一种隐蔽电源线路探测仪的研制

徐勤超，李铁夫，李业锋，方保垒，张 旭

（国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东 枣庄 277000）

一种隐蔽电源线路探测仪的研制

徐勤超，李铁夫，李业锋，方保垒，张 旭

（国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东 枣庄 277000）

针对隐蔽电源线路发生故障时难以查找的问题，研制一种隐蔽电源线路探测仪，将线路带电时固有的电磁场信号处理放大后输出音频，用以判断带电线路的位置或故障点。对探测仪的各个组成部分进行电路设计，并详细介绍了该探测仪进行电源线路路径定位、查找线路断线、接地、短路故障的使用方法。样机试验表明，使用该探测仪可明显提高隐蔽电源线路故障的查找效率。

隐蔽电源线路；探测仪；故障查找

0 引言

办公区域、民用住宅、厂矿企业等低压供电场所一般都采用隐蔽式墙壁内布置线路设计，隐蔽式布线虽然美观，但线路位置及走向难以观测，对室内施工、改造、打孔和装修等工作带来不便和隐患。当线路发生断线、接地、短路等故障时难以查找故障点［1-4］，通常需要将电线封盒逐个拆开，或将电线从专用管道中抽出，或破坏墙壁对线路走向进行排查，工作量大、耗时长、效率低。

研制一种隐蔽电源线路探测仪，利用线路带电时固有的工频电磁场信号，经处理放大后转换为音频输出，根据音频输出判断线路走向，查找故障点位置。

1 电源线路探测仪的设计

1.1 电源线路探测仪的工作原理

图1 探测仪技术原理

电源线路带电时，周围空间会产生与其工作频率相同的微电场信号，电源线路探测仪可以利用墙壁内电源线路自身的电磁场辐射特性，借助天线感应接收相应频率的微电场信号，经调谐选频、放大、滤波等信号转换环节，将信号传输给电平显示及音频放大电路，从而根据信号源位置及信号源磁场的变化，判断电源线位置及故障点位置，实现故障定位功能，技术原理如图1所示。

1.2 信号探测器电路设计

探测仪的信号探测器探头分为强电场信号探头和弱电场信号探头，信号探头与调谐选频电路相连，将检测到的电磁波转换为相应频率的微弱电流信号，然后传送给信号放大电路。信号探测器电路如图2所示。

图2 信号探测器电路

图2中，强电场信号探头B为电感螺旋天线，适用于周围无强电磁干扰的环境场合，采用螺旋电感敞开式无滤波接收信号。A为弱电场信号探头，由外置的环形雷达内磁性天线CZ2、LCL滤波电路、二极管D2和D3等组成，在外部有强干扰磁场时使用，提高抗干扰能力。

LCL滤波电路由电感L1、L2和电容C13组成，其谐振频率为［5］

可知，滤波电容C13的大小选取为

B为强电场信号探头，由电感螺旋天线和二极管D1组成，适用于周围无强电磁干扰的环境场合，无滤波电路直接接收信号。

1.3 信号放大与处理电路设计

信号放大与处理电路包括调谐选频电路和接收放大电路，作用是对探测器测得的信号进行放大、滤波处理，原理如图3所示。

调谐选频电路由可调电感DZL、可调电阻W1及可调电容器C4、三极管BG1等元件组成，设计可调频率范围为40～60Hz，从而只通过设定频率的信号，滤除其他频次的谐波干扰。

图3 信号放大与处理电路

接收放大电路由三极管BG2及附属元件组成，对接收的信号起到放大作用。

1.4 收信电平显示及音频放大电路设计

收信电平显示及音频放大的电路原理如图4所示。收信电平显示电路由分离式元件及DS-dB数字峰值检波电平集成电路模块或电磁式OVU电平指示器组成，可以直观显示所测电场信号的强弱，在环境噪音较大情况下，有助于有效的判断线路故障位置。

图4 收信电平显示及音频放大电路

音频放大电路由运算放大器LM386、功放LD等组成。LM386引脚1和引脚8的串接电容C8选择为10μF，此时LM386的增益倍数为200倍。通过调节可调电阻W2的阻值，可以调节音频放大电路的输入值，同时可以调节输出音频的声音大小。通过扬声器声音大小，就可以判断所检测电场信号的强弱、检测点离带电线路的远近和距离，也可根据声音的变化特征来判断有无故障和故障点位置。

1.5 整体电路设计

将信号探测器电路、信号放大与处理电路、收信电平显示及音频放大电路按照图1技术原理框图进行整合，并配合设计可充电锂电池供电电源电路，探测仪的整体电路工作原理图，如图5所示。

图5 电路工作原理

2 电源线路探测仪的使用方法

使用该探测仪进行线路故障查找或定位前，选择使用强电场信号探头或弱电场信号探头，检查探测仪电源指示正常，并在已知正常的电源附近测试收信电平显示、音频放大装置输出功能均正确，方可使用。

2.1 线路敷设路径定位

若需确定墙内隐蔽线路的确切位置，或绘制墙壁内电源线路布线图，则使用该探测仪从插座等电源点附近直接沿着线路走向查找，查找面积覆盖线路走向两侧各100mm左右范围。探头扫过正常带电线路时探测仪的扬声器会发出相应频率的声响信号，探头扫向线路两侧约200mm以外无音频输出，或声音逐渐变小。若所探测位置无音频或电平显示输出，则该位置可进行打孔、施工等工作。

2.2 线路断线故障查找

线路断线故障的特征是电源端（空开下口）火线和零线之间有正常电压，而负荷端（插座、灯座）的火线和零线之间无电压或电压异常，空开可正常送电不会跳闸。

使用墙壁内电源线路探测仪查找断线故障的步骤。

1）确定断线的支路，并将查找区域内的其他电源全部断开，只保留断线支路的空开合闸，防止其他电源线路带电造成误判。

2）确定火线断线还是零线断线。用试电笔或万用表在负荷端测量，若两根电线均无电，则为火线断线，若一根线有电一根线无电，则为零线断线。

3）对于火线断线，可直接用探测仪从电源空开开始沿线路走向进行排查，线路正常处应有正常电平或音频输出，若检测到音频输出会发生中断或微弱，可判定断线故障点位于音频中断附近。

4）对于零线断线，可在电源开关处将线路零线转接至火线接口上，原火线空置不接，合上电源开关按照火线断线查找方法即可查找零线故障，故障处理完毕后，需恢复原火线和零线的接线。

2.3 线路接地故障查找

线路接地故障的特征是漏电保护器（以下简称“漏保”）跳闸。

查找接地故障的步骤。

1）确认漏保开关正常。发生漏保跳闸故障后，应首先断开漏电保护器之后所有支路开关，然后试送漏保，以确认是漏保故障还是支路接地故障。若所有支路断开漏保仍无法合闸，则可能是漏电保护器故障，需进行更换。若漏保试送成功，则漏保正常，须继续以下步骤定位故障点。

2）确认接地支路。逐个试送支路开关，找出导致漏保跳闸的支路，即为发生接地故障的支路。然后将该支路上所有用电负荷全部断开，若试送电仍然跳闸，则确定为该支路线路接地，否则为用电负荷接地。

3）接地支路送电。将接地支路跨过漏电保护器，直接接在电源进线上，对接地支路送电。然后将查找区域内的其他电源全部断开，只保留接地支路合闸，防止其他电源线路带电造成误判。

4）接地故障查找。用探测仪从电源空开处开始沿线路走向排查带电范围，若扬声器音频输出发生扩散，即查至某处时扫向线路两侧大于250mm范围仍有音频输出并呈圆形辐射扩散现象，而沿线路布线正方向音频输出正常，可判定为附近处发生电源线路与墙壁有其他金属物或有接地漏电现象。

5）当线路发生轻微接地故障时，漏保可能不定时跳闸，无法确定接地支路时，也可用探测仪直接沿线路查找，当发现线路两侧大于250mm范围仍有音频输出并呈圆形辐射扩散现象，而沿线路布线正方向音频输出正常时，可判定附近为接地点。

2.4 线路短路故障查找

线路短路故障的特征为，漏电保护器不会跳闸，支路开关合不上，且合支路开关时伴随有电压短路弧光或声音。

查找短路故障的步骤。

1）确定支路开关良好。拆除短路支路开关的下口线，然后试送电，若支路开关送电正常，则说明开关正常，短路点在线路上。

2）确定短路支路的路径。将该支路的负荷全部断开，若开关仍无法合闸，则确定短路故障在电源线路上，否则短路点在用电负荷上。因短路的支路开关无法合闸，可在零线上串接灯泡等临时负载［6］，这样短路电流变为负载电流，支路开关不会跳闸，原理如图6所示。

3）断开查找区域内的其他电源，只保留短路支路合闸，防止其他电源线路带电造成误判，只要该支路短路故障存在，临时负载灯泡应能点亮。

4）确定短路线路的敷设路径。用探测仪从支路电源开关开始，逐步探测并确定该支路的线路敷设路径，并绘制路径图。

图6 线路短路故障查找示意

3 样机制作

根据上述设计方案及原理，制作样机，并进行试验和调试，逐步实现所设计各种功能，其主要技术参数如表1所示。

表1 电源线路探测仪主要技术参数

该探测仪的样机如图7所示。

图7 便携式墙壁内电源线路探测仪样机

使用该样机进行模拟试验，试验结果表明使用该探测仪能准确进行隐蔽电源线路路径定位，并显著提高电源线路断线、接地、短路故障的查找效率，缩短故障查找时间。

4 结语

所研制隐蔽电源线路探测仪利用线路带电时固有的电磁场信号，根据输出的电平指示或音频信号判断线路走向或故障点，避免直接接触带电线路，使用安全可靠。样机试制表明，探测仪具有体积小、造价低、便于携带、简单实用等优点，能够有效提高线路定位和故障排除效率，具有较高的推广应用价值。

业管理，2009（23）：82.

［2］石百超.0.4 kV低压线路接地故障查找分析［J］.科学中国人，2016（30）：46.

［3］敬林，敬健鸿.快速查找低压线路漏电故障［J］.农村电工，2008，16（7）：35.

［4］刘艳红，高法贞.快速查找低压线路漏电故障点［J］.中国电力企业管理，2009（23）：82.

［5］胡金高，郑大星.有源电力滤波器的LCL滤波器分析与设计［J］.电源技术，2014，38（2）：349-351，366.

［6］祝成虎.一种短路故障快速排除方法［J］.电气时代，2000（6）：30.

徐勤超（1986），工程师，从事继电保护专业工作。

［1］刘艳红，高法贞.快速查找低压线路漏电故障点［J］.中国电力企

Development of the Detector for Unexposed Power Circuits

XU Qinchao，LITiefu，LIYefeng，FANG 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