電纜管線走向免停電排查裝置的研究

金亮

（國網上海市電力公司市北供電公司，上海 200072）

隨著社會經濟的發展，電力線纜的建設里程逐年遞增，基于城市發展用地及改善城市面貌等多方面考慮，越來越多的線路由架空線路轉變為電力電纜。電力電纜運行時大多被深埋在地下或布設在電纜溝內，由于歷史原因，許多電纜的走向資料缺失，運行人員無法得知電纜的實際走向和關聯關系，嚴重影響了電纜的運維搶修效率。

現階段，在實際生產中最常見的確定電力電纜走向和關聯關系的方法為拉電法。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，而且由于線纜鋪設環境的復雜性和設備老化等因素，即使進行停電檢查，許多電纜的關聯和走向排查也十分困難。

針對該問題，我公司設計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耦合到電纜上，并通過波峰法對電纜輻射出的電磁信號進行檢測，通過與加載的信號進行比對，從而實現確定電纜走向和關聯關系的目的。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，對提高電網的供電可靠性具有一定的促進作用。

1 系統組成與工作原理

本電纜管線走向免停電排查裝置由信號發射機和信號接收機兩部分組成。信號發射機的作用是產生一定頻率的調制信號，并利用鉗在電纜外部的開口環形鉗將調制的信號加載到被檢測的電纜上。信號接收機的作用是對加載在電纜中的信號進行檢測和識別，并將信號接收機接收到的信號與信號發射機發射的調制信號進行對比，從而確定電纜管線的走向，并可對加載信號的電纜的關聯信息進行識別。電纜管線走向免停電排查裝置的原理圖如圖1所示。

圖1 系統原理圖

2 系統設計

2.1 信號發射機

信號發射機主要由信號調制模塊、信號耦合模塊、電源、CPU、輸入模塊、顯示模塊等部分組成。其中信號調制模塊可以根據現場情況不同，分別調制不同頻率的加載信號。考慮到工作現場獲取電源的便捷性，本裝置采用電池供電。發射機內置的阻抗測量電路能夠對環路阻抗進行實時測量，并根據阻抗值實時調整輸出信號的強度。信號發射機實物圖如圖2所示。

圖2 信號發射機實物圖

發射機工作原理采用耦合方式，將發出的電磁信號通過電纜本體傳導，產生感應電流和電磁波，接收端通過采集到的電磁波信號強弱來識別電纜的位置和走向。

針對電網系統中處于運行狀態的電纜，其感應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。信號回路示意圖如圖3所示。

圖3 信號回路示意圖

2.2 信號接收機

信號接收機主要由信號檢測模塊、電源模塊、CPU模塊、輸入模塊、顯示模塊及語音模塊組成。接收機采用波峰法探測信號。當接收機位于電纜正上方時，信號響應的強度最大，當接收機向電纜兩側移動時，信號響應的強度減小。依據此原理可以對電纜的走向和關聯情況進行定位和識別。信號接收機實物圖如圖4所示。

圖4 信號接收機實物圖

2.3 信號加載頻率選擇

由于對帶電運行的電纜的走向和關聯情況進行分析時，信號發射機無法與電纜直接連接，此時只能使用耦合夾鉗用耦合法進行信號加載。此種方法可以根據現場的實際情況來選擇發射頻率：低頻、中頻、高頻、射頻。當地下管線的近端和遠端都接地良好并形成回路時，可以使用低頻頻率；如果兩端接地不良，回路電阻過大，或者低頻信號耦合不上時，需要改用射頻來測試。由于射頻信號會感應到所有的相鄰管線上，所以使用射頻信號時最好避開地下管線集中的區域，射頻常被用于被測電纜單獨鋪設而沒有相鄰管線的地方。現場使用時需要盡量將施加信號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到接收需要探測的要求即可。盲目的增大輸出功率將會感應更多的信號到鄰近管線上，使目標電纜的識別更加困難，同時會浪費信號發射機的電量。

3 工程應用

為了對該電纜管線走向免停電排查裝置的效果進行檢驗，在某小區進行了現場測試。為了保證測試結果的準確性，本次測量中使用了主動信號工作模式。由于該小區內的電纜較多，為了避免信號耦合到相鄰電纜上，故使用了中頻信號進行測量。本次測試對裝置的電纜走向排查功能和電纜關聯情況檢測功能兩個功能進行了測試。測試中使用中頻信號在電纜12-4甲進行了信號加載，并在與之相鄰的電纜12-4乙、電纜13-4甲、電纜13-4乙電纜上進行信號強度的檢測，在接收端檢測到的信號強度如表1所示。

表1 信號接收機信號強度表

由表中數據可以看出，在加載了信號的電纜12-4甲上測出的信號強度明顯高于其它線路，經過信號強度對比可以確定加載信號的電纜為電纜12-4甲。另外，利用該設備檢測出的電纜走向與電纜12-4甲的實際走向基本相同，說明該裝置能夠對電纜走向進行免停電排查。

4 結語

該電纜管線走向免停電排查裝置的信號發射機使用環形鉗，利用耦合原理將調制后的信號耦合到被測電纜上。信號接收機采用波峰法對被測電纜輻射出的信號頻率和強度進行對比和識別，從而確定被測電纜的走向和關聯情況。該裝置可在帶電運行的電纜上使用，解決了傳統設備確定電纜走向及關聯信息時無法帶電檢測的問題，避免了對供電企業和電力用戶不必要停電造成的損失，對提高電網的供電可靠性和用戶滿意度具有一定的促進作用。