摘要：本文提出了一种基于电磁和辅助手段来判断地下电缆走向及深度的方法，具有较强的实用性。
关键词：地下电缆；电磁探测法
一、引言
目前，我国城乡电网大量采用电力电缆线路输配电。然而，随着城市的发展，原有地貌和地下管线都有较大变化，加之电网改造、电缆搬迁和故障电缆修复等原因，原有图纸已经不能正确反映电缆铺设路径和深埋情况，尤其是近些年城市基础设施的加快，外力对电缆的破坏日益突出，成为影响电缆安全运行的主要因素，给电网安全带来了很大威胁。为保证电缆安全运行，需对电缆进行有效探测，并建立完善的电缆线路管理系统。
电磁探测技术是目前电缆路径探测和深度测量常用且有效的方法，用电磁探测法工作时，具有激发和测量无需接地、测量系统轻便省电、方式灵活，并对地下管线可连续追踪等优点。本文提出了一种通过磁场强度来判断地下电缆走向及深度的方法，并对一些关键问题给出相应的解决办法，实践证明，该方法具有较强的实用性。
二、实现原理
电磁法探测电缆主要是利用电磁感应原理，当发射机向待测电缆施加（直连或感应）一定频率的信号电流后，该电流在待测电缆中流动并在其周围空间产生一个电磁场，用接收机在地面上测量该电磁场的强度及其分布便可确定被测电缆的位置和深度，以实现被测电缆定位。
如下图1所示，A点是地下待测电缆（此时已经施加了电流I），待测电缆通电后的磁场以同心圆的形式往外扩，OA为垂直地面的一条线。P为此时地上面工作人员所在测点，H为P点的磁场强度，Hx、Hy分别为磁场强度H在水平方向与竖直方向的分量。R为待测电缆到地上测点的距离，d为地下电缆离地面的深度。α为AP两点连线与竖直方向OA的夹角。m为P点到O点的距离。
地面测量点p处的磁场磁场强度为：
（1）
其中K为场强系数，I为电流强度，R为电缆周围任意一点距电流中心的距离。
P点处磁场强度水平方向与竖直方向的分量Hx、Hy如下：
（2）
（3）
Hx（红色）、Hy（蓝色）的图像如下图2所示：
图1：磁场分布示意图
图2：磁场分量函数图
三、探测水平位置和深度
如上面图2中红色函数图像所示，地面测点水平方向磁场Hx的具体特征如下：
（1）当m=0时，Hx得到最大值：
；
（2）Hxmax随着管线的埋深增大成反比下降；
（3）在公式（2）中，当m/d=1或-1时，
，即当测试点偏离地下电缆位置一定深度的距离时，测得的Hx是Hx最大值的一半，因此有该点可以作为验证探测深度准确性的特征点。
如上面图二中蓝色函数图像所示，地面测点竖直方向磁场Hy的具体特征如下：
（1）当m=0时，Hy=0，即有竖直信号在管线正上方时场强最小，可用此特征来确定管线的位置；
（2）对公式（3）进行求导，有：
，当m/d=1或-1时，Hy获得极值，即有
，此时可以确定点下电缆深度d。
四、关键问题及解决方法
由于地下电缆情况异常复杂，电磁法在实际测量中会受到很多因素影响。主要问题有旁线干扰和信号偏微弱，具体解决方案如下：
1、旁线干扰：在测量时，旁线存在的其水平分量Hx，假若有a根旁线干扰，实际上测得的水平分量
，使得地下电缆定位出现偏差。为解决旁边电缆带来的干扰，我们可以采取措施弱化相邻管线的信号强度，具体方法如下：
（1）、在地下管线密集区，减少使用感应法施加探测信号，改用有针对性的单线感应法或直接接入等方法；
（2）、用归纳的方法只有当信号感应区域选择与相邻管线的距离，或通过定向诱导的方法；
（3）、采取共同地或其他电气连接管道的隔离措施近端，断开电气连接可以减少信号并联，断开电气连接的远端可以避开干扰
2、信号微弱：地下电缆深处地下，一般情况下，信号偏弱，这会给地下电缆探测带来一定难度。实验表明，到信噪比降到一定程度时，Hy的峰值会出现不稳定性，信号的不稳定会导致地下电缆定位的不准确。信噪比的问题归结为信号与噪声两个部分，由于外界噪声很难控制，通常采用锁定放大器的滤波的方式屏蔽噪声，窄带滤波器能较好地提高信噪比；其次就是要提升磁场信号了，可采取以下方式：
（1）、在安全的范围内，提高发射机的功率，增加信号强度；
（2）、选择更为恰当的方式进行信号加入，比如说，改感应法为直联法等等；
（3）、对于长距离的管线可以使用较低的频率来避免信号过快的衰减。
五、结束语
城市建设迅猛发展，地下电缆情况愈渐复杂，对地下电缆探测的任务越来越变得紧迫和需要，本文提出的基于磁场强度判断地下电缆位置和深度的方法具有较强的参考价值。
参考文献：
[1]张汉春，莫国军. 特深地下管线的电磁场特征分析及探测研究[J].地球物理学进展 2006（4）：1314~1322.
[2]刘英，李文沛，曹晓珑等 隧道敷设交流电缆路线的T频磁场特性[J].电力建设，2014，（8）：91-96.
[3]陈红旗，张小趁. 城市地下管线高精度电磁法探测技术[J]勘察科学技术，2004（1）：61~64.
论文作者:李蕊,刘春波,陈习,许家伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/16
标签：电缆论文; 地下论文; 管线论文; 信号论文; 磁场论文; 磁场强度论文; 深度论文; 《电力设备》2018年第15期论文;