引言
目前，变电站中大量使用二次电缆作为各个设备控制系统之间的信号传输介质，因此在电缆沟中会有数量众多的二次电缆堆叠摆放在一起的现象。变电站在需要改造或者检修时，因为无法准确的识别出电缆线路的路径走向，往往将拆除下来的电缆线直接置于电缆沟之中，使得新的电缆线便会与拆除下来的电缆线混杂在一起，导致电缆沟中的电缆线慢慢变多而无法处理。
在变电站二次检修工作的日常消缺和事故处理中，正确识别是理清二次回路找出缺陷的前提。在变电站的保护技术改造工作中，需要对原二次电缆进行逐一识别，弄清原电缆走向和功能后方能拆除。目前检修工作现场多采用对比电缆标牌，参考图纸的方式进行识别。本文通过研制基于电场感应的二次电缆识别仪，可在二次电缆不停电的情况下，通过仪器自身的判断，直接、准确、快速地识别出各条不同的电缆，可以大大提高电缆识别的效率，同时也提高了电缆识别的准确率和可信度。
1.现状分析
供电公司技改工程对象多为老旧变电站，且老旧变电站缺陷发生的比率往往大于新建变电站。调查2016年以来的开封市祥符区老旧变电站技改工程中电缆识别情况后，研究人员发现老旧变电站因年代久远，存在二次电缆标牌不规范或者字迹模糊不清、标牌缺失、少许电缆标牌标记错误等情况，造成可通过电缆标牌识别的电缆比例低下，通过电缆标牌来对电缆进行识别的比例平均只有63%。
对于“问题”电缆的识别，检修人员只能依靠经验和比对图纸等间接手段进行判断。这使得日常消缺和技改工程中对“问题”电缆识别费时费力，甚至造成电缆误识别，引起严重的安全事故。
研究人员对2015年以来消缺工作中遇到的“问题”电缆识别的耗时情况进行了统计，结果发现平均每根“问题”电缆识别耗时31分钟；技改工程中，“问题”电缆识别工作耗时以及占用踏勘总时间的比例较高，平均为37分钟。
以上统计可以看出，“问题”电缆识别工作耗时占工作总时间比例很高，其中在日常消缺、事故处理中平均耗时占比为47 %，技改工程中，平均耗时占踏勘总时间比例为50%。可见，提高“问题“电缆的识别效率可以有效提高检修工作效率。
综合上述调查，研究人员设想若能有一台二次电缆识别仪，在二次电缆不停电的情况下，通过仪器自身的判断，直接、准确、快速地识别出各条不同的电缆，便可以大大提高电缆识别的效率，同时也提高了电缆识别的准确率和可信度，保证了检修工作的展开。
2.基于电场感应的电缆识别技术
为解决废旧电缆拆除等工作带来的风险，本文采用通过电磁感应原理设计一个电缆识别装置，假设中心导体为无限长直导线，内绝缘层为良好绝缘体，其相对介电常数为εr，装置测量端为金属薄片，测量端在与中心导体同轴的圆柱面，其面积为S，中心导体轴线距离外壳的距离为k，中心导体半径为k1，则由泊松方程和第一类边界条件可得：
其中，其中ε0为真空介电常数，F（r）为测量端至中心导体的距离向量，E（r，t）为中心导体电位在测量端面所在位置产生的电场强度。在此电场作用下，测量端金属电极表面会出现感应电荷Q。此时在金属电极表面取一极小微元dS，其法向方向与电场E（r，t）同向。则由高斯定理可知，在此面积微元上产生的感应电荷量为：
由上式可知，在面积微元上产生的感应电荷随着中心导体电位在测量端面所在位置产生的电场强度的变化而变化。故感应电荷在与输出电缆连接的采样电阻Zcable上产生的电压为：
3.电缆识别装置研制方案
电缆识别装置利用了电磁感应原理，将导体放在变化的电场中时，导体内部的自由电子会受到电场力的作用，将向电场的反方向定向移动，使导体两端分别出现正、负电荷的现象，产生感应电荷。通过对电缆线加低压的交变电流，使电缆线产生电场，此时可在电缆线外放置铜片与电缆线的绝缘层形成一个平行电容器，通过测量铜片上是否产生感应电荷，进而判定需要更换的电缆线的位置，模型如图2所示：
从原理分析，要实现对带电电缆的识别，首先，必须实现将识别信号从电缆一端传递到另一端。由于变电站内均存在等电位接地网，并且所有二次电缆屏蔽层均两端接地，可以通过电缆屏蔽层或者备用电缆芯与接地网构成联通的电气回路，用于识别信号的传递，在电缆带电时进行识别。其次，用于识别的信号不能影响电缆的正常运行。由于对运行电缆影响最大的为工频干扰，因此，可以通过控制识别信号的频率范围和幅度，使之原理 50Hz 工频信号，避免对运行电缆造成影响。
基于上述原理，对电缆识别装置采用如下设计方案，电缆识别装置由检测和判别两部分内容组成，检测部分通过设计一个带有铜片的夹子，夹子上的铜片在与不同粗细的电缆接触时，其接触面积也会不同，因此需使夹子上的铜片面积足够大。在应用时，可使用在电缆线上的任意位置，方便快捷。电缆识别装置的一端通过夹子与电缆线接触，另一端连接有一个采样电阻，并连接虚地形成一个闭合电路，在电缆识别装置的判别部分中安装有两个LED灯，绿灯亮则为正确的线路，否则选择错误。
5.装置现场应用
2021年7月21日，在河南开封金明池变技改二期工程的前期踏勘中，小组成员对带电二次电缆识别仪进行效果检查。
金明池变技改工程主要是对 35kV 保护装置及测控装置的改造，前期踏勘中我们发现需要进行识别的电缆总数为 22 根，
其中，电缆标牌重叠，模糊不清的电缆有 8 根。小组成员分为两组，在二次电缆带电的情况下，对这 8 根“问题”电缆分别进行识别。第一组人员采用对比站内图纸，通过电缆的规格、颜色、芯数等间接手段辅助判断，反复比对确认进行识别，第二组人员则利用研制完成的带电二次电缆识别仪进行识别。统计结果见表 1。
在金明池变二阶段的技改过程中，小组成员验证了踏勘中识别的电缆，电缆全部识别正确，识别准确率达到 100%，前期踏勘时电缆均在正常运行状态，研制的带电二次电缆识别仪能够实现电缆带电状态下的快速识别电缆，“问题”电缆平均识别耗时 6.25 分钟，与用间接方法识别电缆平均时间 18.75 分钟对比，时间缩短 66.7%。
6.总结
本文根据二次回路传输电缆的交直流场强分布的特点,设计了一种传感器用于对电场的测量方案，在此基础上，研制开发出变电站二次回路判别和电缆识别检测装置，能够实现二次电缆的线路识别和二次回路通断状态的断线检测，包括对侧识别、电缆中间识别等电缆线的任意位置识别，可以快速地检测出需要更换电缆线的线路，实现对被检测变电站二次回路通断状态的检测。
本文研制的变电站二次回路判别和电缆识别装置，使用简单，便于携带，识别准确度高，解决了检修工作现场缺乏直接、有效的二次电缆检测工具，导致二次电缆识别可靠性低，且耗时耗力的问题。项目产生的经济效益和社会效益如下：
（1）大幅缩短了技改工程工期，平均单根电缆识别与通断状态检测时间可缩短 50% 以上。在检修过程中，减少了设备停电时间，保证了对用户的供电。
（2）使用带电二次电缆识别装置后，信号发生器产生一个小频率信号，通过电缆卡钳耦合至运行电缆屏蔽层，信号接收仪卡在待识别电缆与其他缆上将产生明显的幅值差异，从而识别出电缆。这种方法解决了原本使用间接识别法识别速度慢，且可靠性不高的缺陷，二次电缆带电识别借助直观、可靠的仪表指示，使得识别迅速准确。此外，通过使用带电二次电缆识别装置，大幅减少检修停电时间，且缩短技改工程工期，减轻了检修人员的工作量，同时也为公司提高了经济效益。
综上所述，由于变电站在二次线拆除工作中导致故障时有发生，且有时造成了保护误跳，导致一定范围的停电事故。使用本项目研制的变电站二次回路判别装置后，解决了原先使用间接识别法识别速度慢，且可靠性不高的缺陷，能够为电气设备故障分析及继电保护设备提供新的途径。
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