運(yùn)行電纜的路徑尋測(cè)及識(shí)別

西安鐵路局西安供電段 徐波

摘要：介紹了電磁法尋測(cè)電纜路徑及識(shí)別電纜的基本原理，及應(yīng)用了該技術(shù)的電纜綜合探測(cè)儀的系統(tǒng)組成。同時(shí)還闡述了這項(xiàng)技術(shù)成功應(yīng)用的幾大要素。

關(guān)鍵詞：帶電尋徑；運(yùn)行電纜的識(shí)別

電力電纜的大量使用在我國(guó)已經(jīng)有二三十年的歷史，前期使用運(yùn)行的電纜現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了路徑埋設(shè)無(wú)圖紙、無(wú)人知的狀況，因此，電纜被施工挖斷的發(fā)生率在近幾年呈明顯的上升趨勢(shì)，尋找一種快而行之有效的電力電纜路徑定位方法十分緊迫和必要。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)普遍采用的電纜尋徑定位方法為停電再加音頻信號(hào)的尋徑方法。而有許多運(yùn)行電纜是不能停電的，如何解決這一矛盾成為電力系統(tǒng)迫切需要解決的難題。歐美國(guó)家在電力電纜的尋徑定位上的研究比較早，20 世紀(jì)70 年代就發(fā)明了電磁耦合法及感應(yīng)法，并在電力電纜定位上得到了成功的應(yīng)用。我國(guó)在電纜尋徑定位方面的研究起步很晚，對(duì)于電力電纜路徑定位方法的研究這十內(nèi)才啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)十年的努力，國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域的技術(shù)完全達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，由于國(guó)內(nèi)研究人員更加關(guān)心國(guó)內(nèi)電纜運(yùn)行的現(xiàn)狀（電纜密集，工頻干擾嚴(yán)重），因此克服了國(guó)外技術(shù)的抗干擾能力差的缺點(diǎn)。

由于敷設(shè)在地下的電纜與周圍的土壤介質(zhì)在導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、密度或其他理化性質(zhì)上存在著差異，從而能被探測(cè)、識(shí)別和區(qū)分。目前應(yīng)用于電纜探測(cè)的方法大致有電磁法、直流電法、地震波法、放射性跟蹤法和地質(zhì)雷達(dá)等。其中電磁法由于探測(cè)精度高、操作簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)、適用范圍廣、成本低，效率高等特點(diǎn)而成為電纜探測(cè)工作中最常用、最有效的方法。

1、基本原理

由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生電磁波并通過(guò)不同的發(fā)射連接方式將信號(hào)傳送到地下被探測(cè)電纜上，地下電纜感應(yīng)到電磁波后，在電纜表面會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流就會(huì)沿著電纜向遠(yuǎn)處傳播，在電流的傳播過(guò)程中，又會(huì)通過(guò)該地下電纜向地面輻射出電磁波，這樣當(dāng)接收機(jī)在地面探測(cè)時(shí)，就會(huì)在電纜上方的地面上接收到電磁波信號(hào)，通過(guò)接收到的信號(hào)強(qiáng)弱變化來(lái)判別地下電纜的位置和走向。

2、儀器的組成

由電磁法尋測(cè)的儀器通常由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、發(fā)射鉗、接收鉗組成。

發(fā)射機(jī)：具有一定功率（通常大于等于3瓦），包含多組頻率的信號(hào)，其儀器內(nèi)具有發(fā)射天線以及內(nèi)置歐姆表可自動(dòng)測(cè)量環(huán)路電阻及連續(xù)的自動(dòng)輸出阻抗匹配，以保證輸出最佳的匹配信號(hào)。

接收機(jī)：具有接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)功能，同時(shí)具有50Hz探測(cè)功能，可以對(duì)運(yùn)行電纜發(fā)出的50Hz工頻信號(hào)進(jìn)行跟蹤。對(duì)接收到的信號(hào)需快速響應(yīng)，通過(guò)圖形及聲響形象地反映出來(lái)。

3、電纜尋徑

3.1 發(fā)射機(jī)的信號(hào)發(fā)送連接方式

有三種方法:直連法、耦合法、感應(yīng)法。

直連法—最佳方法

這是最佳的探測(cè)方法，發(fā)射機(jī)輸出線紅色端直接連接到電纜的裸露金屬部分（此時(shí)電纜為停電狀態(tài)），另一端接地。此種方法產(chǎn)生的信號(hào)最強(qiáng)，傳播距離最遠(yuǎn)、適用于儀器內(nèi)所有頻率的工作狀態(tài)。

耦合法—較佳方法

當(dāng)不能與待測(cè)電纜直接相連時(shí)，可以采用耦合夾鉗進(jìn)行耦合法探測(cè)。此種方法頻率選擇為儀器內(nèi)所有頻率，這時(shí)地下電纜的近端和遠(yuǎn)端都必須接地以形成回路。接線見(jiàn)圖。一般運(yùn)行電纜外鎧已接地或零線接地自然形成回路。耦合式連接的測(cè)試效果較直接式連接差,且耦合信號(hào)隨著距離增長(zhǎng)而減弱。其優(yōu)點(diǎn)是可對(duì)運(yùn)行電纜施加信號(hào),找出電纜路徑，保證了供電的可靠性。

感應(yīng)法—可行方法

測(cè)試運(yùn)行電纜時(shí)，操作者若不能使用耦合夾鉗，此時(shí)可使用發(fā)射機(jī)內(nèi)置的感應(yīng)天線來(lái)發(fā)射輸出信號(hào)，將信號(hào)感應(yīng)到被測(cè)電纜上來(lái)進(jìn)行定位探測(cè)。首先，將發(fā)射機(jī)放置于電纜上方，發(fā)射機(jī)放置方向應(yīng)使發(fā)射機(jī)面板上的指示線與電纜路徑方向相一致。然后使用接收機(jī)在電纜地面上方就能探測(cè)出地下電纜位置。

3.2 接收機(jī)的三種工作方式：分別為波峰法、波谷法、外接設(shè)備法。

波峰法：地下電纜探測(cè)儀接收機(jī)位于電纜正上方時(shí)信號(hào)指示最大、聲音也最大。波峰法是用水平線圈接收電磁場(chǎng)水平分量的強(qiáng)度。對(duì)無(wú)干擾的電纜進(jìn)行峰值檢測(cè)在電纜正上方時(shí)，當(dāng)接收機(jī)的正面與電纜走向垂直時(shí)磁場(chǎng)響應(yīng)強(qiáng)度最大，這不僅因?yàn)榫�圈離電纜最近，線圈所在的磁場(chǎng)強(qiáng)，還因?yàn)榇藭r(shí)磁場(chǎng)的磁力線通過(guò)接收線圈的磁通量最大。當(dāng)接收機(jī)向電纜兩側(cè)移動(dòng)探測(cè)時(shí)，兩側(cè)磁場(chǎng)響應(yīng)強(qiáng)度對(duì)稱且逐漸減小。這不僅因?yàn)榇藭r(shí)的線圈離電纜距離遠(yuǎn)，接收機(jī)線圈所接收的磁場(chǎng)變?nèi)酰�還因?yàn)榇藭r(shí)磁場(chǎng)磁力線的方向與線圈的平面不再垂直，通過(guò)線圈的磁通量變小，從而產(chǎn)生如山峰一樣的信號(hào)響應(yīng)。因而叫做“波峰法”。

波谷法：地下電纜探測(cè)儀接收機(jī)位于電纜正上方時(shí)信號(hào)指示最大、且接收機(jī)聲音指示無(wú)任何聲音指示。波谷法用垂直線圈測(cè)量電磁場(chǎng)的垂直分量，檢測(cè)目標(biāo)電纜上的磁場(chǎng)是無(wú)數(shù)個(gè)與電纜同心的圓型磁力線組成的，接收機(jī)在電纜正上方信號(hào)響應(yīng)最小，兩側(cè)各有一個(gè)高峰。這是由于這些磁力線在電纜正上方穿過(guò)接收機(jī)垂直接收線圈的垂直分量為零，此時(shí)通過(guò)接收機(jī)的垂直線圈的磁通量為零，信號(hào)響應(yīng)有一個(gè)最小值（零值或極小值）；當(dāng)接收機(jī)在電纜兩側(cè)移動(dòng)時(shí)，儀器的響應(yīng)會(huì)隨著接收機(jī)遠(yuǎn)離電纜而逐漸增大，這是因?yàn)�，此時(shí)的磁力線方向與接收機(jī)垂直線圈平面已形成一定的角度，通過(guò)接收機(jī)垂直線圈的磁通量逐漸變大。同時(shí)，隨著接收機(jī)線圈遠(yuǎn)離地下電纜，接收機(jī)探測(cè)到的磁場(chǎng)的強(qiáng)度逐漸變?nèi)�，�?dāng)這一因素成為影響通過(guò)線圈磁通量變化的主要因素時(shí)，儀器的響應(yīng)又會(huì)逐漸變小，從而產(chǎn)生如山谷一樣的信號(hào)響應(yīng)。因而叫做“波谷法”。

當(dāng)被測(cè)電纜不能停電時(shí)，只能采用耦合式連接進(jìn)行路徑測(cè)定。這種方法的特點(diǎn)是信號(hào)強(qiáng)，定位、定深精度高，尤其是運(yùn)行中的電纜，不需停電便可測(cè)試。

4、成功應(yīng)用的幾大要素

上述論述的是運(yùn)行電纜的尋徑及識(shí)別，在技術(shù)解決上存在三大要素。

難點(diǎn)一、在于電纜是帶電的，只能選擇耦合或感應(yīng)，這樣就決定耦合鉗的工藝與材料。

帶電電纜的識(shí)別及路徑尋測(cè)對(duì)耦合鉗的工藝與材料有著極高的要求，由于運(yùn)行電纜的零序電流或高次諧波會(huì)產(chǎn)生較大的干擾，影響探測(cè)工作的正常進(jìn)行，所以耦合法所發(fā)出的耦合頻率必須避開(kāi)50HZ及其諧波頻率，這就要求耦合頻率必須達(dá)到1KHZ 以上，這時(shí)對(duì)耦合鉗的磁性材料提出了較高的要求，該耦合鉗必須是特制的，而不能采用工頻頻段的磁性材料。

難點(diǎn)二、選擇頻率及工作方式，頻率決定信號(hào)傳播遠(yuǎn)近及感應(yīng)到其它電纜上的問(wèn)題。

工作頻率選擇的合適與否直接影響著探測(cè)效果的好壞。比如：選擇了較高的工作頻率，對(duì)有接頭的電纜有較好的探測(cè)效果，但是信號(hào)衰減快，抗干擾性差，易感應(yīng)到相鄰電纜上，難以區(qū)分相鄰電纜。相反，較低的頻率信號(hào)衰減慢，探測(cè)距離大，抗干擾性強(qiáng)，易區(qū)分相鄰電纜，但對(duì)有接頭的電纜探測(cè)效果較差。因此，要求電纜路徑儀應(yīng)具有3～4檔頻率，這樣就克服了以往儀器靈敏度差、抗干擾性差等弱點(diǎn)，提高了分辨能力。

難點(diǎn)三、抗干擾問(wèn)題，若在各種高壓干擾時(shí)儀器還能否正常測(cè)試？

由于此類儀器經(jīng)常應(yīng)用于高電壓、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下，對(duì)探測(cè)結(jié)果的影響非常大，這就要求這類儀器具有極好的濾波器，濾除強(qiáng)電磁干擾。此類優(yōu)秀的儀器必須采用DSP（大規(guī)模數(shù)字濾波技術(shù)）來(lái)滿足要求。數(shù)字濾波技術(shù)具有濾波頻帶窄、調(diào)節(jié)靈活等優(yōu)點(diǎn)，使其成為高壓干擾環(huán)境下所必備的部件。

解決上述三個(gè)難題成為此類測(cè)試儀器成功應(yīng)用的關(guān)鍵、也是電纜工作者選用此類儀器的判別依據(jù)。

5、結(jié)束語(yǔ)

搞好電纜的探測(cè)工作，對(duì)城市的建設(shè)和發(fā)展將起到不可忽視的作用，而且越來(lái)越受到人們的極大關(guān)注。使用何種儀器進(jìn)行電纜路徑探測(cè)將獲得不同的效果，本文簡(jiǎn)要介紹了運(yùn)行電纜的識(shí)別及帶電電纜路徑的尋測(cè)的主要技術(shù)手段及特點(diǎn)，并分析了各種功能在電纜探測(cè)中的優(yōu)缺點(diǎn)。總之，帶電電纜識(shí)別及帶電電纜路徑尋測(cè)的新技術(shù)、新功能將為電纜識(shí)別、路徑測(cè)尋起到積極的促進(jìn)作用。

6.參考文獻(xiàn)