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    技术支持带电电缆识别仪技术支持 》运行电缆的路径寻测及识别技术原理及使用说明


    运行电缆的路径寻测及识别技术原理及使用说明

        (西安铁路供电段,陕西 西安 710000)


    摘  要:介绍了电磁法寻测电缆路径及识别电缆的基本原理,及应用了该技术的电缆综合探测仪的系统组成。同时还阐述了这项技术成功应用的几大要素。
    关键词:带电寻径;运行电缆的识别


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        电力电缆的大量使用在我国已经有二三十年的历史,前期使用运行的电缆现在已经进入了路径埋设无图纸、无人知的状况,因此,电缆被施工挖断的发生率在近几年呈明显的上升趋势,寻找一种快而行之有效的电力电缆路径定位方法十分紧迫和必要。
        现在国内普遍采用的电缆寻径定位方法为停电再加音频信号的寻径方法。而有许多运行电缆是不能停电的,如何解决这一矛盾成为电力系统迫切需要解决的难题。欧美国家在电力电缆的寻径定位上的研究比较早,20 世纪70 年代就发明了电磁耦合法及感应法,并在电力电缆定位上得到了成功的应用。我国在电缆寻径定位方面的研究起步很晚,对于电力电缆路径定位方法的研究这十内才启动,经过十年的努力,国内在此领域的技术完全达到了国际先进水平,由于国内研究人员更加关心国内电缆运行的现状(电缆密集,工频干扰严重),因此克服了国外技术的抗干扰能力差的缺点。
        由于敷设在地下的电缆与周围的土壤介质在导电性、导磁性、密度或其他理化性质上存在着差异,从而能被探测、识别和区分。目前应用于地下电缆探测仪的方法大致有电磁法、直流电法、地震波法、放射性跟踪法和地质雷达等。其中电磁法由于探测精度高、操作简便、抗干扰能力强、适用范围广、成本低,效率高等特点而成为电缆探测工作中最常用、最有效的方法。

    电缆路径探测仪

    电缆路径探测仪


    1、基本原理
    由发射机产生电磁波并通过不同的发射连接方式将信号传送到地下被探测电缆上,地下电缆感应到电磁波后,在电缆表面会产生感应电流,感应电流就会沿着电缆向远处传播,在电流的传播过程中,又会通过该地下电缆向地面辐射出电磁波,这样当接收机在地面探测时,就会在电缆上方的地面上接收到电磁波信号,通过接收到的信号强弱变化来判别地下电缆的位置和走向。

    DTY-3000D带电电缆路径仪

    DTY-3000D带电电缆路径仪


    2、仪器的组成
        由电磁法寻测的仪器通常由发射机、接收机、发射钳、接收钳组成。
        发射机:具有一定功率(通常大于等于3瓦),包含多组频率的信号,其仪器内具有发射天线以及内置欧姆表可自动测量环路电阻及连续的自动输出阻抗匹配,以保证输出最佳的匹配信号。
        接收机:具有接收发射机发出的信号功能,同时具有50Hz探测功能,可以对运行电缆发出的50Hz工频信号进行跟踪。对接收到的信号需快速响应,通过图形及声响形象地反映出来。


    3、电缆寻径仪
    3.1 发射机的信号发送连接方式
        有三种方法:直连法、耦合法、感应法。
        直连法—最佳方法
        这是最佳的探测方法,发射机输出线红色端直接连接到电缆的裸露金属部分(此时电缆为停电状态),另一端接地。此种方法产生的信号最强,传播距离最远、适用于仪器内所有频率的工作状态。
        耦合法—较佳方法
        当不能与待测电缆直接相连时,可以采用耦合夹钳进行耦合法探测。此种方法频率选择为仪器内所有频率,这时地下电缆的近端和远端都必须接地以形成回路。接线见下图。一般运行电缆外铠已接地或零线接地自然形成回路。耦合式连接的测试效果较直接式连接差,且耦合信号随着距离增长而减弱。其优点是可对运行电缆施加信号,找出电缆路径,保证了供电的可靠性。
        感应法—可行方法
        测试运行电缆时,操作者若不能使用耦合夹钳,此时可使用发射机内置的感应天线来发射输出信号,将信号感应到被测电缆上来进行定位探测。首先,将发射机放置于电缆上方,发射机放置方向应使发射机面板上的指示线与电缆路径方向相一致。然后使用接收机在电缆地面上方就能探测出地下电缆位置。     

    直连法

    耦合法

    感应法


    3.2 接收机的三种工作方式:分别为波峰法、波谷法
        波峰法:探测仪接收机位于电缆正上方时信号指示最大、声音也最大。波峰法是用水平线圈接收电磁场水平分量的强度。对无干扰的电缆进行峰值检测在电缆正上方时,当接收机的正面与电缆走向垂直时磁场响应强度最大,这不仅因为线圈离电缆最近,线圈所在的磁场强,还因为此时磁场的磁力线通过接收线圈的磁通量最大。当接收机向电缆两侧移动探测时,两侧磁场响应强度对称且逐渐减小。这不仅因为此时的线圈离电缆距离远,接收机线圈所接收的磁场变弱,还因为此时磁场磁力线的方向与线圈的平面不再垂直,通过线圈的磁通量变小,从而产生如山峰一样的信号响应。因而叫做“波峰法”。
        波谷法:探测仪接收机位于电缆正上方时信号指示最大、且接收机声音指示无任何声音指示。波谷法用垂直线圈测量电磁场的垂直分量,检测目标电缆上的磁场是无数个与电缆同心的圆型磁力线组成的,接收机在电缆正上方信号响应最小,两侧各有一个高峰。这是由于这些磁力线在电缆正上方穿过接收机垂直接收线圈的垂直分量为零,此时通过接收机的垂直线圈的磁通量为零,信号响应有一个最小值(零值或极小值);当接收机在电缆两侧移动时,仪器的响应会随着接收机远离电缆而逐渐增大,这是因为,此时的磁力线方向与接收机垂直线圈平面已形成一定的角度,通过接收机垂直线圈的磁通量逐渐变大。同时,随着接收机线圈远离地下电缆,接收机探测到的磁场的强度逐渐变弱,当这一因素成为影响通过线圈磁通量变化的主要因素时,仪器的响应又会逐渐变小,从而产生如山谷一样的信号响应。因而叫做“波谷法” 。
        当被测电缆不能停电时,只能采用耦合式连接进行路径测定。这种方法的特点是信号强,定位、定深精度高,尤其是运行中的电缆,不需停电便可测试。   

    波峰法:探测仪接收机位于电缆正上方时信号指示最大、声音也最大。

    波谷法:探测仪接收机位于电缆正上方时信号指示最大、且接收机声音指示无任何声音指示。


    4、电缆识别仪
       工作中我们经常遇到带电电缆识别的问题,希望有一种简单实用的电缆判别仪器,能够判断一组电缆中哪根是带电电缆哪根是不带电电缆。其实这是个即简单又复杂的问题,复杂在一般情况下我们判别是通过鉴定带电电缆上的50HZ交变电流,但一些特殊情况下,这一方法会失去作用: 
        1)如果运行电缆有电压,无负载时,电缆上就无电流流过,这时就检测不到磁场,以为是不带电电缆,极容易产生误判。工作中我们经常遇到带电电缆识别的问题
        2) 如果电缆没有运行,但是这条电缆如果和其它运行电缆有并行的情况下,就会有感应电流产生,同时感应电流也会有磁场产生,这时仪表也会有指示,这时就会产生误判。
        3) 如果在电缆沟中,会有多条电缆,这多条电缆都会产生磁场,这时整个区域都会有50HZ电流产生的磁场,这时整个区域都会有磁场,使判别无法进行。容易产生误判。
        而误判的后果只有一个,造成人员伤害。 
        带电电缆识别问题能否解决?回答是肯定的。采用电磁波感应原理设计的地下电缆综合探测仪具有带电电缆的寻径,带电电缆的识别,以及50Hz运行电缆的寻径、识别。若将上述几项功能交叉使用,带电电缆识别的问题就便的简单了。
        下面将这几项功能详细介绍一下。 
        1) 带电电缆的寻径:
        将发射机通过耦合钳卡在电缆上,发射机的发射信号就可耦合到电缆上(无论运行电缆,还是停电电缆)。通过接收机我们就可找到电缆的地下走向并寻测出电缆的出处。
        2)带电缆的识别:(与人们习惯理解有差别)
        将发射机通过发射钳卡在电缆上,在另一端的电缆的暴露处用接收钳连接接收机。此时根据信号就可判断哪一根为加信号电缆。(此方法需多配一把特制接收钳)。
        3) 寻测50Hz信号:
        由于DTY-2000地下电缆综合探测仪具有寻测50Hz信号功能,这一功能大大加强了判断功能,我们可以用接收机挨个判断电缆群中的带有50Hz信号的电缆(带50Hz信号电缆不一定为运行电缆)。
    通过上述3种方法综合判断,我们就很容易判断运行电缆和不带电电缆。 

    5、成功应用的几大要素
        上述论述的是运行电缆的寻径及识别,在技术解决上存在三大要素。
        难点一、在于电缆是带电的,只能选择耦合或感应,这样就决定耦合钳的工艺与材料。
        带电电缆的识别及路径寻测对耦合钳的工艺与材料有着极高的要求,由于运行电缆的零序电流或高次谐波会产生较大的干扰,影响探测工作的正常进行,所以耦合法所发出的耦合频率必须避开50HZ及其谐波频率,这就要求耦合频率必须达到1KHZ 以上,这时对耦合钳的磁性材料提出了较高的要求,该耦合钳必须是特制的,而不能采用工频频段的磁性材料。
        难点二、选择频率及工作方式,频率决定信号传播远近及感应到其它电缆上的问题;
        工作频率选择的合适与否直接影响着探测效果的好坏。比如:选择了较高的工作频率,对有接头的电缆有较好的探测效果,但是信号衰减快,抗干扰性差,易感应到相邻电缆上,难以区分相邻电缆。相反,较低的频率信号衰减慢,探测距离大,抗干扰性强,易区分相邻电缆,但对有接头的电缆探测效果较差。因此,要求电缆路径仪应具有3~4档频率,这样就克服了以往仪器灵敏度差、抗干扰性差等弱点,提高了分辨能力。
        难点三、抗干扰问题,若在各种高压干扰时仪器还能否正常测试?
        由于此类仪器经常应用于高电压、强磁场的环境下,对探测结果的影响非常大,这就要求这类仪器具有极好的滤波器,滤除强电磁干扰。此类优秀的仪器必须采用DSP(大规模数字滤波技术)来满足要求。数字滤波技术具有滤波频带窄、调节灵活等优点,使其成为高压干扰环境下所必备的部件。
        解决上述三个难题成为此类测试仪器成功应用的关键、也是电缆工作者选用此类仪器的判别依据。


    6、结束语
        搞好电缆的探测工作,对城市的建设和发展将起到不可忽视的作用,而且越来越受到人们的极大关注。使用何种仪器进行电缆路径探测将获得不同的效果,本文简要介绍了运行电缆的识别及带电电缆路径的寻测的主要技术手段及特点,并分析了各种功能在电缆探测中的优缺点。总之,带电电缆识别及带电电缆路径寻测的新技术、新功能将为电缆识别、路径测寻起到积极的促进作用。

    7.参考文献
    1.电缆故障闪测仪原理与电缆故障测量 
    陕西科学技术出版社 1993.3
    2.电力电缆故障探测技术 
    机械工业出版社 1999.4
    3.全国供用电工人技能培训教材 电力电缆中级工
    中国电力出版社 1999.5 
    4.《DTY-200地下电缆探测仪说明书》 
    西安华傲通讯技术公司 2007.11

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