李海寧 楊恒勇 董鉑 武阿林 喬文瑋

摘? 要：在減市配電網(wǎng)改革中。許多直立式的老舊線纜具體位置仍然不詳，這也給迅線和定位故障線纜的工作人員造成了相當(dāng)?shù)膯?wèn)題困難。該文還研究了一個(gè)采用電磁分量波形分析技術(shù)的地下光纜監(jiān)測(cè)方法，也應(yīng)用于對(duì)水底光纜的監(jiān)測(cè)中。這個(gè)技術(shù)通過(guò)磁道的傳感器對(duì)較弱的電纜磁性進(jìn)行檢測(cè)，能夠被獨(dú)立檢測(cè)出的分量，為三個(gè)彼此垂直的分量。為仿真現(xiàn)實(shí)的帶電線路，設(shè)置了一種虛擬的電纜磁場(chǎng)。其實(shí)測(cè)結(jié)果表明，3個(gè)電磁分?jǐn)?shù)中，至少二個(gè)分?jǐn)?shù)均有某種頂飾和波谷，峰谷是于電纜的高度有關(guān)。通過(guò)二個(gè)分量波形的分布特點(diǎn)，就能夠正確地判別出電纜的類型不同。結(jié)果表明，當(dāng)比對(duì)AC電鏡的磁場(chǎng)頻卑成取樣次數(shù)的整數(shù)倍后，就能夠得到最有效的檢測(cè)結(jié)果。本文中提供了一個(gè)可以通過(guò)研究電磁的輔助方法來(lái)確定地下電纜方向和深度的途徑，有很大的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵字：電磁探測(cè)法;磁場(chǎng)分量波;電纜方向

引言：由于全國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民用電負(fù)擔(dān)也越來(lái)越重，同時(shí)社會(huì)各界對(duì)于電能保障的需求也日漸增加，而部分老舊的線路早已無(wú)從適應(yīng)需要。為此，國(guó)家電網(wǎng)公司進(jìn)行了城市供電改造，改革的一項(xiàng)主要內(nèi)容便是利用地底線纜取代了原來(lái)的傳統(tǒng)架空式線路。此外，由于中國(guó)海上礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)的日趨發(fā)展以及利用海洋風(fēng)能等新能源，對(duì)電能輸送技術(shù)的要求也日漸提高？同時(shí)如何分析電纜弱磁也是一大問(wèn)題。

一、現(xiàn)狀

目前，中國(guó)全國(guó)城市供電大部分通過(guò)電力電纜的線路輸配電。但是，由于城市化的迅速發(fā)展，原有地貌和地下管道狀況均有了很大改變，再加上供電改變、電纜遷移以及故障電纜檢修等因素，目前原圖已無(wú)法真實(shí)體現(xiàn)電纜敷設(shè)路線和深埋狀況，特別是隨著近些年市內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)的提高，外力對(duì)線纜的損害日益突出，已成為了影響線纜安全運(yùn)營(yíng)的最主要原因，給電網(wǎng)安全造成了極大危險(xiǎn)。因此為了確保線纜的安全運(yùn)營(yíng)，需對(duì)線纜進(jìn)行有效檢查，并形成完備的光纜線路管理制度。

電磁探測(cè)技術(shù)是目前電纜路徑檢測(cè)和深度監(jiān)測(cè)最普遍而高效的工作方式，在采用電磁探測(cè)技術(shù)工作后，將具備激發(fā)和檢測(cè)過(guò)程無(wú)需接地、檢測(cè)系統(tǒng)輕松省電、工作方法簡(jiǎn)單靈活多樣，以及對(duì)地下管道可持續(xù)跟蹤等優(yōu)勢(shì)。本文提供了一個(gè)利用磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)確定地下導(dǎo)線方向和深度的途徑，并針對(duì)若干問(wèn)題提出具體的方法，實(shí)踐證明，該技術(shù)具備很大的實(shí)用價(jià)值。

二、實(shí)現(xiàn)原理

電磁法檢測(cè)線纜一般是運(yùn)用了電磁感應(yīng)基本原理，當(dāng)使用發(fā)送機(jī)給待測(cè)線纜施以（直連或電感）了某種頻率的信號(hào)電壓之后，該電流在待測(cè)線纜中流動(dòng)并在其附近空間形成了一種電磁場(chǎng)，而使用接收器在地球表面上通過(guò)測(cè)定該電磁場(chǎng)的強(qiáng)度與分布，便可判斷被測(cè)線纜的位移與深度，并進(jìn)行對(duì)被測(cè)線纜的定位。

A點(diǎn)附近是在地下的待測(cè)電纜（此時(shí)也已加上了電流I），待測(cè)電纜在接通后的磁場(chǎng)中以同心圓的形式向外擴(kuò)，而OA是垂直于地層產(chǎn)狀方向的一條直線。P是此時(shí)地臺(tái)上人員所在測(cè)位置，H則是P所在的電磁高度，而Hx、鴻燁依次是電磁高度H在地層高低方位和垂直度方位上的分?jǐn)?shù)。R為待測(cè)光纜至地上測(cè)點(diǎn)間的距離，d為地下光纜離大地的水深。α為AP兩點(diǎn)連線與大地垂直度位置OA的角度。m為P點(diǎn)到O點(diǎn)的間距。

三、探測(cè)水平位置和深度

地面測(cè)點(diǎn)水平方位磁場(chǎng)Hx的具體特性包括：

（1）當(dāng)m=0時(shí)，Hx得到最大值：;

（2）Hxmax由于管線的埋設(shè)深度增大，而成反比下降;

（3）在公式方法中，當(dāng)m/d=一或-1時(shí)，則在測(cè)量點(diǎn)遠(yuǎn)離地下電纜部位規(guī)定水深的一段距離時(shí)，所測(cè)得的Hx為Hx最大的一零點(diǎn)五，所以有該點(diǎn)就可成為檢驗(yàn)測(cè)量深度正確性的重要特征點(diǎn)。

（4）當(dāng)m=零時(shí)，Hy=0時(shí)，即當(dāng)豎直信號(hào)通過(guò)管道時(shí)正上方的場(chǎng)強(qiáng)變化很小，可以用此特性來(lái)判斷通過(guò)管道的情況;

（5）對(duì)公式方法加以求導(dǎo)，如：當(dāng)m/d=一或-1時(shí)，在Hy中將得到極值，若是，則在此時(shí)可得到點(diǎn)下的電纜深度為d。

四、關(guān)鍵問(wèn)題及解決方法

因?yàn)榈叵码娎|狀況的非常復(fù)雜多變，因此電磁法在實(shí)際測(cè)試會(huì)受許多的影響。主要有旁線干涉和信號(hào)偏弱，具體的解決辦法如下：

1、旁線干擾問(wèn)題：在實(shí)測(cè)時(shí)，由于旁線所具有得其水準(zhǔn)分?jǐn)?shù)Hx，所以假若有a根旁線干涉，實(shí)際上量測(cè)的水準(zhǔn)分?jǐn)?shù)，導(dǎo)致了地下電纜定位時(shí)發(fā)生偏移。為了克服對(duì)旁邊電纜所產(chǎn)生的影響，人們可能采取措施削弱相鄰管線的信號(hào)強(qiáng)度，具體措施包括：

（1）、對(duì)于地下水管道密集區(qū)，避免了采用傳感法進(jìn)行增加探測(cè)信息，而采用較具體的單線傳感法或垂直接入等方式;

（2）、用歸納的辦法也就是在信息感應(yīng)區(qū)內(nèi)選擇與其鄰近管線的間隔，或選擇定向引導(dǎo)的方式;

（3）、若采用共同地線或任何電氣接地管道的隔斷方式近端，則切斷電器連線只能避免信號(hào)并聯(lián)，但切斷電器連線的方式遠(yuǎn)端則可避免干擾

2、信號(hào)微弱：其原因大多在于光纜埋設(shè)得很深，在一般狀況下，信號(hào)偏微弱，會(huì)給勘測(cè)工作增加一定性的難度，對(duì)于勘測(cè)工作的工作人員也是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。而測(cè)試結(jié)果則指出，當(dāng)峰值信噪降到某個(gè)程度的時(shí)候，Hy的峰值就會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定性，而因?yàn)樾畔⒌牟淮_定性，就會(huì)導(dǎo)致對(duì)電纜確定的方向或是的阻礙。訊號(hào)質(zhì)量和噪音是影響信噪比的最主要二個(gè)問(wèn)題，首先因?yàn)槿藗儗?duì)外部噪音很難控制，所以人們一般屏蔽噪聲的方法都是通過(guò)鎖定放大器的濾波值的方法，窄帶濾光器就能夠較好地提高信噪比;然后就是要進(jìn)一步提高磁場(chǎng)訊號(hào)質(zhì)量了，一般可以采用如下方法：

（1）、在安全的區(qū)域內(nèi)，增加發(fā)射器的輸出功率，以增加信號(hào)強(qiáng)度;

（2）、選用比較合適的方法進(jìn)行信號(hào)加入，比如，改感應(yīng)法或直聯(lián)法等;

（3）、針對(duì)長(zhǎng)距離的管道，可通過(guò)較低的速率來(lái)防止訊號(hào)過(guò)快的減弱。

五、結(jié)論

隨著地與海底電纜的大規(guī)模使用，如何快速精確地定位這些線纜仍然是一項(xiàng)科研問(wèn)題。因此本文主要研究了一個(gè)可以通過(guò)弱磁探測(cè)來(lái)定位地下線纜的新技術(shù)。本方案的核心內(nèi)容，是通過(guò)使用磁通門探測(cè)和解析電磁矢量的三個(gè)分量，并根據(jù)電磁特性來(lái)定位導(dǎo)線。本文中選擇了典型的三十五kV單芯導(dǎo)線，并使用了500A50Hz的交流電，再結(jié)合了試驗(yàn)和模擬，得到如下結(jié)果。

1）確定是否存在電纜有一定的依據(jù)可言，在電纜磁場(chǎng)一個(gè)分量存在兩個(gè)波谷和一個(gè)定式，另一個(gè)分量存在一個(gè)波谷，當(dāng)這個(gè)波谷與上一個(gè)分量的定式的中間對(duì)稱中心和對(duì)稱軸，存在即存在電纜，不存在即不存在電纜。用對(duì)各種電磁分量的波形變化綜合分析后，來(lái)確定周圍磁場(chǎng)的方位，可以消除干擾和增加診斷的準(zhǔn)確性。

2）測(cè)試結(jié)果顯示，當(dāng)檢測(cè)體系的取樣頻次能被電纜電流頻次整除時(shí)，所測(cè)試得出的結(jié)論才是平穩(wěn)可讀的，這為探測(cè)器體系取樣頻次的合理選擇提出了必要的理論指導(dǎo)。

3）電纜的屏蔽層對(duì)電纜的磁性有比較顯著的降低影響，在實(shí)踐中要求磁性檢測(cè)器具有相應(yīng)的靈敏度。

4）在本研究中，對(duì)線纜進(jìn)行定位的基礎(chǔ)條件是電磁空間布局的變化特性，而并非電磁空間布局的具體對(duì)物值，也不受恒定的背景地磁場(chǎng)變化、線纜電流額定值，以及〈br〉探測(cè)器的水平運(yùn)動(dòng)面等高度影響。

區(qū)別于傳統(tǒng)使用標(biāo)量定位線纜地址的方式，如海洋磁力儀，通過(guò)本文研究的方式使用三軸信號(hào)獲取了更多關(guān)于空間電磁矢量場(chǎng)的信號(hào)，從而大大提高了線纜地址的準(zhǔn)確性和強(qiáng)抗干擾力量。

六、結(jié)束語(yǔ)

城市建筑向飛躍型發(fā)展，地下電纜現(xiàn)狀也愈漸復(fù)雜，對(duì)地下電纜檢查的任務(wù)也越來(lái)越迫切和重要，因此文中提供的基于磁場(chǎng)強(qiáng)度確定地下電纜方位和深度的檢查方式，有很大的參考價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：李海寧（1985-），工程師，江蘇華能電纜股份有限公司營(yíng)銷副總經(jīng)理

通訊作者：?jiǎn)涛默|（1965-），正高級(jí)工程師，江蘇華能電纜股份有限公司總工程師