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技術支持帶電電纜識別儀技術支持 》運行電纜的路徑尋測及識別技術原理及使用說明


運行電纜的路徑尋測及識別技術原理及使用說明

    (西安鐵路供電段,陜西 西安 710000)


摘  要:介紹了電磁法尋測電纜路徑及識別電纜的基本原理,及應用了該技術的電纜綜合探測儀的系統組成。同時還闡述了這項技術成功應用的幾大要素。
關鍵詞:帶電尋徑;運行電纜的識別


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    電力電纜的大量使用在我國已經有二三十年的歷史,前期使用運行的電纜現在已經進入了路徑埋設無圖紙、無人知的狀況,因此,電纜被施工挖斷的發生率在近幾年呈明顯的上升趨勢,尋找一種快而行之有效的電力電纜路徑定位方法十分緊迫和必要。
    現在國內普遍采用的電纜尋徑定位方法為停電再加音頻信號的尋徑方法。而有許多運行電纜是不能停電的,如何解決這一矛盾成為電力系統迫切需要解決的難題。歐美國家在電力電纜的尋徑定位上的研究比較早,20 世紀70 年代就發明了電磁耦合法及感應法,并在電力電纜定位上得到了成功的應用。我國在電纜尋徑定位方面的研究起步很晚,對于電力電纜路徑定位方法的研究這十內才啟動,經過十年的努力,國內在此領域的技術完全達到了國際先進水平,由于國內研究人員更加關心國內電纜運行的現狀(電纜密集,工頻干擾嚴重),因此克服了國外技術的抗干擾能力差的缺點。
    由于敷設在地下的電纜與周圍的土壤介質在導電性、導磁性、密度或其他理化性質上存在著差異,從而能被探測、識別和區分。目前應用于地下電纜探測儀的方法大致有電磁法、直流電法、地震波法、放射性跟蹤法和地質雷達等。其中電磁法由于探測精度高、操作簡便、抗干擾能力強、適用范圍廣、成本低,效率高等特點而成為電纜探測工作中最常用、最有效的方法。

電纜路徑探測儀

電纜路徑探測儀


1、基本原理
由發射機產生電磁波并通過不同的發射連接方式將信號傳送到地下被探測電纜上,地下電纜感應到電磁波后,在電纜表面會產生感應電流,感應電流就會沿著電纜向遠處傳播,在電流的傳播過程中,又會通過該地下電纜向地面輻射出電磁波,這樣當接收機在地面探測時,就會在電纜上方的地面上接收到電磁波信號,通過接收到的信號強弱變化來判別地下電纜的位置和走向。

DTY-3000D帶電電纜路徑儀

DTY-3000D帶電電纜路徑儀


2、儀器的組成
    由電磁法尋測的儀器通常由發射機、接收機、發射鉗、接收鉗組成。
    發射機:具有一定功率(通常大于等于3瓦),包含多組頻率的信號,其儀器內具有發射天線以及內置歐姆表可自動測量環路電阻及連續的自動輸出阻抗匹配,以保證輸出最佳的匹配信號。
    接收機:具有接收發射機發出的信號功能,同時具有50Hz探測功能,可以對運行電纜發出的50Hz工頻信號進行跟蹤。對接收到的信號需快速響應,通過圖形及聲響形象地反映出來。


3、電纜尋徑儀
3.1 發射機的信號發送連接方式
    有三種方法:直連法、耦合法、感應法。
    直連法—最佳方法
    這是最佳的探測方法,發射機輸出線紅色端直接連接到電纜的裸露金屬部分(此時電纜為停電狀態),另一端接地。此種方法產生的信號最強,傳播距離最遠、適用于儀器內所有頻率的工作狀態。
    耦合法—較佳方法
    當不能與待測電纜直接相連時,可以采用耦合夾鉗進行耦合法探測。此種方法頻率選擇為儀器內所有頻率,這時地下電纜的近端和遠端都必須接地以形成回路。接線見下圖。一般運行電纜外鎧已接地或零線接地自然形成回路。耦合式連接的測試效果較直接式連接差,且耦合信號隨著距離增長而減弱。其優點是可對運行電纜施加信號,找出電纜路徑,保證了供電的可靠性。
    感應法—可行方法
    測試運行電纜時,操作者若不能使用耦合夾鉗,此時可使用發射機內置的感應天線來發射輸出信號,將信號感應到被測電纜上來進行定位探測。首先,將發射機放置于電纜上方,發射機放置方向應使發射機面板上的指示線與電纜路徑方向相一致。然后使用接收機在電纜地面上方就能探測出地下電纜位置。     

直連法

耦合法

感應法


3.2 接收機的三種工作方式:分別為波峰法、波谷法
    波峰法:探測儀接收機位于電纜正上方時信號指示最大、聲音也最大。波峰法是用水平線圈接收電磁場水平分量的強度。對無干擾的電纜進行峰值檢測在電纜正上方時,當接收機的正面與電纜走向垂直時磁場響應強度最大,這不僅因為線圈離電纜最近,線圈所在的磁場強,還因為此時磁場的磁力線通過接收線圈的磁通量最大。當接收機向電纜兩側移動探測時,兩側磁場響應強度對稱且逐漸減小。這不僅因為此時的線圈離電纜距離遠,接收機線圈所接收的磁場變弱,還因為此時磁場磁力線的方向與線圈的平面不再垂直,通過線圈的磁通量變小,從而產生如山峰一樣的信號響應。因而叫做“波峰法”。
    波谷法:探測儀接收機位于電纜正上方時信號指示最大、且接收機聲音指示無任何聲音指示。波谷法用垂直線圈測量電磁場的垂直分量,檢測目標電纜上的磁場是無數個與電纜同心的圓型磁力線組成的,接收機在電纜正上方信號響應最小,兩側各有一個高峰。這是由于這些磁力線在電纜正上方穿過接收機垂直接收線圈的垂直分量為零,此時通過接收機的垂直線圈的磁通量為零,信號響應有一個最小值(零值或極小值);當接收機在電纜兩側移動時,儀器的響應會隨著接收機遠離電纜而逐漸增大,這是因為,此時的磁力線方向與接收機垂直線圈平面已形成一定的角度,通過接收機垂直線圈的磁通量逐漸變大。同時,隨著接收機線圈遠離地下電纜,接收機探測到的磁場的強度逐漸變弱,當這一因素成為影響通過線圈磁通量變化的主要因素時,儀器的響應又會逐漸變小,從而產生如山谷一樣的信號響應。因而叫做“波谷法” 。
    當被測電纜不能停電時,只能采用耦合式連接進行路徑測定。這種方法的特點是信號強,定位、定深精度高,尤其是運行中的電纜,不需停電便可測試。   

波峰法:探測儀接收機位于電纜正上方時信號指示最大、聲音也最大。

波谷法:探測儀接收機位于電纜正上方時信號指示最大、且接收機聲音指示無任何聲音指示。


4、電纜識別儀
   工作中我們經常遇到帶電電纜識別的問題,希望有一種簡單實用的電纜判別儀器,能夠判斷一組電纜中哪根是帶電電纜哪根是不帶電電纜。其實這是個即簡單又復雜的問題,復雜在一般情況下我們判別是通過鑒定帶電電纜上的50HZ交變電流,但一些特殊情況下,這一方法會失去作用: 
    1)如果運行電纜有電壓,無負載時,電纜上就無電流流過,這時就檢測不到磁場,以為是不帶電電纜,極容易產生誤判。工作中我們經常遇到帶電電纜識別的問題
    2) 如果電纜沒有運行,但是這條電纜如果和其它運行電纜有并行的情況下,就會有感應電流產生,同時感應電流也會有磁場產生,這時儀表也會有指示,這時就會產生誤判。
    3) 如果在電纜溝中,會有多條電纜,這多條電纜都會產生磁場,這時整個區域都會有50HZ電流產生的磁場,這時整個區域都會有磁場,使判別無法進行。容易產生誤判。
    而誤判的后果只有一個,造成人員傷害。 
    帶電電纜識別問題能否解決?回答是肯定的。采用電磁波感應原理設計的地下電纜綜合探測儀具有帶電電纜的尋徑,帶電電纜的識別,以及50Hz運行電纜的尋徑、識別。若將上述幾項功能交叉使用,帶電電纜識別的問題就便的簡單了。
    下面將這幾項功能詳細介紹一下。 
    1) 帶電電纜的尋徑:
    將發射機通過耦合鉗卡在電纜上,發射機的發射信號就可耦合到電纜上(無論運行電纜,還是停電電纜)。通過接收機我們就可找到電纜的地下走向并尋測出電纜的出處。
    2)帶電纜的識別:(與人們習慣理解有差別)
    將發射機通過發射鉗卡在電纜上,在另一端的電纜的暴露處用接收鉗連接接收機。此時根據信號就可判斷哪一根為加信號電纜。(此方法需多配一把特制接收鉗)。
    3) 尋測50Hz信號:
    由于DTY-2000地下電纜綜合探測儀具有尋測50Hz信號功能,這一功能大大加強了判斷功能,我們可以用接收機挨個判斷電纜群中的帶有50Hz信號的電纜(帶50Hz信號電纜不一定為運行電纜)。
通過上述3種方法綜合判斷,我們就很容易判斷運行電纜和不帶電電纜。 

5、成功應用的幾大要素
    上述論述的是運行電纜的尋徑及識別,在技術解決上存在三大要素。
    難點一、在于電纜是帶電的,只能選擇耦合或感應,這樣就決定耦合鉗的工藝與材料。
    帶電電纜的識別及路徑尋測對耦合鉗的工藝與材料有著極高的要求,由于運行電纜的零序電流或高次諧波會產生較大的干擾,影響探測工作的正常進行,所以耦合法所發出的耦合頻率必須避開50HZ及其諧波頻率,這就要求耦合頻率必須達到1KHZ 以上,這時對耦合鉗的磁性材料提出了較高的要求,該耦合鉗必須是特制的,而不能采用工頻頻段的磁性材料。
    難點二、選擇頻率及工作方式,頻率決定信號傳播遠近及感應到其它電纜上的問題;
    工作頻率選擇的合適與否直接影響著探測效果的好壞。比如:選擇了較高的工作頻率,對有接頭的電纜有較好的探測效果,但是信號衰減快,抗干擾性差,易感應到相鄰電纜上,難以區分相鄰電纜。相反,較低的頻率信號衰減慢,探測距離大,抗干擾性強,易區分相鄰電纜,但對有接頭的電纜探測效果較差。因此,要求電纜路徑儀應具有3~4檔頻率,這樣就克服了以往儀器靈敏度差、抗干擾性差等弱點,提高了分辨能力。
    難點三、抗干擾問題,若在各種高壓干擾時儀器還能否正常測試?
    由于此類儀器經常應用于高電壓、強磁場的環境下,對探測結果的影響非常大,這就要求這類儀器具有極好的濾波器,濾除強電磁干擾。此類優秀的儀器必須采用DSP(大規模數字濾波技術)來滿足要求。數字濾波技術具有濾波頻帶窄、調節靈活等優點,使其成為高壓干擾環境下所必備的部件。
    解決上述三個難題成為此類測試儀器成功應用的關鍵、也是電纜工作者選用此類儀器的判別依據。


6、結束語
    搞好電纜的探測工作,對城市的建設和發展將起到不可忽視的作用,而且越來越受到人們的極大關注。使用何種儀器進行電纜路徑探測將獲得不同的效果,本文簡要介紹了運行電纜的識別及帶電電纜路徑的尋測的主要技術手段及特點,并分析了各種功能在電纜探測中的優缺點?傊,帶電電纜識別及帶電電纜路徑尋測的新技術、新功能將為電纜識別、路徑測尋起到積極的促進作用。

7.參考文獻
1.電纜故障閃測儀原理與電纜故障測量 
陜西科學技術出版社 1993.3
2.電力電纜故障探測技術 
機械工業出版社 1999.4
3.全國供用電工人技能培訓教材 電力電纜中級工
中國電力出版社 1999.5 
4.《DTY-200地下電纜探測儀說明書》 
西安華傲通訊技術公司 2007.11

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