吳春喜，盧恩貴

(1.開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司呂家坨分公司，河北 唐山　063106；2.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山　063000)

電力電纜的快速識別方法初探

吳春喜1，盧恩貴2

(1.開灤(集團(tuán))有限責(zé)任公司呂家坨分公司，河北 唐山063106；2.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山063000)

摘要：本文在分析電力電纜外表磁場的基礎(chǔ)上，闡述了對多條并行電纜的識別方法，提出了電纜識別裝置的設(shè)計思路及構(gòu)成環(huán)節(jié)，初步探討了對識別裝置的其它要求和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電纜；識別；應(yīng)用

1.前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會的發(fā)展，電力電纜在電能的傳輸與分配方面所處的地位越來越重要，特別是在加強(qiáng)城市美化建設(shè)和重工業(yè)企業(yè)負(fù)荷不斷增大的今天，多條電纜并行、暗敷設(shè)的情況也越來越多，這也給電纜的維修和維護(hù)工作帶來了更多的困難。在電纜的更換工作中，為了縮短工期，經(jīng)常要對待更換電纜進(jìn)行分段和輔助機(jī)械施工，此時一旦對待更換電纜判斷有誤，必將造成嚴(yán)重的電氣事故。多年來，人們對電纜線路的識別技術(shù)和方法已進(jìn)行了大量的研究和嘗試，也有相關(guān)的儀器和設(shè)備被應(yīng)用于實(shí)際工作中，如電纜路徑探測儀等。但這些儀器和設(shè)備都存在系統(tǒng)復(fù)雜、操作繁瑣等不足，這就使得探求一種操作簡單、便攜實(shí)用、快速準(zhǔn)確的電纜識別裝置及方法成為新的研究課題和方向。

2.電纜周圍的磁場

圖1　電纜外圍的磁場強(qiáng)度

P點(diǎn)的磁場強(qiáng)度是三相電流在該點(diǎn)所產(chǎn)生磁場強(qiáng)度的向量和，根據(jù)圖1所設(shè)特定位置關(guān)系可以看出，P點(diǎn)的磁場強(qiáng)度可表示為：

=Hpcos(90°-Φ)+jHpsin(90°-Φ)

(1)

以上分析表明，電力電纜的周圍始終是存在磁場的，這就為電纜的識別提供了信號基礎(chǔ)。

3.電纜識別方法探討

電纜的識別是指在集中敷設(shè)的多條電纜中選擇需要維修或需要更換的電纜。電纜選擇是無法用目測沿途查詢的，因其一般被多次轉(zhuǎn)折、匯聚、分支暗敷于電纜溝或不易被揭露的狹小環(huán)境，甚至來源于不同的變電所，在其中的一條電纜需要維修或更換時，往往需要分段進(jìn)行，在需要鋸斷點(diǎn)或借助機(jī)械設(shè)備拉出點(diǎn)必須對它進(jìn)行準(zhǔn)確判斷和識別，否則將造成嚴(yán)重的電氣事故。

在傳統(tǒng)的電纜識別方法中，一般是在待查電纜中加入音頻信號，再用儀器檢測音頻信號的存在，這種方法高效、準(zhǔn)確。但由于設(shè)備及測試系統(tǒng)復(fù)雜而不便攜帶，且有些設(shè)備不適用于煤礦井下等防爆環(huán)境，使這些識別方法的使用受到一定限制。

從原理角度，既然電纜周圍存在磁場，如果能求得該磁場與電流的對應(yīng)關(guān)系，就應(yīng)該可以方便地識別各條電纜。但是，電纜外磁場與電流的對應(yīng)關(guān)系是非常復(fù)雜的，它將受到電纜的結(jié)構(gòu)、截面大小、測試點(diǎn)位置、操作手法及周邊其它磁場等各種因素的影響，可以說這種方法幾乎是不可能的。

經(jīng)過長期的探索與實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，用電纜通電與否兩種狀態(tài)來識別某條電纜的方法是可行的。該方法的依據(jù)是：電纜在通電時，其外表就有磁場存在；在電纜中無電流時其外表則無磁場，如果在識別電纜時，先對并排的多條電纜表面進(jìn)行分別測試，記錄各條電纜的工作狀態(tài)，然后用控制設(shè)備反向改變電纜的狀態(tài)(原來是通電的則切斷電源，原來是斷電的則使其通電)，再行測量電纜表面的磁場，如果那條電纜的磁場發(fā)生了狀態(tài)變化，那么這條電纜就是待選電纜。如圖2所示。

圖2　磁場狀態(tài)法識別電纜原理

從圖2的虛擬測試結(jié)果看，在測試點(diǎn)標(biāo)記1的電纜周圍磁場發(fā)生了變化，說明標(biāo)記1的電纜是待選擇電纜，即變電所1所控制的12號電纜。

當(dāng)然，由于電力電纜在三相電能傳輸過程中，各芯線導(dǎo)體中通過電流的代數(shù)和是等于0的，只是因?yàn)槠渲行揪€與電纜外部的測量點(diǎn)距離不同才使得電纜周圍出現(xiàn)了合成磁場，該合成磁場的幅值將小于各芯線單獨(dú)通過同樣電流所產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度。也就是說，電纜表面的磁場總是比較弱的，特別是帶有鐵磁材料鎧裝層(鋼帶、鋼絲等)的鎧裝電纜，雖然鎧裝層不能完全屏蔽電纜內(nèi)部電流產(chǎn)生的磁場，但仍會使電纜表面的磁場強(qiáng)度大大降低。這就要求在測試裝置的設(shè)計和測量操作中充分考慮這一不利因素。如，在實(shí)際測試中，為了避免誤判斷，最好多進(jìn)行幾次控制設(shè)備的操作，使電纜的通、斷電狀態(tài)多變化幾次，因?yàn)樵谶M(jìn)行電纜的識別過程中，也可能有個別電纜正在進(jìn)行倒閘操作或負(fù)荷發(fā)生變化而導(dǎo)致測試結(jié)果發(fā)生變化，如果通、斷電變化的次數(shù)與測試結(jié)果變化的次數(shù)完全相同，則可確認(rèn)該條電纜才是待選電纜。

4.識別裝置設(shè)計思路

要檢測微弱磁場的存在并有顯示信號輸出，必須有磁電轉(zhuǎn)換原件、信號變換環(huán)節(jié)、信號放大環(huán)節(jié)和信號輸出環(huán)節(jié)?；究驁D如圖3所示。

圖3　識別裝置框圖

裝置中的磁性傳感器的作用是只反映電纜中工頻電流存在與否，而不要求反映電纜中電流的大小，且電纜外表的磁場無確定的方向性，但確存在相鄰電纜磁場的影響。所以在傳感器的選擇中，對靈敏度的要求不能過高，頻率響應(yīng)范圍也不要求過寬，但要求要有良好的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，以滿足礦山井下等惡劣環(huán)境的需要和具有較長的使用壽命。

信號變換環(huán)節(jié)的作用是將傳感器輸出的交變信號轉(zhuǎn)換成直流信號，為適應(yīng)運(yùn)算放大器的輸入需要和防止干擾，還需要具有一定的限幅和濾波功能。整流、濾波、限幅電路可以由簡單的二極管、電容、電阻等原件構(gòu)成。

信號放大環(huán)節(jié)的作用是將傳感器輸出的微弱信號進(jìn)行放大和波形整形，并驅(qū)動顯示原件的工作。放大電路可以用分立原件組成，為提高放大倍數(shù)和減小裝置的體積，也可采用運(yùn)算放大器。

信號輸出環(huán)節(jié)的作用是顯示電纜的工作狀態(tài)，它可以是發(fā)光二極管或其它熒光顯示器件。

5.識別裝置的擴(kuò)展應(yīng)用

作為電纜維修工作的檢測裝置，其功能不宜過于單一，否則將使維修準(zhǔn)備更加繁雜，給維修工作帶來不便。因此，所設(shè)計的電纜識別裝置除能夠快速、準(zhǔn)確識別電纜外，還應(yīng)有以下應(yīng)用。

(1)故障點(diǎn)查找

電纜常見的故障主要有相間短路、相對地短路和斷路等。根據(jù)前述電纜識別裝置的工作原理，應(yīng)該能夠識別電纜的相間短路、相對地短路等類似故障。但需注意在確認(rèn)電纜已發(fā)生短路故障時，不可采用直接對電纜施加工作電壓的方法進(jìn)行檢測，而是要采用調(diào)壓器從0V開始逐步對電纜施加電壓，使電纜中的電流逐步增大，當(dāng)識別裝置有顯示信號后即停止升壓，然后使識別裝置沿電纜前行，當(dāng)顯示信號突然消失時，該點(diǎn)即為短路故障點(diǎn)。

(2)工作狀態(tài)檢測

在進(jìn)行電纜維護(hù)工作中，如果巡視到某條電纜有故障隱患，就可能要對其采取臨時補(bǔ)救措施，但這項(xiàng)工作不允許帶電操作，在此情況下，可以用電纜識別裝置先行對其檢測，如果識別裝置有顯示信號輸出，說明電纜正處于工作狀態(tài)，可通知上級運(yùn)行人員對電纜停運(yùn)，確認(rèn)電纜不帶電后再對其進(jìn)行維修，以確保人身安全和避免其它事故的發(fā)生。

6.結(jié)語

本文在分析電力電纜外表磁場的基礎(chǔ)上，探討了對多條并行電纜的識別方法，提出了電纜識別裝置的設(shè)計思路及要求。在工作實(shí)踐中，也對該裝置進(jìn)行了初步開發(fā)和研制，經(jīng)過幾年的應(yīng)用實(shí)踐，識別效果良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]周利軍.電力電纜線路的識別[J].高電壓技術(shù)，2004，30(136):69-72

[2]徐霖，傅正財.單電流產(chǎn)生的磁場的金屬管屏蔽[J].高壓電器，2003，39(1):12-15

Preliminary Exploration to Rapid Identification Method of the Power Cables

WU Chun-xi1，LU En-gui2

(1. Kailuan (Group) Co., Ltd lvjiatuo Mining Company, Tangshan 063106, China;2. Hebei Energy Institute of Vocation and Technology, Tangshan 063000, China)

Abstract:Based on the analysis of the power cable on the outer magnetic field, this paper elaborated the multiple parallel cable identification methods, proposed the design ideas of the cable identification device and its constitute parts, preliminary studying on identification device other requirements and applications.

Key words:power cable; identification; application

收稿日期：2016-03-26

作者簡介：吳春喜(1960- )，男，開灤集團(tuán)礦井維修電工高級技師，從事礦井高低壓供電電氣維修工作。

中圖分類號：TM85

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-3974(2016)02-0054-03