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電纜進行識別的原理，針對不同接線方式對脈沖電流信號方向及強度的影響進行了分析，并設計了一系列試驗，對影響電力電纜脈沖電流識別法信號強度的因素進行驗證。進一步就電纜識別現場所常見的問題進行了分析和總結，提出了相應的解決方案。
關鍵詞： 電力電纜；電纜識別；脈沖信號；三芯電纜
0 引言
近年，北京城市基礎建設快速發展，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。本文就應用脈沖電流法進行電纜識別的原理進行分析，并就現場應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確性。
1 設備情況及識別原理
1.1 設備情況
本文所用到的電纜識別設備由發射機、接收機兩部分組成。發射機發出脈沖電流信號（0～100 A）,脈沖頻率30次/min，脈沖寬度72 ms，信號質量燈顯示紅、黃、綠三種顏色。接收機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，信號強度為10格信號強度燈，當信號方向與接收機耦合線圈同向時信號強度燈為綠色，反向時為紅色。
1.2 識別原理
電纜識別發射機每兩秒發出一個脈沖信號，脈沖電流0～100 A。接收機通過柔性耦合線圈接收電纜中有規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入，遠端通過電纜線芯接地進入大地，流經遠端的接地電阻和近端的接地電阻回到發射機黑色引線，形成回路，如圖1所示。
當電纜兩端同時存在并列敷設的其他電纜線路時，如果發射機正極（紅色鉗）連接電纜線芯，繞柔性耦合線圈時必須是線圈箭頭指向電纜遠端方向。這樣探測的脈沖方向為正。其余的電纜上探測到一個脈沖方向為負，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體分流返回了。
當目標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，假設兩端間有3條電纜敷設，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%。存在并列電纜時的脈沖電流方向如圖2所示。
當目標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 電力電纜現場識別的問題
在某次北京地區35 kV三芯電纜識別中，出現對單芯電纜放脈沖信號，接收機接收信號極其微弱，不足以判斷待識別電纜，但并聯該電纜兩相線芯放信號接收機接收到的信號增強的情況，本文將就該問題展開分析。
2.1 現場接線情況
對該線路（簡稱一路）從終端塔側放信號時，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，相當于通過終端塔接地電阻接地。遠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。
現場有另外一條線路（簡稱二路）與一路并列敷設，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 現場情況分析
（1）進行電纜識別時，接收機能夠在近端單芯分叉處（無銅屏蔽、鎧裝）收到較強信號。說明電流脈沖信號已經發射出去，通過線芯電阻和圖5所示的返流路徑形成了完整的回路。
（2）接收機在三芯電纜上幾乎收不到信號，結合（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出的大部分脈沖電流。對單芯放信號，近端其余兩芯均與地斷開，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 試驗驗證
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，利用接收機進行信號強度的檢測，接收機在開機時可以設置1～10的信號增益，接收正向信號強度顯示范圍為1～10格綠燈，接收反向信號強度顯示范圍為1～10格紅燈。發射機信號質量燈綠色閃爍信號強度優 (>30 A)，黃色閃爍信號強度良好 (30 A < I < 10 A)，紅色閃爍信號強度不合格 (<10 A)，紅色持續無輸出。接線圖如圖6所示。
試驗結果如表1所示。
接收機增益越高對耦合的信號越敏感，但復雜的現場環境下也更容易受到其他信號的干擾。通過表1能夠看到，回路電阻達到2.3 Ω信號發生的質量為黃燈閃爍，達到5.2 Ω后信號發生質量為紅燈閃爍，回路電阻增加到323 Ω接收機仍能接收到判定信號，這已遠遠大于正常情況下現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三芯進行電纜識別的試驗。用一根帶有一定阻值的金屬導體模擬帶有接地電阻的大地回路，接線如圖7所示。
（1）對單芯放信號，遠端將線芯與鎧裝、銅屏蔽短接，近端發射機黑色引線連接鎧裝、銅屏蔽。接收機增益調到4（以下測試增益均為4），測單芯分叉信號強度為9，測三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）信號強度為0，發出脈沖被由鎧裝銅屏蔽返回的電流脈沖所抵消。
（2）對單芯放信號，將遠端線芯-模擬大地-發射機黑色引線接入回路，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，測單芯信號強度為7，測三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）信號強度為7。
（3）并聯兩芯放信號，將模擬大地回路接入電路，斷開近端的鎧裝、銅屏蔽地線。測兩個單芯信號強度分別為4和3，兩芯總強度為7，三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）信號強度為7。
（4）并聯三芯放信號，將模擬大地回路接入電路，斷開近端的鎧裝、銅屏蔽地線。分別測三個單芯信號強度均為3，三芯（不含鎧裝、銅屏蔽）總強度為7，三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）信號強度為7。
（5）并聯三芯放信號，遠端將線芯與鎧裝、銅屏蔽和模擬大地短接，近端發射機黑色引線連接鎧裝、銅屏蔽和模擬大地，發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電阻小于（4）中的返流電阻，三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）信號強度為5，低于（4）中的7，可見發出的脈沖電流部分被銅屏蔽、鎧裝的返流所抵消。
3.3 現場試驗
利用某路35 kV三芯電纜停電的機會，對該段（長度約2 550 m）進行放信號電纜識別試驗。對端三相線芯短路接地，近端和遠端電纜鎧裝、銅屏蔽均接地，從近端發射脈沖電流信號，接收機增益設置為5。
（1）對單芯發射脈沖信號，發射機信號質量燈等為黃色閃爍（根據本文3.1節中的結果可以知道此時回路電阻不超過5.2 Ω）。此時在單芯分叉電纜（無鎧裝、銅屏蔽）上接收機收到信號強度為7格，三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）上接收機收到信號強度為4格，直接拿接收機卡鎧裝、銅屏蔽與金屬架構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和終點，并列運行的另一電纜線路上能夠收到反方向2格信號。
（2）對兩芯發射脈沖信號，發射機信號質量燈為黃色閃爍，此時在并聯的單芯分叉電纜（無鎧裝、銅屏蔽）上接收機收到信號強度為8格，三芯電纜（含鎧裝、銅屏蔽）上接收機收到信號強度為5格。
4 結論及工作建議
4.1 結論
（1）長距離三芯電纜的電纜識別工作，對單芯放信號與對并聯兩芯或三芯放信號接收強度上有微小差別，因為并聯電纜線芯阻抗小于單芯電纜接入回路時的阻抗，但在整個回路的阻抗值中，線芯阻抗所占比例較小。
（2）與待識別電纜具有相同起點、終點，并列敷設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，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，用接收機越難在電纜上進行識別。
（4）電纜識別儀在回路電阻大于323 Ω時才會出現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，即使接地出現問題，電阻升高也不會大幅度影響電纜識別儀發出信號強度。
基于以上的結論，筆者認為電纜識別工作中出現的對單相放信號無法識別電纜，并聯兩相放信號能夠接收信號的情況，首先應當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，導致接收機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）在進行電纜識別工作時，應注意發射機的信號質量燈顏色，如果信號質量燈為紅色，說明回路電阻較高，應首先考慮接觸電阻問題，認真檢查接線、夾子是否虛接，打磨接地點后再進行發射機接線，以減小接觸電阻對信號造成的影響。
（2）在進行電纜識別時，遇到接收機接收信號強度和穩定性不佳的情況。可以嘗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度產生的信號抵消影響。
5 結束語
本文詳細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，對電纜識別現場常見的問題進行了原因分析，并設計了一系列試驗對影響電力電纜脈沖電流識別法信號強度的因素進行驗證，進一步提出了遇到現場電纜識別問題的解決方案，目的在于更準確、迅速地判定待識別電纜，避免誤判的情況發生。
參考文獻
[1]周利軍.電力電纜線路的識別[J].高電壓技術,2004,30(136):69-72.
[2]史傳卿.電力電纜[M].北京:中國電力出版社，2004.