淺談電纜故障查中的管線探測方法及接收探測

黃禮祥

摘要：隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，電力電纜供電廣泛得到應(yīng)用，電纜維護的工作量成倍增加。由于原先電纜路徑資料不盡如人意，電纜路徑的探測與電纜的鑒別成為電纜維護工作難題。下面對新電纜故障查找的系統(tǒng)分析，以期可改變電力電纜管理中路徑資料不全、安全隱患大的現(xiàn)狀，設(shè)備操作簡便，工效較高，功能齊全，能精確探測電纜路徑并準(zhǔn)確識別區(qū)分電纜，大大減少電網(wǎng)不必要的停電，有效提高配網(wǎng)運行維護水平。

關(guān)鍵詞：電纜故障 查找 管線探測方法

近年來，隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，電力電纜供電廣泛得到應(yīng)用，電纜維護的工作量成倍增加。電纜路徑的探測與電纜的鑒別成為電纜維護工作中極其重要的一環(huán)。如果無法明確電纜路徑，將增加工程施工時損傷供電電纜事故的發(fā)生率；不知道電纜具體走向，就無法對電纜的故障點進行查找，影響了搶修的速度和恢復(fù)供電的時間。因此，智能電纜路徑探測系統(tǒng)的研制具有十分重要的社會和經(jīng)濟效益。

1電纜故障查找及路徑管理設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

地下管線是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，城市地下管線包括給水、排水、燃氣、熱力、電信、電力、工業(yè)管道等幾大類，是發(fā)揮城市功能、確保城市經(jīng)濟和社會健康、協(xié)調(diào)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，被稱為城市的“血管”和“神經(jīng)”。同時，在進行城市規(guī)劃、設(shè)計、施工和管理工作中，如果沒有完整準(zhǔn)確的地下管線信息，就會變成“瞎子”，到處碰壁，寸步難行，甚至造成重大損失。 近年來，隨著城市化進程的加快和城市建設(shè)的快速發(fā)展，各地加大了城市地下空間、特別是地下管線的開發(fā)和利用，加強了地下管線檔案管理。但由于一些地下管線工程建設(shè)單位、管線管理單位等，不能及時向城建檔案管理部門送交地下管線檔案，致使地下管線檔案信息的集中統(tǒng)一管理和查詢服務(wù)工作不能適應(yīng)城市建設(shè)發(fā)展的需要。地下管線在方便城市生活的同時，也因施工不當(dāng)、年久失修等存在很大的安全隱患，可能造成巨大的人員和財產(chǎn)損失，甚至成為當(dāng)?shù)鼐用竦摹皧Z命線”。

2電纜故障查找中管線探測方法及接收探測

（一）管線探測方法

該工具場源有被動源和主動源兩種工作方式。被動源工作方式用來搜索一個區(qū)域內(nèi)未知的電力電纜或者施加有陰極保護信號的地下管道以及能感應(yīng)到無線電頻率的金屬管線，主動源工作方式用來追蹤和定位區(qū)域內(nèi)管線信號。

1、被動源工作方式：

1）被動源工頻法工作方式不需要發(fā)射機，它可以搜索出一個未知區(qū)域內(nèi)的電力電纜。打開接收機，選擇接收機工作頻率為50Hz，調(diào)節(jié)增益得到一個合適的讀數(shù)并選擇極大值法或極小值法，以網(wǎng)格搜索方式在一個區(qū)域內(nèi)來回搜索。提著接收機平穩(wěn)地行走，使機身面與移動方向成一直線且盡可能與通過的管線呈直角狀態(tài)，不要弧形擺動，因為這樣會產(chǎn)生一些誤導(dǎo)信號。當(dāng)接收機響應(yīng)顯示有異常時，立即停下，精確定位管線的位置并做好標(biāo)記。對穿出搜索區(qū)域范圍的某條管線亦需進行追蹤和標(biāo)記。

2）被動源陰極保護電流（CPS）信號法工作方式不需要發(fā)射機，它可以它可以搜索出一個未知區(qū)域內(nèi)的施加有外加電流陰極保護的地下金屬管道。打開接收機，選擇接收機工作頻率為CPS，使用方法與工頻法相同。

3）無線電頻率探測模式：無線電頻率探測方式，主要應(yīng)用于能感應(yīng)到無線電頻率的金屬管線探測。

2、主動源工作方式

主動源工作方式是將發(fā)射機發(fā)出的特定頻率的信號施加到管線上，再用接收機對管線進行定位和追蹤。采用主動源方式可以對管線進行精確定位、追蹤、測深，也可以對地下管線防腐層破損點進行精確定位并可確定防腐層破損點的大小。

測儀發(fā)射機信號施加的方法有兩種：直接法和感應(yīng)法。直接法是追蹤管線比較理想的方法，感應(yīng)法是尋找區(qū)域內(nèi)地下管線最方便的方法。具體方法分述如下

（1）直接法：

發(fā)射機直接與管線相連接，并在管線中產(chǎn)生最強信號，這種方法在探測管線中應(yīng)為首選。它適用于連續(xù)追蹤定位各種地下管線，定位、測深，精度較高。

（2）感應(yīng)法：

當(dāng)操作者不能將發(fā)射機的信號直接施加到目標(biāo)管線上時，可以采用感應(yīng)法。發(fā)射機內(nèi)有一發(fā)射線圈，當(dāng)打開發(fā)射機，發(fā)射線圈可以將信號直接感應(yīng)到發(fā)射機下面的管線上，用接收機就可以接收到地下管線產(chǎn)生的電磁場。該方法使用方便快捷，不需要連接到目標(biāo)管線上，但該方法信號也會感應(yīng)到鄰近非目標(biāo)管線上，還有一部分信號的能量損失在周圍的土壤中使感應(yīng)信號減弱。

感應(yīng)法不能給金屬井蓋或鋼筋混凝土路面下的管線施加信號，因為信號將被金屬井蓋或鋼筋網(wǎng)屏蔽。感應(yīng)法也不能用來給絕緣良好的管線施加信號，除非管線兩端有良好的接地。

（二）接收探測

接收機用于對目標(biāo)管線的定位、定深和測量目標(biāo)管線中的電流。

當(dāng)發(fā)射機的信號成功地施加到目標(biāo)管線上以后便可以用接收機探測目標(biāo)管線的位置、走向、深度。位置和埋深是地下管線的最重要資料，因此對管線定位和定深是地下管線探測工作中最重要的環(huán)節(jié)。

1、管線定位

用接收機探測目標(biāo)管線的位置時，需要隨時注意可能干擾定位精度的因素，防止發(fā)射機信號偶合到相鄰管線，使探測結(jié)果出現(xiàn)偏差。

（1）準(zhǔn)備工作：

1） 檢查電源電壓： 打開接收機，檢查電池電壓，電量不足時需要先充足電后使用。

2）頻率選擇： 按動頻率鍵，將接收機頻率設(shè)定在所需的頻率。如果采用主動源模式，接收機的頻率應(yīng)與發(fā)射機一致。

3）靈敏度設(shè)置：調(diào)節(jié)上升鍵或下降鍵來增加或減小接收機增益，使條形圖讀數(shù)位于整個量程的60-80%處。

4）工作模式選擇：按動模式鍵，根據(jù)需要選擇合適的工作模式。8018管線探測儀接收機提供了峰值模式、寬峰模式、寬峰箭頭模式和谷值模式四種探測模式。

（2）峰值（極大值）法

峰值法響應(yīng)模式采用單水平天線（寬峰）或雙水平天線接收目標(biāo)管線信號的水平分量，接收機在目標(biāo)管線正上方得到最大值響應(yīng)。單水平天線寬峰模式用在定位較深的管線，探測的信號靈敏度最高。接收機在被探測管線的正上方時，信號強度最大，響應(yīng)范圍寬，定位精度比其它方式要低。雙水平天線峰值法比單水平天線寬峰模式具有更陡的峰值響應(yīng)，測量位置相對準(zhǔn)確，信號強度較弱。接收機在被定位管線正上方時，信號強度達到峰值。

首先要對目標(biāo)管線進行定位，保持接收機與地面大體垂直并將接收機機身寬面對準(zhǔn)發(fā)射機，如果信號直接連接到目標(biāo)管線上，則以發(fā)射機為圓心，以5-10米為半徑（如果采用感應(yīng)法，則半徑要大于20米）繞發(fā)射機作圓形行走，調(diào)節(jié)靈敏度，使接收機保持一定的靜態(tài)信號。在出現(xiàn)峰值響應(yīng)的地方向兩側(cè)輕輕地來回移動接收機，找出峰值響應(yīng)的準(zhǔn)確位置并做上標(biāo)記，這一位置即為目標(biāo)管線的位置。

采用峰值法對管線進行精確定位方法：當(dāng)找到峰值響應(yīng)點時停下來，不要移動接收機，原地轉(zhuǎn)動接收機，當(dāng)響應(yīng)最大時停下來，保持接收機垂直地面，在管線上方左右移動接收機，響應(yīng)最大的地方即為目標(biāo)管線的位置。

在目標(biāo)管線的上方，手持接收機，使接收機機身寬面與管線垂直，調(diào)整靈敏度，使條形圖讀數(shù)位于整個量程的60-80%之間。離開發(fā)射機，同時左右移動接收機，中間峰值兩邊減小的情況則表明探測探測人員走在管線的正上方，這樣就可以對管線進行遠距離追蹤。

（3） 谷 （極?。┲捣?/p>

谷（極小）值法響應(yīng)模式用一個垂直天線，接收目標(biāo)管線的垂直分量，接收機在目標(biāo)管線正上方得到最小值響應(yīng)。谷（極小）值法定位直觀、快捷，但易受干擾，精度較差。主要用于快速追蹤管線和驗證峰值法響應(yīng)的準(zhǔn)確性。使用谷（極?。┲捣梢约涌熳粉櫣芫€的速度，能以任意角度隨意拿著接收機，因為零值響應(yīng)不取決于管線的方向。當(dāng)沿管線走向行走時，在管線正上方時接收機可得到最小值，聲音也最小。當(dāng)左右移動接收機時，條形圖的讀數(shù)會增大到一個峰值，并且聲音也隨之增大，所以在探測過程中要注意觀察管線正上方的零值響應(yīng)和管線兩側(cè)的峰值響應(yīng)。

采用谷（極?。┲淀憫?yīng)模式探測目標(biāo)管線時，應(yīng)周期性切換到峰值響應(yīng)模式，以便驗證目標(biāo)管線的準(zhǔn)確位置。用峰值模式作定點定位并做好標(biāo)記，然后切換到零值響應(yīng)模式，在管線谷（極小）值位置做好標(biāo)記，如果峰值響應(yīng)標(biāo)記與谷（極小）值響應(yīng)標(biāo)記的位置一致，則可以認(rèn)為該點定位是精確的。如果兩者不一致，則可認(rèn)為定點定位不精確，目標(biāo)管線的實際位置應(yīng)該靠近峰值響應(yīng)的位置。

（4） 峰值箭頭模式

峰值箭頭模式同時使用一個垂直天線和兩個水天線，同時接收目標(biāo)管線的垂直分量和水平分量，接收機在目標(biāo)管線正上方得到最大值并且有左右箭頭響應(yīng)。當(dāng)最大值與箭頭方向位置一致時，則可以認(rèn)為該點定位是精確的。如果兩者不一致，則可認(rèn)為定點定位不精確，目標(biāo)管線的實際位置應(yīng)該靠近峰值響應(yīng)的位置。用該方法檢測無需在探測過程中峰值和谷值周期性切換，操作更加簡便快捷。

2、深度測量。

（1）直讀法： 直讀法測量深度的范圍是：4.5cm- 6m，當(dāng)超過該范圍或者信號不正常時，接收機顯示器顯示錯誤信息。

在測深前首先用接收機的峰值法和極?。悖┲捣▽δ繕?biāo)管線進行精確定位，如果兩個位置不一致，則表示有干擾存在，需要選擇峰值信號和極?。悖┲敌盘栆恢碌牡胤竭M行深度測量。

（2）80%測深法。

將接收機置于目標(biāo)管線的正上方地面上并垂直于地面，選擇單水平天線峰值工作模式，調(diào)整靈敏度，把讀數(shù)調(diào)整到一個合適的值，然后沿管線走向的垂直方向左右移動接收機直到顯示器讀數(shù)下降到管線正上方讀數(shù)的80%。對這兩個點做好標(biāo)記并測量出它們之間的距離，這個距離就等于目標(biāo)管線的埋土深度。

（3）45°測深法。

首先精確測量出目標(biāo)管線的位置和走向，將接收機的工作模式切換到零值法，在深度測量點把接收機的底端放在管道正上方的地面上，調(diào)整接收機機身使其與地面成45度角，沿垂直于管線走向的方向移動接收機，當(dāng)接收到的信號為最小值時，在接收機與底部所在的地面上做上標(biāo)記，該標(biāo)記與測量點之間的距離即為管線的埋土深度。

3、電流測量。

探測儀與傳統(tǒng)的管線儀相比，它還能夠測量目標(biāo)管線上的電流大小，這就能幫助操作者更好的識別目標(biāo)管線。在管線密集地區(qū)，接收機可能會在干擾管線上測到比目標(biāo)管線上更強的信號，因為它的深度比目標(biāo)管線淺。這時如果只是根據(jù)信號強度來測量就會很難準(zhǔn)確地區(qū)分目標(biāo)管線與干擾管線。用電流測量功能就能夠有效地區(qū)分目標(biāo)管線與非目標(biāo)管線，電流測量數(shù)據(jù)最大的（而不是信號最強的）管線就是施加了發(fā)射機信號的目標(biāo)管線。測量電流還可以提供關(guān)于三通和彎頭的有用信息，在三通后面進行電流測量主管線由于長度大會吸引更多的電流，從而可以幫助判斷主管線與支管線。

電流測量的原理：發(fā)射機給目標(biāo)管線施加一個電流信號，隨著離發(fā)射機距離的增加，電流的強度會逐漸減小，衰減的程度會因管線種類和土質(zhì)而定。但對于某一種類型的管線，電流的衰減將保持穩(wěn)定，而沒有突然的下降或變化。電流的突然變化都表明管線或其狀況發(fā)生了變化。

電流測量的方法：電流測量方法和測深方法完全一樣，而且電流的大小在深度測量的時候就會同時檢測出來并顯示在顯示器中。

信號感應(yīng)到鄰近的管線將降低測量的精度。如果測量的讀數(shù)可疑，搜索附近的區(qū)域，檢查附近是否有其它輻射信號的管線，如果其它信號造成了干擾，應(yīng)該到管線的其它點進行深度/電流測量。

3.結(jié)語

在非開挖的情況下，對地下管道、電纜、光纜進行精確定位和埋土深度測量，精確查找地下管道外防腐層破損點、埋地電纜故障點的位置。該儀器融合超窄帶濾波器、藍牙無線通訊、GPS定位、專業(yè)數(shù)據(jù)分析軟件自動成圖、檢測報告自動生成等最先進技術(shù)，具有超強抗干擾能力，精準(zhǔn)定位和測深功能，大大提升配電網(wǎng)電纜運維管理水平，提高搶修及時率，有效保障客戶供電，進一步增加客戶滿意度。