电缆管线走向免停电排查装置的研究

金亮

（国网上海市电力公司市北供电公司，上海 200072）

随着社会经济的发展，电力线缆的建设里程逐年递增，基于城市发展用地及改善城市面貌等多方面考虑，越来越多的线路由架空线路转变为电力电缆。电力电缆运行时大多被深埋在地下或布设在电缆沟内，由于历史原因，许多电缆的走向资料缺失，运行人员无法得知电缆的实际走向和关联关系，严重影响了电缆的运维抢修效率。

现阶段，在实际生产中最常见的确定电力电缆走向和关联关系的方法为拉电法。由于该种方法只能在停电的线路上使用，不仅造成了许多不必要的停电，而且由于线缆铺设环境的复杂性和设备老化等因素，即使进行停电检查，许多电缆的关联和走向排查也十分困难。

针对该问题，我公司设计并制作了一套电缆管线走向免停电排查装置。该装置利用耦合原理将特定频率的信号耦合到电缆上，并通过波峰法对电缆辐射出的电磁信号进行检测，通过与加载的信号进行比对，从而实现确定电缆走向和关联关系的目的。该装置能够在带电电缆上使用，避免了不必要停电造成的损失，对提高电网的供电可靠性具有一定的促进作用。

1 系统组成与工作原理

本电缆管线走向免停电排查装置由信号发射机和信号接收机两部分组成。信号发射机的作用是产生一定频率的调制信号，并利用钳在电缆外部的开口环形钳将调制的信号加载到被检测的电缆上。信号接收机的作用是对加载在电缆中的信号进行检测和识别，并将信号接收机接收到的信号与信号发射机发射的调制信号进行对比，从而确定电缆管线的走向，并可对加载信号的电缆的关联信息进行识别。电缆管线走向免停电排查装置的原理图如图1所示。

图1 系统原理图

2 系统设计

2.1 信号发射机

信号发射机主要由信号调制模块、信号耦合模块、电源、CPU、输入模块、显示模块等部分组成。其中信号调制模块可以根据现场情况不同，分别调制不同频率的加载信号。考虑到工作现场获取电源的便捷性，本装置采用电池供电。发射机内置的阻抗测量电路能够对环路阻抗进行实时测量，并根据阻抗值实时调整输出信号的强度。信号发射机实物图如图2所示。

图2 信号发射机实物图

发射机工作原理采用耦合方式，将发出的电磁信号通过电缆本体传导，产生感应电流和电磁波，接收端通过采集到的电磁波信号强弱来识别电缆的位置和走向。

针对电网系统中处于运行状态的电缆，其感应电流的通道由电缆铠装接地或者零线接地形成的回路组成。信号回路示意图如图3所示。

图3 信号回路示意图

2.2 信号接收机

信号接收机主要由信号检测模块、电源模块、CPU模块、输入模块、显示模块及语音模块组成。接收机采用波峰法探测信号。当接收机位于电缆正上方时，信号响应的强度最大，当接收机向电缆两侧移动时，信号响应的强度减小。依据此原理可以对电缆的走向和关联情况进行定位和识别。信号接收机实物图如图4所示。

图4 信号接收机实物图

2.3 信号加载频率选择

由于对带电运行的电缆的走向和关联情况进行分析时，信号发射机无法与电缆直接连接，此时只能使用耦合夹钳用耦合法进行信号加载。此种方法可以根据现场的实际情况来选择发射频率：低频、中频、高频、射频。当地下管线的近端和远端都接地良好并形成回路时，可以使用低频频率；如果两端接地不良，回路电阻过大，或者低频信号耦合不上时，需要改用射频来测试。由于射频信号会感应到所有的相邻管线上，所以使用射频信号时最好避开地下管线集中的区域，射频常被用于被测电缆单独铺设而没有相邻管线的地方。现场使用时需要尽量将施加信号的功率保持在能满足工作需要的最低水平，只要输出功率能够达到接收需要探测的要求即可。盲目的增大输出功率将会感应更多的信号到邻近管线上，使目标电缆的识别更加困难，同时会浪费信号发射机的电量。

3 工程应用

为了对该电缆管线走向免停电排查装置的效果进行检验，在某小区进行了现场测试。为了保证测试结果的准确性，本次测量中使用了主动信号工作模式。由于该小区内的电缆较多，为了避免信号耦合到相邻电缆上，故使用了中频信号进行测量。本次测试对装置的电缆走向排查功能和电缆关联情况检测功能两个功能进行了测试。测试中使用中频信号在电缆12-4甲进行了信号加载，并在与之相邻的电缆12-4乙、电缆13-4甲、电缆13-4乙电缆上进行信号强度的检测，在接收端检测到的信号强度如表1所示。

表1 信号接收机信号强度表

由表中数据可以看出，在加载了信号的电缆12-4甲上测出的信号强度明显高于其它线路，经过信号强度对比可以确定加载信号的电缆为电缆12-4甲。另外，利用该设备检测出的电缆走向与电缆12-4甲的实际走向基本相同，说明该装置能够对电缆走向进行免停电排查。

4 结语

该电缆管线走向免停电排查装置的信号发射机使用环形钳，利用耦合原理将调制后的信号耦合到被测电缆上。信号接收机采用波峰法对被测电缆辐射出的信号频率和强度进行对比和识别，从而确定被测电缆的走向和关联情况。该装置可在带电运行的电缆上使用，解决了传统设备确定电缆走向及关联信息时无法带电检测的问题，避免了对供电企业和电力用户不必要停电造成的损失，对提高电网的供电可靠性和用户满意度具有一定的促进作用。