張 成，趙 宇，張 誼，趙 洋，蔡松濤，劉 皓
（北京市電力公司,北京 100031）
摘 要： 闡述了使用電力電纜脈沖電流法對(duì)電纜進(jìn)行識(shí)別的原理，針對(duì)不同接線方式對(duì)脈沖電流信號(hào)方向及強(qiáng)度的影響進(jìn)行了分析，并設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)，對(duì)影響電力電纜脈沖電流識(shí)別法信號(hào)強(qiáng)度的因素進(jìn)行驗(yàn)證。進(jìn)一步就電纜識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)所常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了分析和總結(jié)，提出了相應(yīng)的解決方案。
關(guān)鍵詞： 電力電纜；電纜識(shí)別；脈沖信號(hào)；三芯電纜
0 引言
近年，北京城市基礎(chǔ)建設(shè)快速發(fā)展，道路、市政施工和改造中涉及到的電力電纜遷移、改造工程也日益增多。在進(jìn)行舊電纜切斷和撤除工作中，如何從一組電纜中識(shí)別出目標(biāo)電纜成為了電纜改造工程中非常重要的課題。
目前識(shí)別電纜常用的方法有工頻感應(yīng)識(shí)別法[1]、音頻信號(hào)識(shí)別法和脈沖電流識(shí)別法[2]等幾種。本文就應(yīng)用脈沖電流法進(jìn)行電纜識(shí)別的原理進(jìn)行分析，并就現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用所遇到的問(wèn)題展開(kāi)分析，提出了幾種避免誤判信號(hào)，提高識(shí)別可靠性的方法，提高多路電纜并行的溝道中識(shí)別電纜的準(zhǔn)確性。
1 設(shè)備情況及識(shí)別原理
1.1 設(shè)備情況
本文所用到的電纜識(shí)別設(shè)備由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)兩部分組成。發(fā)射機(jī)發(fā)出脈沖電流信號(hào)（0～100 A）,脈沖頻率30次/min，脈沖寬度72 ms，信號(hào)質(zhì)量燈顯示紅、黃、綠三種顏色。接收機(jī)采用對(duì)待識(shí)別電纜加耦合線圈的方式采集信號(hào)，信號(hào)增益為10檔，信號(hào)強(qiáng)度為10格信號(hào)強(qiáng)度燈，當(dāng)信號(hào)方向與接收機(jī)耦合線圈同向時(shí)信號(hào)強(qiáng)度燈為綠色，反向時(shí)為紅色。
1.2 識(shí)別原理
電纜識(shí)別發(fā)射機(jī)每?jī)擅氚l(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，脈沖電流0～100 A。接收機(jī)通過(guò)柔性耦合線圈接收電纜中有規(guī)律和方向傳播的電流脈沖信號(hào)，從而識(shí)別電纜。脈沖電流通過(guò)紅色引線由近端電纜線芯進(jìn)入，遠(yuǎn)端通過(guò)電纜線芯接地進(jìn)入大地，流經(jīng)遠(yuǎn)端的接地電阻和近端的接地電阻回到發(fā)射機(jī)黑色引線，形成回路，如圖1所示。
當(dāng)電纜兩端同時(shí)存在并列敷設(shè)的其他電纜線路時(shí)，如果發(fā)射機(jī)正極（紅色鉗）連接電纜線芯，繞柔性耦合線圈時(shí)必須是線圈箭頭指向電纜遠(yuǎn)端方向。這樣探測(cè)的脈沖方向?yàn)檎Ｆ溆嗟碾娎|上探測(cè)到一個(gè)脈沖方向?yàn)樨?fù)，幅值略小的返回電流。其原因是由于脈沖電流沿著其他金屬導(dǎo)體分流返回了。
當(dāng)目標(biāo)電纜屏蔽的兩端接地，電流從A端和B端之間的所有接地連接中分流返回這種情況下，假設(shè)兩端間有3條電纜敷設(shè)，在忽略接地電阻的情況下每路屏蔽和鎧裝返回的電流為33%。存在并列電纜時(shí)的脈沖電流方向如圖2所示。
當(dāng)目標(biāo)電纜屏蔽一端不接地，電流從A和B兩端的其余接地連接中分流返回，在忽略接地電阻的情況下每路屏蔽和鎧裝返回的電流為50%。如圖3所示。
2 電力電纜現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別的問(wèn)題
在某次北京地區(qū)35 kV三芯電纜識(shí)別中，出現(xiàn)對(duì)單芯電纜放脈沖信號(hào)，接收機(jī)接收信號(hào)極其微弱，不足以判斷待識(shí)別電纜，但并聯(lián)該電纜兩相線芯放信號(hào)接收機(jī)接收到的信號(hào)增強(qiáng)的情況，本文將就該問(wèn)題展開(kāi)分析。
2.1 現(xiàn)場(chǎng)接線情況
對(duì)該線路（簡(jiǎn)稱一路）從終端塔側(cè)放信號(hào)時(shí)，電纜識(shí)別儀紅色引線連接三芯電纜中的一相，黑色引線連接通過(guò)終端塔接地，銅屏蔽和鎧裝均通過(guò)終端塔接地，相當(dāng)于通過(guò)終端塔接地電阻接地。遠(yuǎn)端三相短路接變電站地，銅屏蔽和鎧裝接變電站地。接線如圖4所示。
現(xiàn)場(chǎng)有另外一條線路（簡(jiǎn)稱二路）與一路并列敷設(shè)，二路的鋼鎧和銅屏蔽也為一路電纜識(shí)別電流脈沖信號(hào)回路之一，所以對(duì)一路單芯放信號(hào)存在一路鋼鎧、銅屏蔽、二路鋼鎧、銅屏蔽和大地5條回路分流返回。電路如圖5所示。
其中：RL為電纜線芯電阻，R1為變電站接地電阻，R2為終端塔接地電阻，R3為一路銅屏蔽接地電阻，R4為一路鎧裝接地電阻，R5為二路銅屏蔽接地電阻，R6為二路鎧裝接地電阻。
2.2 現(xiàn)場(chǎng)情況分析
?。?）進(jìn)行電纜識(shí)別時(shí)，接收機(jī)能夠在近端單芯分叉處（無(wú)銅屏蔽、鎧裝）收到較強(qiáng)信號(hào)。說(shuō)明電流脈沖信號(hào)已經(jīng)發(fā)射出去，通過(guò)線芯電阻和圖5所示的返流路徑形成了完整的回路。
?。?）接收機(jī)在三芯電纜上幾乎收不到信號(hào)，結(jié)合（1）中的分析，初步判斷該電纜中存在較大的返流信號(hào)抵消了所發(fā)出的大部分脈沖電流。對(duì)單芯放信號(hào)，近端其余兩芯均與地?cái)嚅_(kāi)，可以排除通過(guò)其余兩芯返回電流的可能性，而鎧裝和銅屏蔽在近端、遠(yuǎn)端均接地，初步判斷其形成的待識(shí)別電纜的返流通道。
3 試驗(yàn)驗(yàn)證
3.1 回路阻值對(duì)電纜識(shí)別的影響
將可變電阻串入電纜識(shí)別儀回路，利用接收機(jī)進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)，接收機(jī)在開(kāi)機(jī)時(shí)可以設(shè)置1～10的信號(hào)增益，接收正向信號(hào)強(qiáng)度顯示范圍為1～10格綠燈，接收反向信號(hào)強(qiáng)度顯示范圍為1～10格紅燈。發(fā)射機(jī)信號(hào)質(zhì)量燈綠色閃爍信號(hào)強(qiáng)度優(yōu) (>30 A)，黃色閃爍信號(hào)強(qiáng)度良好 (30 A < I < 10 A)，紅色閃爍信號(hào)強(qiáng)度不合格 (<10 A)，紅色持續(xù)無(wú)輸出。接線圖如圖6所示。
試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
接收機(jī)增益越高對(duì)耦合的信號(hào)越敏感，但復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下也更容易受到其他信號(hào)的干擾。通過(guò)表1能夠看到，回路電阻達(dá)到2.3 Ω信號(hào)發(fā)生的質(zhì)量為黃燈閃爍，達(dá)到5.2 Ω后信號(hào)發(fā)生質(zhì)量為紅燈閃爍，回路電阻增加到323 Ω接收機(jī)仍能接收到判定信號(hào)，這已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常情況下現(xiàn)場(chǎng)電纜識(shí)別回路的接地電阻大小了。
3.2 回路分流對(duì)電纜識(shí)別的影響
對(duì)一盤220 m的10 kV三芯進(jìn)行電纜識(shí)別的試驗(yàn)。用一根帶有一定阻值的金屬導(dǎo)體模擬帶有接地電阻的大地回路，接線如圖7所示。
（1）對(duì)單芯放信號(hào)，遠(yuǎn)端將線芯與鎧裝、銅屏蔽短接，近端發(fā)射機(jī)黑色引線連接鎧裝、銅屏蔽。接收機(jī)增益調(diào)到4（以下測(cè)試增益均為4），測(cè)單芯分叉信號(hào)強(qiáng)度為9，測(cè)三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）信號(hào)強(qiáng)度為0，發(fā)出脈沖被由鎧裝銅屏蔽返回的電流脈沖所抵消。
（2）對(duì)單芯放信號(hào)，將遠(yuǎn)端線芯-模擬大地-發(fā)射機(jī)黑色引線接入回路，斷開(kāi)近端的鎧裝、銅屏蔽地線。形成從線芯到模擬大地的回路，測(cè)單芯信號(hào)強(qiáng)度為7，測(cè)三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）信號(hào)強(qiáng)度為7。
?。?）并聯(lián)兩芯放信號(hào)，將模擬大地回路接入電路，斷開(kāi)近端的鎧裝、銅屏蔽地線。測(cè)兩個(gè)單芯信號(hào)強(qiáng)度分別為4和3，兩芯總強(qiáng)度為7，三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）信號(hào)強(qiáng)度為7。
（4）并聯(lián)三芯放信號(hào)，將模擬大地回路接入電路，斷開(kāi)近端的鎧裝、銅屏蔽地線。分別測(cè)三個(gè)單芯信號(hào)強(qiáng)度均為3，三芯（不含鎧裝、銅屏蔽）總強(qiáng)度為7，三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）信號(hào)強(qiáng)度為7。
?。?）并聯(lián)三芯放信號(hào)，遠(yuǎn)端將線芯與鎧裝、銅屏蔽和模擬大地短接，近端發(fā)射機(jī)黑色引線連接鎧裝、銅屏蔽和模擬大地，發(fā)出電流脈沖信號(hào)存在模擬大地和銅屏蔽、鎧裝兩條返流線路。兩條返流電路的并聯(lián)電阻小于（4）中的返流電阻，三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）信號(hào)強(qiáng)度為5，低于（4）中的7，可見(jiàn)發(fā)出的脈沖電流部分被銅屏蔽、鎧裝的返流所抵消。
3.3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
利用某路35 kV三芯電纜停電的機(jī)會(huì)，對(duì)該段（長(zhǎng)度約2 550 m）進(jìn)行放信號(hào)電纜識(shí)別試驗(yàn)。對(duì)端三相線芯短路接地，近端和遠(yuǎn)端電纜鎧裝、銅屏蔽均接地，從近端發(fā)射脈沖電流信號(hào)，接收機(jī)增益設(shè)置為5。
（1）對(duì)單芯發(fā)射脈沖信號(hào)，發(fā)射機(jī)信號(hào)質(zhì)量燈等為黃色閃爍（根據(jù)本文3.1節(jié)中的結(jié)果可以知道此時(shí)回路電阻不超過(guò)5.2 Ω）。此時(shí)在單芯分叉電纜（無(wú)鎧裝、銅屏蔽）上接收機(jī)收到信號(hào)強(qiáng)度為7格，三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）上接收機(jī)收到信號(hào)強(qiáng)度為4格，直接拿接收機(jī)卡鎧裝、銅屏蔽與金屬架構(gòu)的接地線能夠收到反方向信號(hào)4格。在與該線路有相同起點(diǎn)和終點(diǎn)，并列運(yùn)行的另一電纜線路上能夠收到反方向2格信號(hào)。
?。?）對(duì)兩芯發(fā)射脈沖信號(hào)，發(fā)射機(jī)信號(hào)質(zhì)量燈為黃色閃爍，此時(shí)在并聯(lián)的單芯分叉電纜（無(wú)鎧裝、銅屏蔽）上接收機(jī)收到信號(hào)強(qiáng)度為8格，三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）上接收機(jī)收到信號(hào)強(qiáng)度為5格。
4 結(jié)論及工作建議
4.1 結(jié)論
?。?）長(zhǎng)距離三芯電纜的電纜識(shí)別工作，對(duì)單芯放信號(hào)與對(duì)并聯(lián)兩芯或三芯放信號(hào)接收強(qiáng)度上有微小差別，因?yàn)椴⒙?lián)電纜線芯阻抗小于單芯電纜接入回路時(shí)的阻抗，但在整個(gè)回路的阻抗值中，線芯阻抗所占比例較小。
?。?）與待識(shí)別電纜具有相同起點(diǎn)、終點(diǎn)，并列敷設(shè)的其他電纜鎧裝和銅屏蔽如果在兩端接地，均能成為電纜識(shí)別儀脈沖電流信號(hào)的返流通道之一。
?。?）當(dāng)待識(shí)別電纜自身的鎧裝、銅屏蔽成為電流脈沖信號(hào)返流回路中的一條時(shí)，返流信號(hào)將抵消由線芯傳播的部分電流脈沖，且與其他返流回路相比，自身的鎧裝、銅屏蔽電阻越小，返回的電流越大，用接收機(jī)越難在電纜上進(jìn)行識(shí)別。
（4）電纜識(shí)別儀在回路電阻大于323 Ω時(shí)才會(huì)出現(xiàn)無(wú)法接收信號(hào)的情況。一般終端塔的接地電阻不高于5 Ω，變電站的接地電阻不高于0.5 Ω，即使接地出現(xiàn)問(wèn)題，電阻升高也不會(huì)大幅度影響電纜識(shí)別儀發(fā)出信號(hào)強(qiáng)度。
基于以上的結(jié)論，筆者認(rèn)為電纜識(shí)別工作中出現(xiàn)的對(duì)單相放信號(hào)無(wú)法識(shí)別電纜，并聯(lián)兩相放信號(hào)能夠接收信號(hào)的情況，首先應(yīng)當(dāng)考慮是否存在大部分信號(hào)返流從待識(shí)別電纜自身鎧裝、銅屏蔽中流過(guò)的問(wèn)題，導(dǎo)致接收機(jī)能夠耦合出的信號(hào)較弱，最終影響電纜識(shí)別。
4.2 工作建議
?。?）在進(jìn)行電纜識(shí)別工作時(shí)，應(yīng)注意發(fā)射機(jī)的信號(hào)質(zhì)量燈顏色，如果信號(hào)質(zhì)量燈為紅色，說(shuō)明回路電阻較高，應(yīng)首先考慮接觸電阻問(wèn)題，認(rèn)真檢查接線、夾子是否虛接，打磨接地點(diǎn)后再進(jìn)行發(fā)射機(jī)接線，以減小接觸電阻對(duì)信號(hào)造成的影響。
?。?）在進(jìn)行電纜識(shí)別時(shí)，遇到接收機(jī)接收信號(hào)強(qiáng)度和穩(wěn)定性不佳的情況。可以嘗試將近端的待識(shí)別電纜鎧裝、銅屏蔽的接地線解開(kāi)，切斷電纜本體的返流通道，以避免金屬返流對(duì)接收強(qiáng)度產(chǎn)生的信號(hào)抵消影響。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文詳細(xì)地分析了電力電纜脈沖電流識(shí)別法的原理和不同接線方法，對(duì)電纜識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，并設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)對(duì)影響電力電纜脈沖電流識(shí)別法信號(hào)強(qiáng)度的因素進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步提出了遇到現(xiàn)場(chǎng)電纜識(shí)別問(wèn)題的解決方案，目的在于更準(zhǔn)確、迅速地判定待識(shí)別電纜，避免誤判的情況發(fā)生。
參考文獻(xiàn)
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