張 成,趙 宇,,張 誼,,趙 洋,蔡松濤,,劉 皓
?。ū本┦须娏?北京 100031)
摘 要: 闡述了使用電力電纜脈沖電流法對電纜進(jìn)行識別的原理,針對不同接線方式對脈沖電流信號方向及強(qiáng)度的影響進(jìn)行了分析,,并設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn),,對影響電力電纜脈沖電流識別法信號強(qiáng)度的因素進(jìn)行驗(yàn)證。進(jìn)一步就電纜識別現(xiàn)場所常見的問題進(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;電纜識別,;脈沖信號,;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,。
目前識別電纜常用的方法有工頻感應(yīng)識別法[1],、音頻信號識別法和脈沖電流識別法[2]等幾種。本文就應(yīng)用脈沖電流法進(jìn)行電纜識別的原理進(jìn)行分析,,并就現(xiàn)場應(yīng)用所遇到的問題展開分析,,提出了幾種避免誤判信號,提高識別可靠性的方法,,提高多路電纜并行的溝道中識別電纜的準(zhǔn)確性。
1 設(shè)備情況及識別原理
1.1 設(shè)備情況
本文所用到的電纜識別設(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(0~100 A),脈沖頻率30次/min,,脈沖寬度72 ms,信號質(zhì)量燈顯示紅,、黃,、綠三種顏色。接收機(jī)采用對待識別電纜加耦合線圈的方式采集信號,,信號增益為10檔,,信號強(qiáng)度為10格信號強(qiáng)度燈,當(dāng)信號方向與接收機(jī)耦合線圈同向時(shí)信號強(qiáng)度燈為綠色,,反向時(shí)為紅色,。
1.2 識別原理
電纜識別發(fā)射機(jī)每兩秒發(fā)出一個(gè)脈沖信號,脈沖電流0~100 A,。接收機(jī)通過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,,從而識別電纜。脈沖電流通過紅色引線由近端電纜線芯進(jìn)入,,遠(yuǎn)端通過電纜線芯接地進(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,。這樣探測的脈沖方向?yàn)檎F溆嗟碾娎|上探測到一個(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)場識別的問題
在某次北京地區(qū)35 kV三芯電纜識別中,,出現(xiàn)對單芯電纜放脈沖信號,,接收機(jī)接收信號極其微弱,,不足以判斷待識別電纜,但并聯(lián)該電纜兩相線芯放信號接收機(jī)接收到的信號增強(qiáng)的情況,,本文將就該問題展開分析,。
2.1 現(xiàn)場接線情況
對該線路(簡稱一路)從終端塔側(cè)放信號時(shí),電纜識別儀紅色引線連接三芯電纜中的一相,,黑色引線連接通過終端塔接地,,銅屏蔽和鎧裝均通過終端塔接地,相當(dāng)于通過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)場有另外一條線路(簡稱二路)與一路并列敷設(shè),,二路的鋼鎧和銅屏蔽也為一路電纜識別電流脈沖信號回路之一,所以對一路單芯放信號存在一路鋼鎧,、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)場情況分析
?。?)進(jìn)行電纜識別時(shí),,接收機(jī)能夠在近端單芯分叉處(無銅屏蔽、鎧裝)收到較強(qiáng)信號,。說明電流脈沖信號已經(jīng)發(fā)射出去,,通過線芯電阻和圖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,,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抵消了所發(fā)出的大部分脈沖電流,。對單芯放信號,,近端其余兩芯均與地?cái)嚅_,可以排除通過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別電纜的返流通道。
3 試驗(yàn)驗(yàn)證
3.1 回路阻值對電纜識別的影響
將可變電阻串入電纜識別儀回路,,利用接收機(jī)進(jìn)行信號強(qiáng)度的檢測,,接收機(jī)在開機(jī)時(shí)可以設(shè)置1~10的信號增益,,接收正向信號強(qiáng)度顯示范圍為1~10格綠燈,,接收反向信號強(qiáng)度顯示范圍為1~10格紅燈。發(fā)射機(jī)信號質(zhì)量燈綠色閃爍信號強(qiáng)度優(yōu) (>30 A),,黃色閃爍信號強(qiáng)度良好 (30 A < I < 10 A),,紅色閃爍信號強(qiáng)度不合格 (<10 A),紅色持續(xù)無輸出,。接線圖如圖6所示,。
試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
接收機(jī)增益越高對耦合的信號越敏感,,但復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境下也更容易受到其他信號的干擾,。通過表1能夠看到,回路電阻達(dá)到2.3 Ω信號發(fā)生的質(zhì)量為黃燈閃爍,,達(dá)到5.2 Ω后信號發(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,這已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常情況下現(xiàn)場電纜識別回路的接地電阻大小了,。
3.2 回路分流對電纜識別的影響
對一盤220 m的10 kV三芯進(jìn)行電纜識別的試驗(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,。
?。?)對單芯放信號,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(以下測試增益均為4),,測單芯分叉信號強(qiáng)度為9,測三芯電纜(含鎧裝,、銅屏蔽)信號強(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。
?。?)對單芯放信號,,將遠(yuǎn)端線芯-模擬大地-發(fā)射機(jī)黑色引線接入回路,斷開近端的鎧裝,、銅屏蔽地線,。形成從線芯到模擬大地的回路,,測單芯信號強(qiáng)度為7,測三芯電纜(含鎧裝,、銅屏蔽)信號強(qiáng)度為7,。
(3)并聯(lián)兩芯放信號,,將模擬大地回路接入電路,,斷開近端的鎧裝、銅屏蔽地線,。測兩個(gè)單芯信號強(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)信號強(qiáng)度為7,。
(4)并聯(lián)三芯放信號,,將模擬大地回路接入電路,,斷開近端的鎧裝、銅屏蔽地線,。分別測三個(gè)單芯信號強(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)信號強(qiáng)度為7。
?。?)并聯(lián)三芯放信號,,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)信號強(qiáng)度為5,,低于(4)中的7,可見發(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)場試驗(yàn)
利用某路35 kV三芯電纜停電的機(jī)會,對該段(長度約2 550 m)進(jìn)行放信號電纜識別試驗(yàn),。對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,,接收機(jī)增益設(shè)置為5,。
(1)對單芯發(fā)射脈沖信號,,發(fā)射機(jī)信號質(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5.2 Ω),。此時(shí)在單芯分叉電纜(無鎧裝、銅屏蔽)上接收機(jī)收到信號強(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,。
(2)對兩芯發(fā)射脈沖信號,,發(fā)射機(jī)信號質(zhì)量燈為黃色閃爍,,此時(shí)在并聯(lián)的單芯分叉電纜(無鎧裝、銅屏蔽)上接收機(jī)收到信號強(qiáng)度為8格,,三芯電纜(含鎧裝,、銅屏蔽)上接收機(jī)收到信號強(qiáng)度為5格。
4 結(jié)論及工作建議
4.1 結(jié)論
?。?)長距離三芯電纜的電纜識別工作,,對單芯放信號與對并聯(lián)兩芯或三芯放信號接收強(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,,均能成為電纜識別儀脈沖電流信號的返流通道之一,。
(3)當(dāng)待識別電纜自身的鎧裝,、銅屏蔽成為電流脈沖信號返流回路中的一條時(shí),,返流信號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)行識別,。
?。?)電纜識別儀在回路電阻大于323 Ω時(shí)才會出現(xiàn)無法接收信號的情況。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)問題,電阻升高也不會大幅度影響電纜識別儀發(fā)出信號強(qiáng)度,。
基于以上的結(jié)論,,筆者認(rèn)為電纜識別工作中出現(xiàn)的對單相放信號無法識別電纜,并聯(lián)兩相放信號能夠接收信號的情況,,首先應(yīng)當(dāng)考慮是否存在大部分信號返流從待識別電纜自身鎧裝,、銅屏蔽中流過的問題,導(dǎo)致接收機(jī)能夠耦合出的信號較弱,,最終影響電纜識別,。
4.2 工作建議
(1)在進(jìn)行電纜識別工作時(shí),,應(yīng)注意發(fā)射機(jī)的信號質(zhì)量燈顏色,,如果信號質(zhì)量燈為紅色,說明回路電阻較高,,應(yīng)首先考慮接觸電阻問題,,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,,以減小接觸電阻對信號造成的影響。
?。?)在進(jìn)行電纜識別時(shí),,遇到接收機(jī)接收信號強(qiáng)度和穩(wěn)定性不佳的情況??梢試L試將近端的待識別電纜鎧裝,、銅屏蔽的接地線解開,切斷電纜本體的返流通道,,以避免金屬返流對接收強(qiáng)度產(chǎn)生的信號抵消影響,。
5 結(jié)束語
本文詳細(xì)地分析了電力電纜脈沖電流識別法的原理和不同接線方法,對電纜識別現(xiàn)場常見的問題進(jìn)行了原因分析,,并設(shè)計(jì)了一系列試驗(yàn)對影響電力電纜脈沖電流識別法信號強(qiáng)度的因素進(jìn)行驗(yàn)證,,進(jìn)一步提出了遇到現(xiàn)場電纜識別問題的解決方案,目的在于更準(zhǔn)確、迅速地判定待識別電纜,,避免誤判的情況發(fā)生,。
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