一種隱蔽電源線路探測儀的研制

徐勤超，李鐵夫，李業(yè)鋒，方保壘，張 旭

（國網(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儀的研制

徐勤超，李鐵夫，李業(yè)鋒，方保壘，張 旭

（國網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東 棗莊 277000）

針對隱蔽電源線路發(fā)生故障時難以查找的問題，研制一種隱蔽電源線路探測儀，將線路帶電時固有的電磁場信號處理放大后輸出音頻，用以判斷帶電線路的位置或故障點。對探測儀的各個組成部分進行電路設(shè)計，并詳細介紹了該探測儀進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。樣機試驗表明，使用該探測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)等低壓供電場所一般都采用隱蔽式墻壁內(nèi)布置線路設(shè)計，隱蔽式布線雖然美觀，但線路位置及走向難以觀測，對室內(nèi)施工、改造、打孔和裝修等工作帶來不便和隱患。當(dāng)線路發(fā)生斷線、接地、短路等故障時難以查找故障點［1-4］，通常需要將電線封盒逐個拆開，或?qū)㈦娋€從專用管道中抽出，或破壞墻壁對線路走向進行排查，工作量大、耗時長、效率低。

研制一種隱蔽電源線路探測儀，利用線路帶電時固有的工頻電磁場信號，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，查找故障點位置。

1 電源線路探測儀的設(shè)計

1.1 電源線路探測儀的工作原理

圖1 探測儀技術(shù)原理

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

1.2 信號探測器電路設(shè)計

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

圖2 信號探測器電路

圖2中，強電場信號探頭B為電感螺旋天線，適用于周圍無強電磁干擾的環(huán)境場合，采用螺旋電感敞開式無濾波接收信號。A為弱電場信號探頭，由外置的環(huán)形雷達內(nèi)磁性天線CZ2、LCL濾波電路、二極管D2和D3等組成，在外部有強干擾磁場時使用，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為強電場信號探頭，由電感螺旋天線和二極管D1組成，適用于周圍無強電磁干擾的環(huán)境場合，無濾波電路直接接收信號。

1.3 信號放大與處理電路設(shè)計

信號放大與處理電路包括調(diào)諧選頻電路和接收放大電路，作用是對探測器測得的信號進行放大、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)計可調(diào)頻率范圍為40～60Hz，從而只通過設(shè)定頻率的信號，濾除其他頻次的諧波干擾。

圖3 信號放大與處理電路

接收放大電路由三極管BG2及附屬元件組成，對接收的信號起到放大作用。

1.4 收信電平顯示及音頻放大電路設(shè)計

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，可以直觀顯示所測電場信號的強弱，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LM386的增益倍數(shù)為200倍。通過調(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，同時可以調(diào)節(jié)輸出音頻的聲音大小。通過揚聲器聲音大小，就可以判斷所檢測電場信號的強弱、檢測點離帶電線路的遠近和距離，也可根據(jù)聲音的變化特征來判斷有無故障和故障點位置。

1.5 整體電路設(shè)計

將信號探測器電路、信號放大與處理電路、收信電平顯示及音頻放大電路按照圖1技術(shù)原理框圖進行整合，并配合設(shè)計可充電鋰電池供電電源電路，探測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 電源線路探測儀的使用方法

使用該探測儀進行線路故障查找或定位前，選擇使用強電場信號探頭或弱電場信號探頭，檢查探測儀電源指示正常，并在已知正常的電源附近測試收信電平顯示、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，則使用該探測儀從插座等電源點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。探頭掃過正常帶電線路時探測儀的揚聲器會發(fā)出相應(yīng)頻率的聲響信號，探頭掃向線路兩側(cè)約200mm以外無音頻輸出，或聲音逐漸變小。若所探測位置無音頻或電平顯示輸出，則該位置可進行打孔、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，而負荷端（插座、燈座）的火線和零線之間無電壓或電壓異常，空開可正常送電不會跳閘。

使用墻壁內(nèi)電源線路探測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。用試電筆或萬用表在負荷端測量，若兩根電線均無電，則為火線斷線，若一根線有電一根線無電，則為零線斷線。

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

4）對于零線斷線，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器（以下簡稱“漏?！保┨l。

查找接地故障的步驟。

1）確認漏保開關(guān)正常。發(fā)生漏保跳閘故障后，應(yīng)首先斷開漏電保護器之后所有支路開關(guān)，然后試送漏保，以確認是漏保故障還是支路接地故障。若所有支路斷開漏保仍無法合閘，則可能是漏電保護器故障，需進行更換。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。

2）確認接地支路。逐個試送支路開關(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，否則為用電負荷接地。

3）接地支路送電。將接地支路跨過漏電保護器，直接接在電源進線上，對接地支路送電。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。用探測儀從電源空開處開始沿線路走向排查帶電范圍，若揚聲器音頻輸出發(fā)生擴散，即查至某處時掃向線路兩側(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，漏?？赡懿欢〞r跳閘，無法確定接地支路時，也可用探測儀直接沿線路查找，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散現(xiàn)象，而沿線路布線正方向音頻輸出正常時，可判定附近為接地點。

2.4 線路短路故障查找

線路短路故障的特征為，漏電保護器不會跳閘，支路開關(guān)合不上，且合支路開關(guān)時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，則說明開關(guān)正常，短路點在線路上。

2）確定短路支路的路徑。將該支路的負荷全部斷開，若開關(guān)仍無法合閘，則確定短路故障在電源線路上，否則短路點在用電負荷上。因短路的支路開關(guān)無法合閘，可在零線上串接燈泡等臨時負載［6］，這樣短路電流變?yōu)樨撦d電流，支路開關(guān)不會跳閘，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，臨時負載燈泡應(yīng)能點亮。

4）確定短路線路的敷設(shè)路徑。用探測儀從支路電源開關(guān)開始，逐步探測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 樣機制作

根據(jù)上述設(shè)計方案及原理，制作樣機，并進行試驗和調(diào)試，逐步實現(xiàn)所設(shè)計各種功能，其主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 電源線路探測儀主要技術(shù)參數(shù)

該探測儀的樣機如圖7所示。

圖7 便攜式墻壁內(nèi)電源線路探測儀樣機

使用該樣機進行模擬試驗，試驗結(jié)果表明使用該探測儀能準確進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，縮短故障查找時間。

4 結(jié)語

所研制隱蔽電源線路探測儀利用線路帶電時固有的電磁場信號，根據(jù)輸出的電平指示或音頻信號判斷線路走向或故障點，避免直接接觸帶電線路，使用安全可靠。樣機試制表明，探測儀具有體積小、造價低、便于攜帶、簡單實用等優(yōu)點，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)用價值。

業(yè)管理，2009（23）：82.

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徐勤超（1986），工程師，從事繼電保護專業(yè)工作。

［1］劉艷紅，高法貞.快速查找低壓線路漏電故障點［J］.中國電力企

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