電纜管線走向免停電排查裝置的研究

金亮

（國(guó)網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司，上海 200072）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力線纜的建設(shè)里程逐年遞增，基于城市發(fā)展用地及改善城市面貌等多方面考慮，越來(lái)越多的線路由架空線路轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏﹄娎|。電力電纜運(yùn)行時(shí)大多被深埋在地下或布設(shè)在電纜溝內(nèi)，由于歷史原因，許多電纜的走向資料缺失，運(yùn)行人員無(wú)法得知電纜的實(shí)際走向和關(guān)聯(lián)關(guān)系，嚴(yán)重影響了電纜的運(yùn)維搶修效率。

現(xiàn)階段，在實(shí)際生產(chǎn)中最常見的確定電力電纜走向和關(guān)聯(lián)關(guān)系的方法為拉電法。由于該種方法只能在停電的線路上使用，不僅造成了許多不必要的停電，而且由于線纜鋪設(shè)環(huán)境的復(fù)雜性和設(shè)備老化等因素，即使進(jìn)行停電檢查，許多電纜的關(guān)聯(lián)和走向排查也十分困難。

針對(duì)該問(wèn)題，我公司設(shè)計(jì)并制作了一套電纜管線走向免停電排查裝置。該裝置利用耦合原理將特定頻率的信號(hào)耦合到電纜上，并通過(guò)波峰法對(duì)電纜輻射出的電磁信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)與加載的信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)確定電纜走向和關(guān)聯(lián)關(guān)系的目的。該裝置能夠在帶電電纜上使用，避免了不必要停電造成的損失，對(duì)提高電網(wǎng)的供電可靠性具有一定的促進(jìn)作用。

1 系統(tǒng)組成與工作原理

本電纜管線走向免停電排查裝置由信號(hào)發(fā)射機(jī)和信號(hào)接收機(jī)兩部分組成。信號(hào)發(fā)射機(jī)的作用是產(chǎn)生一定頻率的調(diào)制信號(hào)，并利用鉗在電纜外部的開口環(huán)形鉗將調(diào)制的信號(hào)加載到被檢測(cè)的電纜上。信號(hào)接收機(jī)的作用是對(duì)加載在電纜中的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和識(shí)別，并將信號(hào)接收機(jī)接收到的信號(hào)與信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)射的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，從而確定電纜管線的走向，并可對(duì)加載信號(hào)的電纜的關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行識(shí)別。電纜管線走向免停電排查裝置的原理圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 信號(hào)發(fā)射機(jī)

信號(hào)發(fā)射機(jī)主要由信號(hào)調(diào)制模塊、信號(hào)耦合模塊、電源、CPU、輸入模塊、顯示模塊等部分組成。其中信號(hào)調(diào)制模塊可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況不同，分別調(diào)制不同頻率的加載信號(hào)?？紤]到工作現(xiàn)場(chǎng)獲取電源的便捷性，本裝置采用電池供電。發(fā)射機(jī)內(nèi)置的阻抗測(cè)量電路能夠?qū)Νh(huán)路阻抗進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并根據(jù)阻抗值實(shí)時(shí)調(diào)整輸出信號(hào)的強(qiáng)度。信號(hào)發(fā)射機(jī)實(shí)物圖如圖2所示。

圖2 信號(hào)發(fā)射機(jī)實(shí)物圖

發(fā)射機(jī)工作原理采用耦合方式，將發(fā)出的電磁信號(hào)通過(guò)電纜本體傳導(dǎo)，產(chǎn)生感應(yīng)電流和電磁波，接收端通過(guò)采集到的電磁波信號(hào)強(qiáng)弱來(lái)識(shí)別電纜的位置和走向。

針對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)中處于運(yùn)行狀態(tài)的電纜，其感應(yīng)電流的通道由電纜鎧裝接地或者零線接地形成的回路組成。信號(hào)回路示意圖如圖3所示。

圖3 信號(hào)回路示意圖

2.2 信號(hào)接收機(jī)

信號(hào)接收機(jī)主要由信號(hào)檢測(cè)模塊、電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、顯示模塊及語(yǔ)音模塊組成。接收機(jī)采用波峰法探測(cè)信號(hào)。當(dāng)接收機(jī)位于電纜正上方時(shí)，信號(hào)響應(yīng)的強(qiáng)度最大，當(dāng)接收機(jī)向電纜兩側(cè)移動(dòng)時(shí)，信號(hào)響應(yīng)的強(qiáng)度減小。依據(jù)此原理可以對(duì)電纜的走向和關(guān)聯(lián)情況進(jìn)行定位和識(shí)別。信號(hào)接收機(jī)實(shí)物圖如圖4所示。

圖4 信號(hào)接收機(jī)實(shí)物圖

2.3 信號(hào)加載頻率選擇

由于對(duì)帶電運(yùn)行的電纜的走向和關(guān)聯(lián)情況進(jìn)行分析時(shí)，信號(hào)發(fā)射機(jī)無(wú)法與電纜直接連接，此時(shí)只能使用耦合夾鉗用耦合法進(jìn)行信號(hào)加載。此種方法可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來(lái)選擇發(fā)射頻率：低頻、中頻、高頻、射頻。當(dāng)?shù)叵鹿芫€的近端和遠(yuǎn)端都接地良好并形成回路時(shí)，可以使用低頻頻率；如果兩端接地不良，回路電阻過(guò)大，或者低頻信號(hào)耦合不上時(shí)，需要改用射頻來(lái)測(cè)試。由于射頻信號(hào)會(huì)感應(yīng)到所有的相鄰管線上，所以使用射頻信號(hào)時(shí)最好避開地下管線集中的區(qū)域，射頻常被用于被測(cè)電纜單獨(dú)鋪設(shè)而沒(méi)有相鄰管線的地方。現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)需要盡量將施加信號(hào)的功率保持在能滿足工作需要的最低水平，只要輸出功率能夠達(dá)到接收需要探測(cè)的要求即可。盲目的增大輸出功率將會(huì)感應(yīng)更多的信號(hào)到鄰近管線上，使目標(biāo)電纜的識(shí)別更加困難，同時(shí)會(huì)浪費(fèi)信號(hào)發(fā)射機(jī)的電量。

3 工程應(yīng)用

為了對(duì)該電纜管線走向免停電排查裝置的效果進(jìn)行檢驗(yàn)，在某小區(qū)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。為了保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，本次測(cè)量中使用了主動(dòng)信號(hào)工作模式。由于該小區(qū)內(nèi)的電纜較多，為了避免信號(hào)耦合到相鄰電纜上，故使用了中頻信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。本次測(cè)試對(duì)裝置的電纜走向排查功能和電纜關(guān)聯(lián)情況檢測(cè)功能兩個(gè)功能進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試中使用中頻信號(hào)在電纜12-4甲進(jìn)行了信號(hào)加載，并在與之相鄰的電纜12-4乙、電纜13-4甲、電纜13-4乙電纜上進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)，在接收端檢測(cè)到的信號(hào)強(qiáng)度如表1所示。

表1 信號(hào)接收機(jī)信號(hào)強(qiáng)度表

由表中數(shù)據(jù)可以看出，在加載了信號(hào)的電纜12-4甲上測(cè)出的信號(hào)強(qiáng)度明顯高于其它線路，經(jīng)過(guò)信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比可以確定加載信號(hào)的電纜為電纜12-4甲。另外，利用該設(shè)備檢測(cè)出的電纜走向與電纜12-4甲的實(shí)際走向基本相同，說(shuō)明該裝置能夠?qū)﹄娎|走向進(jìn)行免停電排查。

4 結(jié)語(yǔ)

該電纜管線走向免停電排查裝置的信號(hào)發(fā)射機(jī)使用環(huán)形鉗，利用耦合原理將調(diào)制后的信號(hào)耦合到被測(cè)電纜上。信號(hào)接收機(jī)采用波峰法對(duì)被測(cè)電纜輻射出的信號(hào)頻率和強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比和識(shí)別，從而確定被測(cè)電纜的走向和關(guān)聯(lián)情況。該裝置可在帶電運(yùn)行的電纜上使用，解決了傳統(tǒng)設(shè)備確定電纜走向及關(guān)聯(lián)信息時(shí)無(wú)法帶電檢測(cè)的問(wèn)題，避免了對(duì)供電企業(yè)和電力用戶不必要停電造成的損失，對(duì)提高電網(wǎng)的供電可靠性和用戶滿意度具有一定的促進(jìn)作用。