地下管线故障点探测仪工作原理及结构

河北省保定市是世界自然基金会“中国低碳城市发展项目”首批试点城市之一，近年来大力推进分布式光伏发电发展。保定供电公司服务分布式光伏发电并网消纳，开展有源配电网管理及技术探索，提升有源配电网运行管理水平。

“逆变器数据上传、指令响应一切正常，测试成功。”2月7日，在河北省保定市徐水区的一个分布式光伏发电项目现场，保定供电公司工作人员刘东宇完成该公司首台分布式光伏调相进相逆变器的调试工作。调相进相逆变器可以精准响应调度指令，参与分布式光伏台区电压调节，助力有源配电网运行管理水平提升。

2021年7月至今，保定供电公司依托国家电网有限公司新型电力系统分布式新能源调度综合试点建设，抓住保定市入选世界自然基金会“中国低碳城市发展项目”首批试点城市契机，积极开展有源配电网管理及技术探索，助力新型电力系统建设。

第1章  概  述（WBST-200地下管线故障点探测仪工作原理及结构）

WBST-200管线综合探测仪由一台发射机、一台接收机及附件构成，用于地下管线路由的精准定位、埋深测量和长距离的追踪以及对管线绝缘故障点的测量查找。管线综合探测仪采用了多线圈电磁技术，提高了管线定位定深的精度和目标管线的识别能力，在管线密集复杂的区域也能准确地对目标管线进行追踪和定位。因而管线综合探测仪在电信、网通、移动、联通、铁通、电力、自来水、煤气、物探、石化和市政等行业得到了广泛的应用。

WBST-200管线综合探测仪提供多种可选附件，从而增加了它们的用途，扩展了它们的应用范围。

使用管线综合探测仪之前请阅读本手册。

第2章  主要功能、特点和技术指标（WBST-200地下管线故障点探测仪工作原理及结构）

2.1主要功能

1、测定地下管线的路由

2、测定地下管线的埋深

3、多管线的情况下目标管线的识别

4、检测并定位管线绝缘故障点

2.2主要特点

1、采用先进的信号处理技术、*新的集成电路元器件以达到优异的测试性能。

2、测量信号的多种发送方式:

（1）注入法：用于有注入点的管线。

（2）钳夹法：用于被测管线有一段外露，便于钳夹夹钳的管线。

（3）感应法：用于无注入点或无外露的管线。

3、多种测量频率：有480Hz、7.7KHz、31KHz和61KHz四种有源频率以及电力线缆的50Hz无源频率；用户可以根据环境的不同进行选择（如需要采用特殊测量频率，请在定货合同中注明）。

4、提高测试效率的不同的定位模式和功能：

（1）峰值模式：通过测量信号的极大值来确定路由的位置。

（2）谷值模式：通过测量信号的极小值来确定路由的位置。

（3）路由定向：直观、迅速地指示路由的方向。

（4）绝缘故障查找（FF）: 查找并定位出管线绝缘恶化导致的故障点。

（5）听诊器：通过听诊头从众多管线中识别出信号所加载的管线。

5、辅助功能：

（1）接收增益自动调节：自动调节接收机的增益以使接收机处于优化状态，免去了手动调节的繁琐。

（2）声响功能：接收机通过喇叭发出的音调变化直观地反映测量的信号大小。

（3）管线状态检测：发射机在做注入模式时，首先检测管线的绝缘电阻，残余电压，再将信号施加到目标管线上。当管线上绝缘电阻较小（近于对地短路）发射机将自动退出该模式，当残余电压较大时发射机告警，操作人员应立即停止信号的加载，关闭发射机。

（4）电池电量检测：电池电量的实时检测，当电量低到保护值时会发出报警自动关机。

（5）节电功能：发射机开机30秒左右未按其它键、接收机开机操作后，若10分钟左右未再按其它键时，机器会自动关机，以节省电池电能。

2.3 技术指标（WBST-200地下管线故障点探测仪工作原理及结构）

2.3.1发射机技术指标

2.3.2接收机技术指标

注:正常情况下指所测试的管线在上述测量范围内没有绝缘故障及其它干扰。

2.3.3 环境要求

2.3.4 物理特性

组件一（仪表组合）

用户可以选配组件：

组件二（故障查找支架）

第三章  工作原理（WBST-200地下管线故障点探测仪工作原理及结构）

3.1探测仪路由查找原理

根据电磁理论，交变的电流在空间产生一变化的磁场，其关系满足安培环路定律。如果周围是均匀介质，加载交流电流的导体足够长、直时，在该导体周围产生一个同轴的交流电磁场，磁场强度的大小正比于电流，反比于到导体的距离。如将一线圈置于这个磁场中，在线圈内将感应产生一个同频率的交流电压，感应电压的大小取决于该线圈在磁场中的位置，当磁力线方向与线圈轴向平行时，线圈感应的电压水平分量呈极大，如图3.1所示;当线圈轴向与磁力线方向垂直时，感应的电压水平分量*小，为极小值；如图3.2所示。探测仪正是利用这一特点实现埋于地下的管线的路由查找。这两种极大值、极小值的探测方法即对应测量路由的峰值、谷值法。

3.2探测仪埋深测量原理

接收机内有上下两个相同的水平放置的线圈，它们之间的距离已知。在路由正上方测量得到的上下传感线圈的信号强度，按照电磁理论，可以反推算出未知的目标管线埋深大小。

假设接收机内两平行的探测线圈的中心距为L，在路由的正上方检测到的信号分别为v1、v2，则埋于地下D处的管线理想情况下满足公式：D=L/（V2/V1-1）

探测仪正是利用这样的关系实现直读法测量管线的埋深。

3.3探测仪绝缘故障查找原理

直埋于地下的管线外层多包以绝缘护套，正常的情况下对地应有极高的阻抗，但随着时间的推移，因种种原因而导致管线的绝缘性能逐步下降，等效的绝缘电阻可降为几MΩ、几十KΩ，直至完全对地短路，进一步恶化便可导致管线的断裂，造成更大的损失。及时地查找出管线的绝缘故障点，是管线维护工作的重要一环。

采用探测仪的绝缘故障查找功能（FF）便可够迅速及时地检测出管线的绝缘故障点。发射机采用直接注入工作方式，将故障查找的专用信号加至管线上，如图3-4所示。信号在故障点处通过大地向外泄漏，电位大小则以故障点为中心，球面型径向地非线性衰减。将与接收机相连的辅助故障查找支架插入地表面，获取泄漏的信号特性，即可测量出故障点所在方向。按接收机显示的指示箭头，通过多次的反复，*终便可查找出泄漏信号的故障点。

第四章  操作简介（WBST-200地下管线故障点探测仪工作原理及结构）

4.1 发射机操作简介

发射机的面板图：

发射机采用了高性能微处理器进行控制，汉字显示界面，操作直观方便。具有输出信号强度记忆保持，注入方式下实时监测输出电流大小功能。每次按键将点亮背光，8秒后自动熄灭，以节省电池能量。

4.1.1 按键功能说明

4.1.2 显示屏功能说明

发射机正常工作时的界面如图所示，这是注入模式测量下的典型画面。

其中：

：当前电池状态，中填栅格分五种图示表示。一旦检测到电池电压低于保护值时即告警并自动关机。

480Hz： 对应当前的频率选择，如想修改发射信号的频率，必须首先退出发射状态。可能的频率选择取决于信号发射模式，请参见技术指标一节。

10%：为信号输出的强度。通过键可以增大或减小调节。范围从0%至100%。

6mA：对于注入模式，界面上还显示了当前发射到管线中的电流大小，如图示的6mA。这一值会因管线传输过程中逐渐减小，和远端接收机的电流测量值可能相差较大。

：  动画的发射图符动态地表现了运行状况。

4.1.3发射机的基本使用方法

发射机有四种工作模式：注入、感应、钳夹和故障查找。根据测试地点的实际情况和目的选择其中之一。一般的管线路由查找和埋深测量时，可能的情况下优选注入法，但它必须要能将发射机的金属线夹（红色）直接连接到管线上去，例如夹到通信线缆的出线端子、金属管道连接的螺栓等。钳夹法的效率居中，但也必须测试管线要有一段暴露在外，如检查井、人井或进出入房间的管道，钳夹能夹住管线的地方。*后的方法是感应法，在管线可能经过的上方，打开发射天线，和接收机配合，反复几次调整，*终确定一个*佳的方位，使得发射的效率*大。而故障查找模式主要用于查找并定位出管线绝缘恶化导致的故障点。

按下发射机键后，首先仪器对电池电量测量，由于发射机满功率工作时耗电较大，事先的检查给操作人员提供了预算可能工作的时间。

频率的选择依模式而不同，可参见技术指标一节。频率的改变只能在信号未发射的准备状态进行，换言之，在信号发射已启动后想改变成其它的频率，则先要按键退出发射后才能再做改动。

四种工作模式下发射机都分别设定了一个基本的发射强度值，分别为10%，80%，50%和10%。无论在准备状态或发射进行中都可以根据实际情况通过 >发射机默认的工作模式是注入法，通过键来增大、减小调节输出信号的强度。

信号的发射只有在按下键后才有功率向外输出。在这之前的一切准备工作都是可靠的，例如注入法下固定接地插针，将红色信号输出夹夹住出线端子等工作，一旦信号发射后，由于输出电压可能高达上百伏，这时再去调整发射机的接线状况就有可能很危险了，切记再次按下 �式是注入法，通过键，确定已退出发射状态后再进行！

是否处于发射状态，液晶屏上的运行图符直观形象地表现了这点。

发射机在大功率发射时（如感应模式下），电池电量注意不要耗到*后的一个栅格，那时虽然还能工作且没到自动关机状态，但发射的功率已不稳定，接收机的测量误差较大。

4.1.4发射机的配件

1、信号输出线

在注入模式下，通过输出线将发射机信号直接加载到目标管线上。红色夹接被测管线，黑色夹接地。

2、接地棒

接地棒用来接地，提供信号回路。

3、钳夹

对多条同向管线进行识别时，特别是管道里的管线用原有方式很难识别，钳夹是一种比较好的方法，可以直接套住目标管线进行加载信号。

4、故障查找支架（选配件）

专用的故障查找支架连接接收机可查找出管线绝缘恶化导致的故障点。

4.2 接收机操作简介

接收机面板图：

注：接收机同样用了高性能微处理器进行控制，汉字结合图符的显示界面使操作方便直观。

4.2.1 按键功能说明

4.2.2 显示屏功能说明

路由测量（峰值）时显示屏状况如下：

路由测量（谷值）时显示屏状况如下：

其中：

99：信号相对增益值，从1至99，手动调节时，按键可以修改此值。

A：路由测量自动优化状态，按键后进入手动调节测量状态，显示。

路由：当前为路由测量状态，按键可转入测量埋深。

：峰值测量模式，在路由正上方时测量值*大。如再次按下键则转入谷值测量状态，图符切换为。

：谷值测量状态，在路由正上方时测量值*小。

480Hz：表明当前测量模式下的工作频率，按键可切换，切换顺序为：480Hz、7.7KHz、31KHz、61KHz和50Hz。

：为信号的棒图，长度和相对百分比值一致。

3618：四位数值表明路由信号的实测强度。

45%：在当前增益下的信号相对大小，用百分比值表示。

：定向指示，表明管线在测试者的右（或，管线在测试者的左）侧，提高查找路由的效率。

注意：当信号太弱或离管线距离较远时，定向指示左右不定，所指方向此时无意义。

：表示当前电池状态，栅格分五种状态表示。一旦检测到电池电压低于保护值时即告警并自动关机。

埋深测量时显示屏状况如下：

其中：

s:100cm：埋深测量的统计平均值，它将平滑干扰导致的测量波动，更加接近真实的埋深值。

99： 表示为当前所测埋深值，按下路由键后返回峰值测量状态。

12mA：为电流测量（CM）的显示值，表明下方管线中流经的信号电流大小。

480Hz：工作频率。

3280： 当前管线路由值。

：  当前电池状态。

故障查找时显示屏状况如下：

其中：

66：信号相对增益值；从1至99，手动调节时，按键可以修改此值。

A：路由测量自动优化状态，按键后进入手动调节测量状态，显示。

3210：当前管线故障点泄漏信号大小。

51%：在当前增益下的信号相对大小，用百分比值表示。

：表示故障测试状态。

：表示故障点在故障查找支架绿杆的前方（或，表示故障点在故障查找支架红杆的后方）。

4.2.3 接收机的基本使用方法

接收机的主要功能是路由的查找和管线埋深的测量及目标管线的识别和管线绝缘故障点的检测。通过发射机发射的信号在测试点处的二次辐射，接收机的传感线圈从周围的噪声中识别出该信号，按照前面介绍的电磁理论，判断出埋在下方的管线位置，进而测量出埋置的深度。由于外界环境状况的复杂多变，甚至完全捉摸不定，这给地下管线探测带来了一定的难度。WBST-200型管线探测仪提供了一系列的辅助功能和配件，如路由定向、故障查找专用支架、声响提示、听诊器等，更有效地实现管线探测定位。

4.2.3.1查找路由

接收机开机后即进入路由测量模式。默认的是峰值测量模式，按键可在峰值或谷值模式下切换。峰值测量的精度远远高于谷值法，因此，在一般的路由定位工作中都应该使用峰值响应。但谷值法测量时信号的变化率大，即偏离路由正上方时明显地可观察到信号的显著变化，它常用来验证峰值响应，或进行管线的快速跟踪。

接收机的频率选择是被动的，它必须和发射机的信号频率保持一致。

在路由测量时，声音的音调变化直观地反映了接近路由的情况，这给探测人员减轻了直盯屏幕产生的疲劳。峰值测���时，越接近路由上方，信号越大，声音越尖锐越急促；反之，越低沉越缓慢。环境嘈杂时可通过键，进入音量调节菜单，改变喇叭的声响强度。

接收到的信号大小由显示屏的左下角无量纲的表示，它既与发射信号的强度有关，又取决于离管线的远近。接收机的自动增益优化调节，随着接收到的信号调节放大增益倍数，同时控制*后的信号模数转换处于信噪比*佳的区域。屏幕的左上角表明放大增益值，中间区域的百分比值则表明该增益下的信号相对大小。当需要使增益固定而观察信号大小的变化特性时，按键可人为修改放大倍数，同时也使增益调节转换为手动方式。

谷值测量模式下，考虑到在路由上方信号变化率大，为了能较清楚地观察到信号的变化，进入此模式下既改为手动增益调节。测试中有可能当偏离路由，信号又较大时，相对值有可能达到99%，进入饱和状态，或者信号相对百分比过小，这时都需要通过键修改放大倍数，使相对值回到适当的范围。

峰值测量模式下，接收机提供了定向功能。中间的箭头提示测试人员应该探测的方向，向左移或向右移。离管线太远、发射信号较小、环境噪声太大，都会影响定向功能的准确性，表现的就是箭头指向左右反复不定。定向指示有效的判断方法是：箭头指向不变，手持接收机旋转180度后指示方向相应反转。

4.2.3.2埋深测量

埋深测量是在路由的正上方，接收机垂直且贴近地面，在路由信号值稳定时按下键，进入管线埋深测量。约十秒后屏幕显示直读法测量的埋深值，以厘米表示。

测得结果有时无法判断它是否准确，一个技巧的方法是，回到路由状态，将接收机垂直提升约20厘米，再次测量埋深，如果结果也相应增大20厘米左右，则测量是可信的。

但由于测量环境存在较大干扰的情况居多，测量的埋深可能有所波动，甚至超过设计技术指标，进入埋深测量后测量连续进行，每次既显示当前测量值，同时又对已测得数值作统计平均，显示的平均值将更接近于实际的埋深。

埋深测量时要保证接收机的状态不能改变，如果发生状态改变，如此时发射机的信号强度发生了变化，或接收机位置偏移、抬高了，都将导致测量的埋深值不真实，这时应重新回到路由状态，待路由值稳定后再测量埋深。

4.2.3.3故障查找（FF）

将故障查找支架输出信号线的航空插头应可靠地插入接收机听诊器插座。通过面板的键进入菜单功能，由键选择故障查找模式。确定后接收机转入故障查找，屏幕显示为图4-8。

测量的前进过程中手持的故障查找支架的绿（Green）杆在前，红杆（Red）则在后。只有当支架的两针可靠地插入泥土中读取的值才为有效。如指示的故障方向箭头稳定不变时即表明故障点所在的方向，如上图示，即表明故障点在测试人员行进的前方，反之如是朝下的箭头，表明故障点在红杆的一侧，即行走的反方向上；通过箭头的方向的改变点即可判断出绝缘故障点的发生地。

对测量过程中如检测到的信号值较小，增益也已*大，但方向箭头上下不确定地跳变，不能准确地判断出故障点时其原因可能是：

·发射机的输出信号调得较小；

.测量点距故障点太远；

·故障泄漏不明显，其对地绝缘电阻可能大于几兆欧以上。

如要回到常规的路由测量模式，必须先打开菜单设定选项，在“故障查找”功能下选择“退出”方可。

4.2.4 接收机的配件

1．故障查找支架（含专用连接线）

当管线的绝缘性能下降，等效的绝缘电阻降低甚至完全对地短路时，采用探测仪的绝缘故障查找功能（FF）便可够迅速及时地查找出管线的绝缘故障点。

2．听诊器

对于多根管线，用常规的路由测量方式无法判断目标管线时，可采用听诊方式查找出目标管线。

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