏電保護(hù)器（以下簡(jiǎn)稱“漏?！保┨l。

查找接地故障的步驟。

1）確認(rèn)漏保開關(guān)正常。發(fā)生漏保跳閘故障后，應(yīng)首先斷開漏電保護(hù)器之后所有支路開關(guān)，然后試送漏保，以確認(rèn)是漏保故障還是支路接地故障。若所有支路斷開漏保仍無(wú)法合閘，則可能是漏電保護(hù)器故障，需進(jìn)行更換。若漏保試送成功，則漏保正常，須繼續(xù)以下步驟定位故障點(diǎn)。

2）確認(rèn)接地支路。逐個(gè)試送支路開關(guān)，找出導(dǎo)致漏保跳閘的支路，即為發(fā)生接地故障的支路。然后將該支路上所有用電負(fù)荷全部斷開，若試送電仍然跳閘，則確定為該支路線路接地，否則為用電負(fù)荷接地。

3）接地支路送電。將接地支路跨過(guò)漏電保護(hù)器，直接接在電源進(jìn)線上，對(duì)接地支路送電。然后將查找區(qū)域內(nèi)的其他電源全部斷開，只保留接地支路合閘，防止其他電源線路帶電造成誤判。

4）接地故障查找。用探測(cè)儀從電源空開處開始沿線路走向排查帶電范圍，若揚(yáng)聲器音頻輸出發(fā)生擴(kuò)散，即查至某處時(shí)掃向線路兩側(cè)大于250mm范圍仍有音頻輸出并呈圓形輻射擴(kuò)散現(xiàn)象，而沿線路布線正方向音頻輸出正常，可判定為附近處發(fā)生電源線路與墻壁有其他金屬物或有接地漏電現(xiàn)象。

5）當(dāng)線路發(fā)生輕微接地故障時(shí)，漏?？赡懿欢〞r(shí)跳閘，無(wú)法確定接地支路時(shí)，也可用探測(cè)儀直接沿線路查找，當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路兩側(cè)大于250mm范圍仍有音頻輸出并呈圓形輻射擴(kuò)散現(xiàn)象，而沿線路布線正方向音頻輸出正常時(shí)，可判定附近為接地點(diǎn)。

2.4 線路短路故障查找

線路短路故障的特征為，漏電保護(hù)器不會(huì)跳閘，支路開關(guān)合不上，且合支路開關(guān)時(shí)伴隨有電壓短路弧光或聲音。

查找短路故障的步驟。

1）確定支路開關(guān)良好。拆除短路支路開關(guān)的下口線，然后試送電，若支路開關(guān)送電正常，則說(shuō)明開關(guān)正常，短路點(diǎn)在線路上。

2）確定短路支路的路徑。將該支路的負(fù)荷全部斷開，若開關(guān)仍無(wú)法合閘，則確定短路故障在電源線路上，否則短路點(diǎn)在用電負(fù)荷上。因短路的支路開關(guān)無(wú)法合閘，可在零線上串接燈泡等臨時(shí)負(fù)載［6］，這樣短路電流變?yōu)樨?fù)載電流，支路開關(guān)不會(huì)跳閘，原理如圖6所示。

3）斷開查找區(qū)域內(nèi)的其他電源，只保留短路支路合閘，防止其他電源線路帶電造成誤判，只要該支路短路故障存在，臨時(shí)負(fù)載燈泡應(yīng)能點(diǎn)亮。

4）確定短路線路的敷設(shè)路徑。用探測(cè)儀從支路電源開關(guān)開始，逐步探測(cè)并確定該支路的線路敷設(shè)路徑，并繪制路徑圖。

圖6 線路短路故障查找示意

3 樣機(jī)制作

根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案及原理，制作樣機(jī)，并進(jìn)行試驗(yàn)和調(diào)試，逐步實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)各種功能，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 電源線路探測(cè)儀主要技術(shù)參數(shù)

該探測(cè)儀的樣機(jī)如圖7所示。

圖7 便攜式墻壁內(nèi)電源線路探測(cè)儀樣機(jī)

使用該樣機(jī)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明使用該探測(cè)儀能準(zhǔn)確進(jìn)行隱蔽電源線路路徑定位，并顯著提高電源線路斷線、接地、短路故障的查找效率，縮短故障查找時(shí)間。

4 結(jié)語(yǔ)

所研制隱蔽電源線路探測(cè)儀利用線路帶電時(shí)固有的電磁場(chǎng)信號(hào)，根據(jù)輸出的電平指示或音頻信號(hào)判斷線路走向或故障點(diǎn)，避免直接接觸帶電線路，使用安全可靠。樣機(jī)試制表明，探測(cè)儀具有體積小、造價(jià)低、便于攜帶、簡(jiǎn)單實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高線路定位和故障排除效率，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

業(yè)管理，2009（23）：82.

［2］石百超.0.4 kV低壓線路接地故障查找分析［J］.科學(xué)中國(guó)人，2016（30）：46.

［3］敬林，敬健鴻.快速查找低壓線路漏電故障［J］.農(nóng)村電工，2008，16（7）：35.

［4］劉艷紅，高法貞.快速查找低壓線路漏電故障點(diǎn)［J］.中國(guó)電力企業(yè)管理，2009（23）：82.

［5］胡金高，鄭大星.有源電力濾波器的LCL濾波器分析與設(shè)計(jì)［J］.電源技術(shù)，2014，38（2）：349-351，366.

［6］祝成虎.一種短路故障快速排除方法［J］.電氣時(shí)代，2000（6）：30.

徐勤超（1986），工程師，從事繼電保護(hù)專業(yè)工作。

［1］劉艷紅，高法貞.快速查找低壓線路漏電故障點(diǎn)［J］.中國(guó)電力企

Development of the Detector for Unexposed Power Circuits

XU Qinchao，LITiefu，LIYefeng，F(xiàn)ANG Baolei，ZHANG Xu
（State Grid Zaozhuang Power Supply Company，Zaozhuang 277000，China）

To address the difficulty in locating the failure of an unexposed power circuits，this paper came up with an unexposed-circuit-detector which could amplify the intrinsic electromagnetic field of a live circuit and export audio signals to help on judging the location of the failure points of the live circuit.Electric circuit design for the proposed detector was carried out，followed by a detailed introduction to themethods of using this detector on locating the route of the power circuit，finding out the broken points，grounding failures and short circuits.The prototype test shows that using this detector could largely improve the efficiency of accuracy of finding the power circuit failures.

unexposed power circuits；detector；finding failures

TM07

：A

：1007－9904（2017）08－0076－05

2017-03-04