张 成，赵 宇，张 谊，赵 洋，蔡松涛，刘 皓
（北京市电力公司,北京 100031）
摘 要： 阐述了使用电力电缆脉冲电流法对电缆进行识别的原理，针对不同接线方式对脉冲电流信号方向及强度的影响进行了分析，并设计了一系列试验，对影响电力电缆脉冲电流识别法信号强度的因素进行验证。进一步就电缆识别现场所常见的问题进行了分析和总结，提出了相应的解决方案。
关键词： 电力电缆；电缆识别；脉冲信号；三芯电缆
0 引言
近年，北京城市基础建设快速发展，道路、市政施工和改造中涉及到的电力电缆迁移、改造工程也日益增多。在进行旧电缆切断和撤除工作中，如何从一组电缆中识别出目标电缆成为了电缆改造工程中非常重要的课题。
目前识别电缆常用的方法有工频感应识别法[1]、音频信号识别法和脉冲电流识别法[2]等几种。本文就应用脉冲电流法进行电缆识别的原理进行分析，并就现场应用所遇到的问题展开分析，提出了几种避免误判信号，提高识别可靠性的方法，提高多路电缆并行的沟道中识别电缆的准确性。
1 设备情况及识别原理
1.1 设备情况
本文所用到的电缆识别设备由发射机、接收机两部分组成。发射机发出脉冲电流信号（0～100 A）,脉冲频率30次/min，脉冲宽度72 ms，信号质量灯显示红、黄、绿三种颜色。接收机采用对待识别电缆加耦合线圈的方式采集信号，信号增益为10档，信号强度为10格信号强度灯，当信号方向与接收机耦合线圈同向时信号强度灯为绿色，反向时为红色。
1.2 识别原理
电缆识别发射机每两秒发出一个脉冲信号，脉冲电流0～100 A。接收机通过柔性耦合线圈接收电缆中有规律和方向传播的电流脉冲信号，从而识别电缆。脉冲电流通过红色引线由近端电缆线芯进入，远端通过电缆线芯接地进入大地，流经远端的接地电阻和近端的接地电阻回到发射机黑色引线，形成回路，如图1所示。
当电缆两端同时存在并列敷设的其他电缆线路时，如果发射机正极（红色钳）连接电缆线芯，绕柔性耦合线圈时必须是线圈箭头指向电缆远端方向。这样探测的脉冲方向为正。其余的电缆上探测到一个脉冲方向为负，幅值略小的返回电流。其原因是由于脉冲电流沿着其他金属导体分流返回了。
当目标电缆屏蔽的两端接地，电流从A端和B端之间的所有接地连接中分流返回这种情况下，假设两端间有3条电缆敷设，在忽略接地电阻的情况下每路屏蔽和铠装返回的电流为33%。存在并列电缆时的脉冲电流方向如图2所示。
当目标电缆屏蔽一端不接地，电流从A和B两端的其余接地连接中分流返回，在忽略接地电阻的情况下每路屏蔽和铠装返回的电流为50%。如图3所示。
2 电力电缆现场识别的问题
在某次北京地区35 kV三芯电缆识别中，出现对单芯电缆放脉冲信号，接收机接收信号极其微弱，不足以判断待识别电缆，但并联该电缆两相线芯放信号接收机接收到的信号增强的情况，本文将就该问题展开分析。
2.1 现场接线情况
对该线路（简称一路）从终端塔侧放信号时，电缆识别仪红色引线连接三芯电缆中的一相，黑色引线连接通过终端塔接地，铜屏蔽和铠装均通过终端塔接地，相当于通过终端塔接地电阻接地。远端三相短路接变电站地，铜屏蔽和铠装接变电站地。接线如图4所示。
现场有另外一条线路（简称二路）与一路并列敷设，二路的钢铠和铜屏蔽也为一路电缆识别电流脉冲信号回路之一，所以对一路单芯放信号存在一路钢铠、铜屏蔽、二路钢铠、铜屏蔽和大地5条回路分流返回。电路如图5所示。
其中：RL为电缆线芯电阻，R1为变电站接地电阻，R2为终端塔接地电阻，R3为一路铜屏蔽接地电阻，R4为一路铠装接地电阻，R5为二路铜屏蔽接地电阻，R6为二路铠装接地电阻。
2.2 现场情况分析
（1）进行电缆识别时，接收机能够在近端单芯分叉处（无铜屏蔽、铠装）收到较强信号。说明电流脉冲信号已经发射出去，通过线芯电阻和图5所示的返流路径形成了完整的回路。
（2）接收机在三芯电缆上几乎收不到信号，结合（1）中的分析，初步判断该电缆中存在较大的返流信号抵消了所发出的大部分脉冲电流。对单芯放信号，近端其余两芯均与地断开，可以排除通过其余两芯返回电流的可能性，而铠装和铜屏蔽在近端、远端均接地，初步判断其形成的待识别电缆的返流通道。
3 试验验证
3.1 回路阻值对电缆识别的影响
将可变电阻串入电缆识别仪回路，利用接收机进行信号强度的检测，接收机在开机时可以设置1～10的信号增益，接收正向信号强度显示范围为1～10格绿灯，接收反向信号强度显示范围为1～10格红灯。发射机信号质量灯绿色闪烁信号强度优 (>30 A)，黄色闪烁信号强度良好 (30 A < I < 10 A)，红色闪烁信号强度不合格 (<10 A)，红色持续无输出。接线图如图6所示。
试验结果如表1所示。
接收机增益越高对耦合的信号越敏感，但复杂的现场环境下也更容易受到其他信号的干扰。通过表1能够看到，回路电阻达到2.3 Ω信号发生的质量为黄灯闪烁，达到5.2 Ω后信号发生质量为红灯闪烁，回路电阻增加到323 Ω接收机仍能接收到判定信号，这已远远大于正常情况下现场电缆识别回路的接地电阻大小了。
3.2 回路分流对电缆识别的影响
对一盘220 m的10 kV三芯进行电缆识别的试验。用一根带有一定阻值的金属导体模拟带有接地电阻的大地回路，接线如图7所示。
（1）对单芯放信号，远端将线芯与铠装、铜屏蔽短接，近端发射机黑色引线连接铠装、铜屏蔽。接收机增益调到4（以下测试增益均为4），测单芯分叉信号强度为9，测三芯电缆（含铠装、铜屏蔽）信号强度为0，发出脉冲被由铠装铜屏蔽返回的电流脉冲所抵消。
（2）对单芯放信号，将远端线芯-模拟大地-发射机黑色引线接入回路，断开近端的铠装、铜屏蔽地线。形成从线芯到模拟大地的回路，测单芯信号强度为7，测三芯电缆（含铠装、铜屏蔽）信号强度为7。
（3）并联两芯放信号，将模拟大地回路接入电路，断开近端的铠装、铜屏蔽地线。测两个单芯信号强度分别为4和3，两芯总强度为7，三芯电缆（含铠装、铜屏蔽）信号强度为7。
（4）并联三芯放信号，将模拟大地回路接入电路，断开近端的铠装、铜屏蔽地线。分别测三个单芯信号强度均为3，三芯（不含铠装、铜屏蔽）总强度为7，三芯电缆（含铠装、铜屏蔽）信号强度为7。
（5）并联三芯放信号，远端将线芯与铠装、铜屏蔽和模拟大地短接，近端发射机黑色引线连接铠装、铜屏蔽和模拟大地，发出电流脉冲信号存在模拟大地和铜屏蔽、铠装两条返流线路。两条返流电路的并联电阻小于（4）中的返流电阻，三芯电缆（含铠装、铜屏蔽）信号强度为5，低于（4）中的7，可见发出的脉冲电流部分被铜屏蔽、铠装的返流所抵消。
3.3 现场试验
利用某路35 kV三芯电缆停电的机会，对该段（长度约2 550 m）进行放信号电缆识别试验。对端三相线芯短路接地，近端和远端电缆铠装、铜屏蔽均接地，从近端发射脉冲电流信号，接收机增益设置为5。
（1）对单芯发射脉冲信号，发射机信号质量灯等为黄色闪烁（根据本文3.1节中的结果可以知道此时回路电阻不超过5.2 Ω）。此时在单芯分叉电缆（无铠装、铜屏蔽）上接收机收到信号强度为7格，三芯电缆（含铠装、铜屏蔽）上接收机收到信号强度为4格，直接拿接收机卡铠装、铜屏蔽与金属架构的接地线能够收到反方向信号4格。在与该线路有相同起点和终点，并列运行的另一电缆线路上能够收到反方向2格信号。
（2）对两芯发射脉冲信号，发射机信号质量灯为黄色闪烁，此时在并联的单芯分叉电缆（无铠装、铜屏蔽）上接收机收到信号强度为8格，三芯电缆（含铠装、铜屏蔽）上接收机收到信号强度为5格。
4 结论及工作建议
4.1 结论
（1）长距离三芯电缆的电缆识别工作，对单芯放信号与对并联两芯或三芯放信号接收强度上有微小差别，因为并联电缆线芯阻抗小于单芯电缆接入回路时的阻抗，但在整个回路的阻抗值中，线芯阻抗所占比例较小。
（2）与待识别电缆具有相同起点、终点，并列敷设的其他电缆铠装和铜屏蔽如果在两端接地，均能成为电缆识别仪脉冲电流信号的返流通道之一。
（3）当待识别电缆自身的铠装、铜屏蔽成为电流脉冲信号返流回路中的一条时，返流信号将抵消由线芯传播的部分电流脉冲，且与其他返流回路相比，自身的铠装、铜屏蔽电阻越小，返回的电流越大，用接收机越难在电缆上进行识别。
（4）电缆识别仪在回路电阻大于323 Ω时才会出现无法接收信号的情况。一般终端塔的接地电阻不高于5 Ω，变电站的接地电阻不高于0.5 Ω，即使接地出现问题，电阻升高也不会大幅度影响电缆识别仪发出信号强度。
基于以上的结论，笔者认为电缆识别工作中出现的对单相放信号无法识别电缆，并联两相放信号能够接收信号的情况，首先应当考虑是否存在大部分信号返流从待识别电缆自身铠装、铜屏蔽中流过的问题，导致接收机能够耦合出的信号较弱，最终影响电缆识别。
4.2 工作建议
（1）在进行电缆识别工作时，应注意发射机的信号质量灯颜色，如果信号质量灯为红色，说明回路电阻较高，应首先考虑接触电阻问题，认真检查接线、夹子是否虚接，打磨接地点后再进行发射机接线，以减小接触电阻对信号造成的影响。
（2）在进行电缆识别时，遇到接收机接收信号强度和稳定性不佳的情况。可以尝试将近端的待识别电缆铠装、铜屏蔽的接地线解开，切断电缆本体的返流通道，以避免金属返流对接收强度产生的信号抵消影响。
5 结束语
本文详细地分析了电力电缆脉冲电流识别法的原理和不同接线方法，对电缆识别现场常见的问题进行了原因分析，并设计了一系列试验对影响电力电缆脉冲电流识别法信号强度的因素进行验证，进一步提出了遇到现场电缆识别问题的解决方案，目的在于更准确、迅速地判定待识别电缆，避免误判的情况发生。
参考文献
[1]周利军.电力电缆线路的识别[J].高电压技术,2004,30(136):69-72.
[2]史传卿.电力电缆[M].北京:中国电力出版社，2004.