电缆路径探测操作与原理解析

电缆路径探测操作与原理解析

一、原理介绍

1. 音频电流信号感应法

用音频信号发生器向电缆中注入一特定频率的音频电流信号，该电流信号在电缆周围就会产生音频磁场，通过传感器线圈接收这一特定频率的音频磁场，经磁声或磁电转换为人们容易识别的声音信号或其它可视信号，即可探测出电缆的路径。

用音频感应法探测电缆路径时，根据传感器感应线圈放置的方向不同，又分为音峰法与音谷法探测电缆路径的方法。

如图1所示，向电缆中注入音频电流信号后，在传感器感应线圈轴线垂直于地面时，电缆的正上方线圈中穿过的磁力线最少，线圈中感应电动势最小；线圈往电缆左右方向移动时，音频声音增强，当移动到某一距离时，响声最大，再往远处移动，响声又逐渐减弱。在电缆附近，磁场强度与其位置关系形成一马鞍形曲线，曲线谷点所对应的线圈位置就是电缆的正上方，这种方法就是音谷法。

图1 音谷法测量时的音响曲线

    如图2所示，而当感应线圈轴线平行于地面时（要垂直于电缆走向），在电缆的正上方线圈中穿过的磁力线最多，线圈中感应电动势也最大，线圈往电缆左右方向移动时，音频声音逐渐减弱，磁场最强的正下方就是电缆，这种方法就是音峰法。实际测量时，音峰法是最常用的测试方法。

图2 音峰法测量时的音响曲线

2.脉冲磁场方向法与脉冲磁场幅值法

    如图3所示，用直流高压信号发生器向电缆中施加高压脉冲信号，故障点击穿放电时的放电电流是一暂态脉冲电流，如同音频电流一样，该脉冲电流会在电缆周围产生脉冲磁场磁场，用感应线圈接收这个磁场，即可找到电缆的路径。

图3 高压击穿方式接线示意图

（1）脉冲磁场方向法

如图4所示，把感应线圈以其轴心垂直于大地的方向分别放置于电缆的左右两侧，在左侧磁力线是从上方进入并穿过线圈的，在右侧磁力线则是从下面进入并穿过线圈中的。如果在左侧感应线圈感应到的电动势是正电动势，在右侧感应到的必是负电动势。可用波形把感应线圈感应到的电动势表示出来，如图4a所示，左侧为正电动势，波形初始方向朝上，称为正磁场。如图4b所示，右侧为负电动势，波形初始波形朝下，称为负磁场。电缆的左右两侧磁场的方向是不同的，在磁场方向交替的正下方就是电缆，利用这个特点可以找到电缆的位置，多点连线就是电缆的路径。

（2）脉冲磁场幅值法

如图5所示，同音频电流信号感应法一样，如果把感应线圈平行于地面（垂直于电缆），在电缆的正上方线圈中穿过的磁力线最多，线圈中感应电动势也最大，往电缆的两侧会越来越小，用指针式电压表或其他方式显示感应电动势的大小，电动势最大的下方就是电缆，利用这种方法可以查找电缆的路径。

注意：实际测试时，用脉冲磁场的方向法与幅值法探测路径，一般是和故障的精确定位一起进行的，主要目的是使故障精确定位的人员不偏离电缆路径，而市场上的路径仪一般都是选用音频电流信号感应法进行路径探测的。

二、 使用仪器及其附件

图6 T5000-3发射机与接收机

使用仪器：T5000-3彩屏智能管线仪

信号输出部分：发射机，直连线，耦合夹钳，LCC模块

直连线：直连法信号输出线，停电电缆路径查找时使用

耦合夹钳：夹钳法信号输出线，带电电缆路径查找时使用

LCC模块：可将480V及以下的交流电压隔离，配合发射机可进行电缆带电直连法接线，查找带电的低压电缆路径及输电电缆路径。

图7 发射机附件

接收信号部分：接收机，听诊器，A字架

图8 接收机附件

听诊器：与接收机配合使用，可进行电缆带电识别，从多条电缆中找出目标电缆；

A字架：与接收机配合使用，可以精确定位直埋电缆故障点，使用方法为跨步电压法。

三、发射机接线方法

1. 直连法

适用于停电电缆路径查找，电流大，信号强。将发射信号通过直连线注入一相线芯，并将电缆末端测试相线芯人为接地，一相线芯与大地构成测试回路，如下图9所示。

图9 直连法接线示意图

 Tips：

1.不可相间发射信号（末端两相短接），不可相间构成测试回路，因为此时电流信号方向相反，磁场信号抵消，接收机实质上就是接收的回路磁场信号，将接收不到信号；

2.需将电缆两侧铠装接地拆除，否则发射的电流信号会从铠装回传，同样抵消磁场信号；

3.总之，测试回路需是单向唯一的回路。

若电缆回路连接错误，如接地不良，相序错误等，发射机无输出电流或输出电流较低，同时“指示方格”空白，如下图10所示，若回路连接正确，则发射机输出电流可达25mA，同时“指示方格”变黑，如下图11所示。

图10  回路连接错误发射机显示

图11 回路连接正确发射机显示

2. 夹钳法

适用于停、带电电缆路径查找，电流小，信号弱。将发射电压信号通过耦合夹钳感应电压至高压电缆铠装或低压电缆零线，如下图12所示，因电缆两端铠装或零线均已接地，自然会有稳定电流信号。

图12 夹钳法接线示意图

Tips：

1. 直连法与夹钳法的相同点是均需要单向稳定的电流回路产生磁场信号，不同点是直连法是通过直连线发射信号在电缆线芯，夹钳法是通过夹钳耦合发射信号在电缆铠装或零线；

2. 夹钳法施加信号相对较弱，对于停电电缆推荐优先使用直连法；

3. 对于高压单芯带电电缆，也可在铝护套中使用直连法查找路径，夹钳法与直连法的使用需要结合铝护套的接地方式进行合理选择。

3.1 380V电缆测试方法

380V停电电缆：

①导体直连法，如上图9所示，选择一相线芯作为测试相，末端对应相线芯接地，并拆除两端零线接地，火线与地形成单相唯一回路；

  ②零线直连法，在电缆一端拆除零线接地，另一端保持零线接地，直连输出线接至悬空的零线，零线与地形成单相唯一回路，如下图13所示；

图13 零线直连法接线

③夹钳法，如上图12所示，输出夹钳直接卡在电缆本体或电缆零线上，信号回路在零线与地之间形成，注意：此时电缆两端零线应接地。

380V带电电缆：

①夹钳法，接线同上；

②LCC，带电直连，在用户侧发射机通过LCC模块将信号直接输出在带电火线上，对于380供电低压供电系统，台区变压器中性点直接接地，此时带电火线与地同样形成回路，注意：该方法只能在用户侧接线使用，查找来自电源侧的电缆路径，现场案例参考上篇公众号发表文章；

3.2 10kV电缆测试方法

10kV停电电缆：

①导体直连法，如上图9所示，选择一相线芯作为测试相，末端对应相线芯接地，并拆除两端铠装接地，导体与地形成单相唯一回路；

②铠装直连法，在电缆一端拆除铠装接地，另一端保持铠装接地，直连输出线接至悬空的铠装引出线，铠装与地形成单相唯一回路，如下图14所示；

图14 铠装直连法接线

③夹钳法，如上图12,所示，输出夹钳直接卡在电缆本体或电缆铠装接地线上，信号回路在铠装与地之间形成，夹钳连接示范如下图15所示。

图15 夹钳接线示范

10kV带电电缆：

夹钳法，同上。

3.3 110kV电缆测试方法

110kV停电电缆：

①导体直连法，同上；

②铝护套直连法，需参考铝护套的接地方式，铝护套单端接地的电缆段，直接在保护接地箱处对铝护套同轴电缆导体直连信号；铝护套交叉互联的电缆段，在任一交叉互联箱位置对铝护套同轴电缆导体或屏蔽直连信号。

110kV带电电缆：

①铝护套直连法，对于铝护套单端接地的电缆段，打开不接地端的保护接地箱或交叉互联箱，首先使用万用表测量该处铝护套的感应电压，若感应电压小于25V（T5000-3保险丝熔断电压），则可以对铝护套直接使用直连法，如下图16所示；

图16 保护接地箱处直连法接线

图17 交叉互联箱处直连法接线

②铝护套带电直连法，若不接地端的铝护套感应电压超过25V，则需使用LCC模块进线电压屏蔽，使用带电直连法进行测试；

③夹钳法，因交叉互联大段的铝护套两端直接接地，虽然经过了电缆换位，但整体的铝护套仍然与地构成了回路，所以夹钳法仅适用于铝护套交叉互联的110kV电缆段路径查找，直接将夹钳卡在电缆本体或任一接地箱处的同轴电缆上即可，如下图18所示。

图18 交叉互联段夹钳法接线

Tips：

1. 带电查找110kV电缆的路径时最好根据铝护套进行分段查找，从不接地端施加信号，查找到达接地端的电缆路径；

2. 对于铝护套一端直接接地一端不接地的电缆段，夹钳法信号较弱，此时需增大发射机输出功率，调大输出频率进行测试，建议在不接地端开箱使用直连法或带电直连法进行查找；

3. 因110kV单芯电缆会在铝护套上产生感应电压，所以若将夹钳直接卡在电缆本体上，夹钳内也会产生感应电压，此时若夹钳钳口完全闭合，夹钳线圈上就会形成环流，发热烧毁夹钳，即闭合钳口需垫张纸片，如下图19所示。

图19  夹钳法本体使用时钳口处理

四、接收机干扰信号来源与判断

    接收机接收的是音频磁场信号，由音频电流信号产生，电流信号所在的回路是由电缆导体或屏蔽与地形成，即回路电流信号必然经过大地，一般电缆终端位置所在配电室、环网柜、变电站等有多条电缆出线或进线，其他带电电缆也存在铠装或零线接地，再加上路径仪发射机输出的是高频脉冲信号，信号传输能力较强，必然会通过共同的系统大地传输到其他电缆上，甚至是其他接地金属管线，因此路径查找的一大难点就是在近端测试点位置如何排除干扰信号，找到目标电缆，此时应根据接收信号的不同指示进行判断，总结方法如下。

信号大小与稳定性；一般目标电缆上方接收信号数值较大且比较稳定，干扰管线接收信号数值较小，且箭头指示飘忽不定，如下图20、21所示；

图20 目标电缆上方信号展示

图21 干扰电缆上方信号展示

2. 接收电流与深度；在测试管线上方按下接收机“i”键可查看该管线接收电流大小与埋深，一般目标管线上方接收电流数值较大，埋深合理（近端位置），干扰管线上方接收电流较小，埋深不合理（近端位置），如下图22，23所示

图22 近端目标电缆接收电流与埋深显示

图23 近端干扰电缆接收电流与埋深显示

3. SIS方向信号；T5000-3含有一个特殊专利技术，即发射与接收的众多频率中，含有带方向信号的频率，即SIS频率，使用该频率信号时，回路中电流就含有方向性，目标电缆向前，通过大地传输到干扰管线后，方向可能会发生变化，如上图20、21所示，目标电缆上接收机左上角有“+”，箭头指向前方，干扰管线上接收机显示“—”，箭头指向后方；

4. 信号衰减规律；接收机接收的音频磁场信号，是由整个回路电流产生，因此，只要电缆深度变化不大，整条电缆线路上方接收信号大小不会发生太大变化，接收电流大小也是如此；当一条电缆上方有信号时，可尝试向前行走一段距离，观察信号与电流大小与近端显示对比，若衰减较快，则该管线信号为干扰信号。