1.引言
在施工现场，施工电源电缆常简单直埋，缺乏地埋指示物。特别是现场开挖作业，常有误伤高压动力电缆的情况出现。还有就是竣工后施工单位对地埋高压电缆往往不予清理，因而对投产后的工作带来困惑和危险。如果能对地埋电缆设备加设可靠的安全设施和报警指示，将产生显著的安全和经济效益。另外，对于水下电缆敷设，本文指出的应用也有重要意义。
2.电缆无线定位识别的特点和要求
2.1.现场临时性高压电缆，具有电缆造价低，基本竣工后施工单位不予回收；现场埋设混乱，缺乏醒目的地埋指示物；现场开挖作业多，误铲电缆及地埋浅，做法不标准的特点。此类电缆定位要求装置造价低，容易施工，作用范围要求不高及能与声光电的报警装置配合的要求。
2.2.半永久性的有价值高压电缆。敷设电缆具有半永久性特点。比如野外钻探施工，露天矿业的半永久性生产等。此类电缆具有一定回收价值但有具有周边开挖风险大，地表广阔或不能设置地埋指示物的特点。此类电缆定位标示要求造价低，容易施工，作用范围广，以及宽泛定位和小范围定位结合的特点。
2.3.水下电缆或高价值电缆。水下电缆属于特种电缆，造价比较高。水下电缆无论永久敷设或临时敷设，均有容易被掩埋，水底面貌易被水流或洋流改观，不容易寻找的特点。但是水下电缆数量比较少，有时仅有一两根。此类电缆定位装置要求防水，作用范围广，供电简单或者无需供电即可工作的特点。
3.多种无线识别定位技术原理和介绍
3.1.声磁系统可简单实现报警等基本应用。声磁技术（Acoustic Magnetic）是利用同频振荡原理实现的识别技术。当发射信号频率与声磁标签的固有振荡频率一致时，标签引发共振，产生共振信号 ; 当接收器接收到共振信号后，接收系统就会进行处理输出。 声磁系统的特性具有测率高、几乎零误报、抗干扰性好、不受金属屏蔽、出口宽的特点。
3.2.射频技术、无线射频识别技术RFID是近年来兴起的新型技术领域，在电力电缆敷设，动态识别循迹及定位领域有着最佳的应用前景。其原理是电子标签与写入写出设备之间通过耦合元件实现射频信号的空间耦合、在耦合通道内，根据时序关系，实现能量的传递、数据的交换。
3.3.电磁识别系统的应用。电磁识别系统采用电磁波作为检测载体，对于特定铁磁材料如铁钴基材料会产生共振并寄生偶次谐波，故对于现场物体的标识有一定价值。利用现代嵌入式系统设计，配合一定的算法和策略，对多次谐波进行判断，就可以实现较高的可靠性。
3.4.电缆分频定位系统是基于分频技术，对低频电磁波处理，提高了信号的可检测性。当含有预定义标签的物体进入检测范围后,定位标签接收到发射装置递送过来的信号,并把它分成一半,然后再把已分成一半的信号传送给接收器,在接收器接到半个信号波形后就发出报警,有效避免其它无线电波的干扰。倍频、三频系统原理类似。其特点是抗干扰性强。该系统标签轻、体积小,价格便宜,性能稳定,检测率高,抗干扰性好,不易引起误报。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4.无线识别定位系统的设计要求及要点
4.1.电磁识别系统和分频定位系统适用于简单场合，比如安全预报警类应用，但是系统承载力比声磁系统高，其系统应用更广泛。这其中无线射频识别技术是最值得发展的电缆无线定位技术。结合当前物联网技术，能够发展出智能电缆系统。
4.2.报警系统类的设计。此装置依赖粘附于电缆本体上的定位标签。如果是在机械设备上添加声光报警装置，则需要将报警装置分离设计并扩大标签作用范围，也可作用于机械设备的油电路系统。
4.3.循迹系统的设计。循迹系统是基于ARM芯片设计的嵌入式系统应用。该电子装置能由经过设计的电磁信号，经运算后在屏幕上绘制每个测量点，并表示出该电缆的路径。设计要求识别率高，有一定的容错和智能算法。配合GPS、北斗芯片及地理数据库技术，能实现广域范围内半永久生产现场的动态安全管理。
4.4.定位标签的技术要求。如声磁系统、射频标签等应用，该标签要求覆膜制作，具有一定的耐水耐酸碱性。低价值的简单应用耐久性要求在高富碱水地区2-4年性能无变化。如标签本身成本较高，比如射频类标签，对于永久性半永久性应用环境，则要求有10-20年的恶劣环境耐久性。根据电缆线径要求可直接粘附或者挂贴。根据地埋电缆做法和附着物特性，要求含水率大于45%泥浆砂浆地区，标签作用范围不减低。安全报警类应用要求标签作用范围为0.3-1.5m左右。对于应用于无人机循迹，水下机器人寻缆的应用，在采用射频技术或者电磁分频定位技术时，要求加大适用距离和使用的系统频率，在可靠性设计和快速响应上应特别注意。
4.5.定位标签系统设计应注意采用无源设计，因为高价值电缆敷设的环境是水下或地埋，采用电池等有源系统设计，会增大施工成本和维护难度，有时甚至不可能。有源的设计方法亦会降低系统的可靠性。设计时也不要试图采用类似电磁充电线圈的半供电设计，因为也有可能会污染系统使用环境。
4.6.定位系统设计的识别方法应该采用系统方法，最好在不同频率及波形识别上进行考虑，配合特别设计的算法，可以大大提高识别率和可靠性。对于无线射频识别类应用，因其能提供更多有价值信息，所以可以设计更加复杂的富应用系统。
4.7.同时应用多种不同原理的综合性系统设计和应用。该电缆定位应用系统设计也不拘泥于单一原理和方法，可以综合应用。在设计时还是主要从需求出发。比如低价值电缆的安全应用，可以只考虑声磁电磁类原理应用。对于水下特种电缆，可以采用结合射频技术的应用，在敷设路径上的关键点，加设有源信息站点，以图实现有价值信息的传递。比如洋流、水温、海洋附生物的厚度等有效信息的系统递送。
5.小结
综上所述，本文对地埋及水下电缆的定位识别原理，定位循迹系统的设计、安全应用做出了一般综合性探讨。电缆是电力系统中的重要系统元件，无论应用于何种场景，无论电缆价值的高低，总有安全和额外维护需求。研究此类问题，并设计更好的智能电缆产品，对于未来我国智能化配电、物联网技术的应用发展有着更为重要的意义。
6.参考文献
1)GB/T 29797-2013 13.56MHz射频识别读/写设备规范,中国国家标准化管理委员会
2)GB/T 32830.1-2016 装备制造业 制造过程射频识别 第1部分：电子标签技术要求及应用规范, 中国国家标准化管理委员会
论文作者:陈航
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/24
标签：电缆论文; 系统论文; 射频论文; 标签论文; 技术论文; 水下论文; 信号论文; 《中国电气工程学报》2019年第2期论文;