变电站二次控制电缆路径检测方法和装置

技术领域

本申请属于电力技术领域，尤其涉及变电站二次控制电缆路径检测方法和装置。

背景技术

近年来，随着城市建设的快速发展，电力电缆已经广泛得到应用，电力电缆维护的工作量也在增加。由于原始电力电缆路径资料不尽如人意，城市建设日新月异，电力电缆维护人员岗位调整等客观原因，电力电缆路径的探测与电力电缆的识别成为电力电缆维护工作中极其重要的一环。如果无法明确电力电缆路径，将增加工程施工时损伤供电电力电缆事故率；不知道电力电缆具体走向，就无法对电力电缆的故障点进行查找，影响了抢修的速度和恢复供电的时间。因此，对电力电缆路径的检测具有十分重要的社会和经济效益。

传统的电力电缆路径检测是基于无线射频识别技术实现的，即在电力电缆上每隔一定距离设置一个电子标签，该电子标签中设置电力电缆的相关信息。之后，工作人员手持阅读器向电子标签进行信息交互，读取电子标签中的电力电缆的相关信息，根据读取的电力电缆的相关信息确定电力电缆的路径。

然而，传统的电力电缆路径检测需要依赖于预先设置在电力电缆上的多个电子标签，而电子标签则需要人工定期维护，而这无疑会大大增加电力电缆路径检测所需要的人工成本和设备成本。

发明内容

为克服相关技术中存在的问题，本申请实施例提供了变电站二次控制电缆路径检测方法和装置。

本申请是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种变电站二次控制电缆路径检测方法，包括：

向变电站二次控制电缆中注入探测信号；

通过三轴磁阻传感器在预设区域的多个位置检测得到实测磁场分布信息，所述预设区域为变电站二次控制电缆上方的区域；

将所述实测磁场分布信息与理论磁场分布信息进行比对，所述理论磁场分布信息为通过实验确定的、且到变电站二次控制电缆的垂直距离为预设距离处得到的磁场分布信息；

根据所述实测磁场分布信息与理论磁场分布信息的匹配情况，确定变电站二次控制电缆的路径。

结合第一方面，在一些实施例中，所述理论磁场分布信息的确定过程包括：

对控制电缆进行建模，得到控制电缆模型，所述控制电缆模型包含控制电缆的结构信息；

对控制电缆的敷设环境进行建模，得到敷设环境模型；

基于所述控制电缆模型和所述敷设环境模型，获取单根控制电缆的第一磁场分布和多根控制电缆的第二磁场分布；

根据所述第一磁场分布和所述第二磁场分布，确定所述理论磁场分布信息。

结合第一方面，在一些实施例中，所述控制电缆的结构信息包含电缆结构和材质，所述电缆结构包含导体直径、内绝缘厚度、内护套厚度、铠装厚度和外护套厚度，所述材质包含导体的材质、内绝缘的材质、内护套的材质、铠装的材质和外护套的材质；

所述敷设环境模型包含敷设环境的结构参数；对于控制电缆敷设在电缆隧道内的情况，所述敷设环境的结构参数包括隧道宽度、隧道高度、电缆支架层数、支架间距、支架宽度和电缆放置方式；对于控制电缆敷设在地面下的情况，所述敷设环境的结构参数包括土壤、埋深和电缆放置方式。

结合第一方面，在一些实施例中，所述获取单根控制电缆的第一磁场分布和多根控制电缆的第二磁场分布，包括：

对所述控制电缆模型进行网格划分；其中，电缆线芯表层的网格划分密集度大于线芯内部的网格划分密集度，网格划分为三角形、四边形、六节点的三角形中的任一模式；

基于网格划分后的控制电缆模型，获取单根控制电缆的第一磁场分布和多根控制电缆的第二磁场分布。

结合第一方面，在一些实施例中，所述单根控制电缆的第一磁场分布的获取过程包括：

向所述单根控制电缆中注入预设电流大小的三相工频交流电，获取所述单根控制电缆的第一磁场分布；

所述第一磁场分布包含：

A相线芯表层磁场最大，B相线芯和C相线芯的磁场极值处于B相线芯、C相线芯与A相线芯紧邻出的线芯表层；所述单根控制电缆外一周的磁场分布曲线呈抛物线状，且控制电缆正上方的磁场分布最强，随着路径延顺时针移动，磁场越来越小；其中，所述磁场分布曲线为在所述单根控制电缆外的某一圆周上，随着位置的逐渐移动，对应的磁感应强度的大小的变化曲线。

结合第一方面，在一些实施例中，所述多根控制电缆的第二磁场分布的获取过程包括：

向所述多根控制电缆中的每根控制电缆均注入预设电流大小的三相工频交流电，获取所述多根控制电缆的第二磁场分布；

所述第二磁场分布包含：

磁感应强度主要分布在所述多根控制电缆的内部，所述多根控制电缆的外部的磁感应强度相对较小；磁感应极值位于所述多根控制电缆的正上方的某一位置，所述多根控制电缆外一周的磁场分布曲线呈抛物线状，且控制电缆正上方的磁场分布最强，随着路径延顺时针移动，磁场越来越小；其中，所述磁场分布曲线为在所述多根控制电缆外的某一圆周上，随着位置的逐渐移动，对应的磁感应强度的大小的变化曲线。

结合第一方面，在一些实施例中，所述理论磁场分布信息包括：

所述控制电缆包含A相线芯、B相线芯、C相线芯和中性线芯，其中A相线芯位于中性线芯上方，B相线芯和C相线芯位于A相线芯和中性线芯之间，A相线芯、B相线芯、C相线芯和中性线芯构成正方形，且控制电缆的轴心为该正方形的中心；

在控制电缆轴心上方预设距离处P点的三相线芯所产生的磁感应强度为：

P点处的磁感应强度总和为：B＝B

其中，P点位于A相线芯和中性线芯的连线上，且距离控制电缆的轴心的距离为d；B

结合第一方面，在一些实施例中，所述探测信号为预设大小的电流、且频率可调的信号；其中，随着探测信号频率的增大，电磁感应强度对应衰减。

结合第一方面，在一些实施例中，所述根据所述实测磁场分布信息与理论磁场分布信息的匹配情况，确定变电站二次控制电缆的路径，包括：

若某位置的实测磁场分布信息与理论磁场分布信息匹配一致，则确定该位置为变电站二次控制电缆路径中的一个位置；

根据实测磁场分布信息与理论磁场分布信息匹配一致的各个位置生成变电站二次控制电缆的路径。

第二方面，本申请实施例提供了一种变电站二次控制电缆路径检测装置，包括：

信号注入模块，用于向变电站二次控制电缆中注入探测信号；

磁场分布检测模块，用于通过三轴磁阻传感器在预设区域的多个位置检测得到实测磁场分布信息，所述预设区域为初步确定的变电站二次控制电缆的路径，所述三轴磁组传感器到变电站二次控制电缆的垂直距离为预设距离；

磁场分布比对模块，用于将所述实测磁场分布信息与理论磁场分布信息进行比对，所述理论磁场分布信息为通过实验确定的、且到变电站二次控制电缆的垂直距离为预设距离处得到的磁场分布信息；

路径确定模块，用于根据所述实测磁场分布信息与理论磁场分布信息的匹配情况，确定变电站二次控制电缆的路径。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例，向变电站二次控制电缆中注入探测信号，之后通过三轴磁阻传感器检测得到多个位置的实测磁场分布信息，再将实测磁场分布信息与理论磁场分布信息进行比对，根据实测磁场分布信息与理论磁场分布信息的匹配情况，可以确定变电站二次控制电缆的路径中的多个位置，根据该多个位置即能够确定变电站二次控制电缆的路径，从而能够实现对变电站二次控制电缆的路径进行检测，而且所需的人工成本和设备成本较低。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的变电站二次控制电缆路径检测方法的流程示意图；

图2是本申请一实施例提供的控制电缆周围P点的磁场计算原理图；

图3是本申请一实施例提供的控制电缆截面仿真图；

图4是本申请一实施例提供的电缆隧道的敷设模型示意图；

图5是本申请一实施例提供的地埋电缆敷设模型示意图；

图6是本申请一实施例提供的单电缆情况下电缆外层一周的磁场分布；

图7是本申请实施例提供的变电站二次控制电缆路径检测装置的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

图1是本申请一实施例提供的变电站二次控制电缆路径检测方法的流程示意图，参照图1，对该变电站二次控制电缆路径检测方法的详述如下：

步骤101，向变电站二次控制电缆中注入探测信号。

示例性的，该探测信号可以为预设大小的电流、且频率可调的信号。

一种场景中，在需要检测某根控制电缆的路径时，可以在该控制电缆的地上一端向该控制电缆注入探测信号，之后执行后续步骤。

又一种场景中，在需要检测多根控制电缆的路径是，可以在该多根控制电缆的地上一端，分别向每根控制电缆注入探测信号，之后执行后续步骤，确定每根控制电缆的路径。

步骤102，通过三轴磁阻传感器在预设区域的多个位置检测得到实测磁场分布信息，所述预设区域为变电站二次控制电缆上方的区域。

示例性的，在对控制电缆注入探测信号后，可以通过三轴磁阻传感器在变电站二次控制电缆上方的区域检测得到实测磁场分布信息，得到实测磁场分布信息和检测位置的对应关系。

步骤103，将所述实测磁场分布信息与理论磁场分布信息进行比对，所述理论磁场分布信息为通过实验确定的、且到变电站二次控制电缆的垂直距离为预设距离处得到的磁场分布信息。

一些实施例中，所述理论磁场分布信息的确定过程可以包括：对控制电缆进行建模，得到控制电缆模型，所述控制电缆模型包含控制电缆的结构信息；对控制电缆的敷设环境进行建模，得到敷设环境模型；基于所述控制电缆模型和所述敷设环境模型，获取单根控制电缆的第一磁场分布和多根控制电缆的第二磁场分布；根据所述第一磁场分布和所述第二磁场分布，确定所述理论磁场分布信息。

其中，所述控制电缆的结构信息包含电缆结构和材质，所述电缆结构包含导体直径、内绝缘厚度、内护套厚度、铠装厚度和外护套厚度，所述材质包含导体的材质、内绝缘的材质、内护套的材质、铠装的材质和外护套的材质；所述敷设环境模型包含敷设环境的结构参数；对于控制电缆敷设在电缆隧道内的情况，所述敷设环境的结构参数包括隧道宽度、隧道高度、电缆支架层数、支架间距、支架宽度和电缆放置方式；对于控制电缆敷设在地面下的情况，所述敷设环境的结构参数包括土壤、埋深和电缆放置方式。

一些实施例中，上述获取单根控制电缆的第一磁场分布和多根控制电缆的第二磁场分布，具体可以为：对控制电缆模型进行网格划分；其中，电缆线芯表层的网格划分密集度大于线芯内部的网格划分密集度，网格划分为三角形、四边形、六节点的三角形中的任一模式；基于网格划分后的控制电缆模型，获取单根控制电缆的第一磁场分布和多根控制电缆的第二磁场分布。

构建控制电缆模型后，需对模型进行网格划分。网格划分与仿真精度和计算效率息息相关。若网格划分粗大，则仿真精度低，但计算时间段；若网格划分精细，则仿真精度高，但计算时间长。为匹配精度与速度，网格划分可以为三角形、四边形、六节点的三角形等任一模式。

由于控制电缆正常工作时施加的是工频交流电压，交流电在电缆线芯中会产生集肤效应，导致磁场集中分布在电缆线芯表层。因此，需要在电缆线芯表层进行网格精细划分，而线芯内部的网格划分可以相对减少，即电缆线芯表层的网格划分相对于线芯内部的网格划分更为密集，由此得到出一种表层密集内部稀疏的网格划分结果。如此对控制电缆进行网格划分能够既兼顾仿真精度又兼顾计算效率。

示例性的，所述单根控制电缆的第一磁场分布的获取过程包括：向所述单根控制电缆中注入预设电流大小的三相工频交流电，获取所述单根控制电缆的第一磁场分布。所述第一磁场分布包含：A相线芯表层磁场最大，B相线芯和C相线芯的磁场极值处于B相线芯、C相线芯与A相线芯紧邻出的线芯表层；所述单根控制电缆外一周的磁场分布曲线呈抛物线状，且控制电缆正上方的磁场分布最强，随着路径延顺时针移动，磁场越来越小；其中，所述磁场分布曲线为在所述单根控制电缆外的某一圆周上，随着位置的逐渐移动，对应的磁感应强度的大小的变化曲线。

示例性的，所述多根控制电缆的第二磁场分布的获取过程包括：向所述多根控制电缆中的每根控制电缆均注入预设电流大小的三相工频交流电，获取所述多根控制电缆的第二磁场分布。所述第二磁场分布包含：磁感应强度主要分布在所述多根控制电缆的内部，所述多根控制电缆的外部的磁感应强度相对较小；磁感应极值位于所述多根控制电缆的正上方的某一位置，所述多根控制电缆外一周的磁场分布曲线呈抛物线状，且控制电缆正上方的磁场分布最强，随着路径延顺时针移动，磁场越来越小；其中，所述磁场分布曲线为在所述多根控制电缆外的某一圆周上，随着位置的逐渐移动，对应的磁感应强度的大小的变化曲线。

示例性的，所述控制电缆包含A相线芯、B相线芯、C相线芯和中性线芯，其中A相线芯位于中性线芯上方，B相线芯和C相线芯位于A相线芯和中性线芯之间，A相线芯、B相线芯、C相线芯和中性线芯构成正方形，且控制电缆的轴心为该正方形的中心。

所述理论磁场分布信息包括：

在控制电缆轴心上方预设距离处P点的三相线芯所产生的磁感应强度为：

P点处的磁感应强度总和为：B＝B

其中，P点位于A相线芯和中性线芯的连线上，且距离控制电缆的轴心的距离为d；B

为简化理论推导和直观阐述，以控制电缆包括4根线芯(A相线芯、B相线芯、C相线芯和中性线芯)为例，构造以电缆轴心为坐标原点O、磁场方向为y轴、电缆轴心指向A相线芯的方向为x轴的控制电缆磁场计算模型，如图2所示。

在进行电缆磁场分析时，由于电缆的直径远小于其长度，于是在对地埋电缆的磁场分布特征进行分析时，需要将电缆等效为无限长载流直导线。根据毕-萨定律，可知

对P点积分，可导出磁感应强度B的计算方法，即

使用三角函数对上式进行化简，假设载流直导线无限长，可得

在P处产生的磁感应强度为控制电缆各相在P点单独作用的磁感应强度的矢量叠加。其三相线芯在P点产生的磁感应强度分比为：

在P点产生的磁感应强度总和为B＝B

步骤104，根据所述实测磁场分布信息与理论磁场分布信息的匹配情况，确定变电站二次控制电缆的路径。

示例性的，步骤104的实现过程可以为：若某位置的实测磁场分布信息与理论磁场分布信息匹配一致，则可以确定该位置为变电站二次控制电缆路径中的一个位置。根据实测磁场分布信息与理论磁场分布信息匹配一致的各个位置即可以得到变电站二次控制电缆的路径。

上述变电站二次控制电缆路径检测方法，向变电站二次控制电缆中注入探测信号，之后通过三轴磁阻传感器检测得到多个位置的实测磁场分布信息，再将实测磁场分布信息与理论磁场分布信息进行比对，根据实测磁场分布信息与理论磁场分布信息的匹配情况，可以确定变电站二次控制电缆的路径中的多个位置，根据该多个位置即能够确定变电站二次控制电缆的路径，从而能够实现对变电站二次控制电缆的路径进行检测，而且所需的人工成本和设备成本较低。

以下结合具体示例对本申请实施例中如何确定控制电缆的理论磁场分布信息进行详细说明。

为解决控制电缆传输空间有限与路径检测难度大的实际问题，以下以四芯控制电缆为研究对象，利用有限元分析对磁场分布特性及其影响因素进行研究。

本实施例中采用Maxwell软件对磁场分布特性及其影响因素进行研究，Maxwell软件包含2D和3D的瞬态磁场、涡流磁场、静磁场、瞬态电场、交直流传到电场和静电场求解器。

Maxwell软件主要研究电磁装置在三种状态(包括静态、稳态和暂态)和两种工况(包括正常工况和故障工况)下的分布特性，同时可以求解出对应的模型参数(包括转矩、电容、力、电感和阻抗等)，然后自动生成非线性等效电路和状态空间模型，实现系统级别的全面性能计算。

在对控制电缆进行有限元仿真分析时，首先应根据电缆注入的探测信号的种类以及其产生的磁场选择所需求解器；其次，未选定型号的控制电缆进行建模，模型中的各参数、材料选型以及材料属性按照实际工程中的控制电缆进行选择；建模完成后需要对模型施加所需激励及边界条件，使其尽可能接近于控制电缆正常工作特性下的状态，并且需要对模型进行网格划分，确定模型计算的精度；最终进行模型求解以及数据后处理。

1、控制电缆及其敷设环境建模

(1)假设条件

仿真建模时，越是贴近现场环境仿真精度越高。但是，受环境复杂和认识水平有限影响，目前无法做到考虑任何微小干扰因素，基于此，在构建电缆仿真模型前，先对基础条件进行简化与假设：

A、无论控制电缆的工作频率还是注入的探测信号的信号频率，都归属低频范畴。在低频环境下，电场与磁场相互影响比较小，可视为独立研究对象，即只需关注磁场分布情况；

B、控制电缆工作环境非常复杂，造成构建控制电缆仿真模型时无法顾及任何微小干扰因素。为方便处理，通常将控制电缆所在空间定义为一个以待测电缆为圆心的圆形空气域，且空气域的半径要远远大于电缆半径；

C、电缆隧道通常由钢筋混凝土建筑而成，而钢筋的相对磁导率可达700，这样可以忽略隧道墙内磁场对隧道空间的反射作用。即，构建电缆隧道磁场仿真模型时，只需考虑隧道内的磁场分布情况。

(2)电缆本体建模

控制电缆多用于发电厂、变电站等电力枢纽场所额定电压600V或1000V及以下电压等级的控制回路中，将二次设备及综合自动化装置连接起来，保证整个供电系统的稳定持续的工作。本实施例中以配电网中常用的4芯铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套同带屏蔽控制电缆为模型，如图3所示。

控制电缆实际长度大多超过1千米，由于其直径远低于其长度，因此可以在理论分析时将该控制电缆视为一根无限长的均匀导体。即，电缆的磁场变化只有径向方向而无轴向方向。这样，在构建控制电缆磁场仿真模型时，2D模型已经能够满足研究需要。

示例性的，控制电缆的结构参数包含导体直径、内绝缘厚度、内护套厚度、铠装厚度、外护套厚度，以及导体、内绝缘、内护套、铠装和外护套的材质，以及导体、内绝缘、内护套、铠装和外护套的相对磁导率，如表1所示、

表1控制电缆的结构参数

构建控制电缆模型后，需对模型进行网格划分。网格划分与仿真精度和计算效率息息相关。若网格划分粗大，则仿真精度低，但计算时间段；若网格划分精细，则仿真精度高，但计算时间长。为匹配精度与速度，网格划分可以为三角形、四边形、六节点的三角形等任一模式。

由于控制电缆正常工作时施加的是工频交流电压，交流电在电缆线芯中会产生集肤效应，导致磁场集中分布在电缆线芯表层。因此，需要在电缆线芯表层进行网格精细划分，而线芯内部的网格划分可以相对减少，即电缆线芯表层的网格划分相对于线芯内部的网格划分更为密集，由此得到出一种表层密集内部稀疏的网格划分结果。如此对控制电缆进行网格划分能够既兼顾仿真精度又兼顾计算效率。

(2)敷设环境建模

在模拟控制电缆整体工作环境时，对于控制电缆实际敷设环境来说，电缆隧道敷设环境中存在较多可能会影响电缆磁场分布的因素，较为复杂，因此还需要对控制电缆整体工作环境进行建模。

控制电缆承担电压均为1000V及以下的低压，因此在敷设控制电缆时不需要有间隔。控制电缆的敷设方式有多种，本实施例中对较为典型和常用的电缆隧道敷设和地埋电缆敷设进行研究。

电缆隧道通常位于电长、变电站的地下，电缆隧道的左右两侧安装电缆支架，支架层数一遍为2至4层，主要根据电缆隧道高度决定，每层之间的高度要在800毫米以上。支架通常为不锈钢材质，不易腐蚀。支架上敷设有控制电缆，控制电缆因其本身通入的电流较小，且敷设时一般没有电缆间敷设距离要求，因而允许多层排列，但不宜超过支架的允许充满度。根据上述要求，以实际牵引变电站中电缆隧道为示例，进行1:1建模，隧道结构参数如表2所示。

表2隧道结构参数

电缆隧道模型中控制电缆放置在中层和下层支架，各控制电缆间无间距敷设，每层支架防止5根控制电缆，如图4所示。

在地埋电缆模型中，电缆埋深0.7米，相邻防止5根控制电缆，电缆之间无间距，如图5所示。

电缆隧道墙体结构中含钢筋等容易对磁场产生干扰的材质，但控制电缆属于低压电缆，通入的电压等级低，因此墙体中的钢筋不足以对磁场产生影响，可以忽略不计。电缆支架采用不锈钢材质，在对电缆进行磁场强度研究过程中，对电缆周围磁场强度分布情况不造成干扰。控制电缆地埋敷设时，设置土壤的相对磁导率为1。

2、自然特性下的控制电缆工频磁场分布

(1)单电缆情况

在仿真模型中，设定控制电缆注入有效值为1A的三相工频交流电(探测信号)，得到三相单电缆在自然特性下的磁感应强度具有如下规律：A相线芯表层磁场最大，且极值可达6009.3μT；B相线性和C相线芯磁场极值处于两者与A相线芯紧邻处的线芯表层，磁感应强度可达5113.2μT。

上述两条分布规律的形成原因为：通电线芯的趋肤效应使得磁场强度呈现由内及外逐渐增强的趋势，即线芯表面最强而线芯内部最弱；通电线芯的邻近效应作用，使磁场强度趋向两导线线芯连线处。

为了进一步探究电缆周围磁场分布情况，以电缆护套层外侧一周为路径，沿该路径从电缆最左侧开始顺时针一周，得到该路径上各个位置的磁场情况，如图6所示。

由图6可知，控制电缆外周围磁场分布具有如下规律：电缆外一周磁场分布近似呈抛物线形状；电缆正上方的磁场分布最强，且随着路径沿顺时针移动，磁场越来越小。

(2)多电缆情况

在图4所示的多根控制电缆中同时注入有效值为1A的三相工频交流电，经过仿真得知：控制电缆工作时的磁感应强度主要分布在电缆内部，而外部的磁场分布较小。由于外部磁场远小于内部磁场，因此本实施例中忽略外部磁场的影响。

建立位于电缆上方30mm处的水平路径，确定该水平路径上的磁场分布情况，并计算水平路径上的磁场分布的解析计算和数值计算结果。

根据计算结果可知，水平路径上磁场分布的数值计算和解析计算存在如下规律：两种结果基本一致，且两者趋势相同，均呈抛物线分布；磁场极值均出现在电缆正上方的某一位置，解析计算值的峰值为112.34μT，数值计算峰值为111.51μT。两种工况下分析结果存在偏差，主要原因是控制电缆进行建模时，其屏蔽层材料设置为纯铜，磁导率为1，与实际相比较为理想，当两者的磁感应强度差值数量级为10

3、探测信号注入时的磁场理想分布特性

信号注入方式的不同会导致控制电缆路径检测精度的不同。常用的信号注入方式有线芯注入、铠装层注入和感应法，本实施例对线芯注入情况进行研究。在注入信号的选择方面，磁感应强度B的大小与注入信号电流幅值大小直接相关，电流幅值越大，磁感应强度越大，抛物线分布特征越明显。以下取待测电缆注入电流幅值为1A，频率为1kHz的正弦信号为基准信号。

(1)线芯注入情况

将基准信号注入A相线芯中，A相线芯末端接地端与路径检测装置接地端、电缆形成一条闭合回。由于电缆通入交流电会产生趋肤效应，线芯处的磁场均分布在线芯与内绝缘层的边缘处，此处的磁感应强度最大，可达222.47μT，并且磁场以线芯A为圆心向外扩散，扩散半径越大，磁感应强度越小。

待测电缆注入基准信号后产生的磁场强度最大值为222.47μT，而电缆隧道内邻近电缆工频磁场强度的最大值可达6009.3μT，两者相比前者数量级较小，在云图中前者磁场分布不明显。

为了准确分析待测电缆注入基准信号前后其周围磁场的变化，取待测电缆护套外的某一周为研究对象，分别确定待测电缆在停电和线芯注入基准信号时的磁感应强度，将两者进行对比。两种情况下电缆外环周围磁感应强度变化存在如下规律：磁感应强度变化趋势一致(均呈W型)，环周的零处和17.5mm处的磁感应强度最大；带电被测电缆与已感应化的被测电缆在同一空间位置点有相同的磁场方向，导线连线上，磁感应强度可达310μT，且略高于待测电缆不通电时情形；基准信号在待测电缆外环周产生的最大磁感应强度只有万分之一特斯拉的量级，该量级磁场的穿透力非常弱，难以对邻近控制电缆产生任何损伤。

(2)不同频率下周围磁场分布

磁场强度与频率密切相关，频率越大，电磁波波长越短，传输过程能量损耗越多。此外，感应电动势越大，涡流越强。以下对频率信号在电磁域中的衰减规律进行研究，设定注入信号发射频率为500Hz、5kHz、50kHz、500kHz，确定四种频段信号在电缆正上方0.7米位置处的磁感应强度。

根据仿真结果可知，若只改变注入信号的频率，则随着频率增加，控制电缆周围的磁感应强度变化微弱，但总体变化趋势符合麦克斯韦方程的基本规律；随着注入信号频率增大，微弱的磁感应强度进一步衰减。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上文实施例所述的变电站二次控制电缆路径检测方法，图7示出了本申请实施例提供的变电站二次控制电缆路径检测装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。

以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。

参见图7，本申请实施例中的变电站二次控制电缆路径检测装置可以包括信号注入模块201、磁场分布检测模块202、磁场分布比对模块203和路径确定模块204。

其中，信号注入模块201用于向变电站二次控制电缆中注入探测信号。

磁场分布检测模块202用于通过三轴磁阻传感器在预设区域的多个位置检测得到实测磁场分布信息，所述预设区域为初步确定的变电站二次控制电缆的路径，所述三轴磁组传感器到变电站二次控制电缆的垂直距离为预设距离。

磁场分布比对模块203用于将所述实测磁场分布信息与理论磁场分布信息进行比对，所述理论磁场分布信息为通过实验确定的、且到变电站二次控制电缆的垂直距离为预设距离处得到的磁场分布信息。

路径确定模块204用于根据所述实测磁场分布信息与理论磁场分布信息的匹配情况，确定变电站二次控制电缆的路径。

可选的，所述理论磁场分布信息的确定过程包括：

对控制电缆进行建模，得到控制电缆模型，所述控制电缆模型包含控制电缆的结构信息；

对控制电缆的敷设环境进行建模，得到敷设环境模型；

基于所述控制电缆模型和所述敷设环境模型，获取单根控制电缆的第一磁场分布和多根控制电缆的第二磁场分布；

根据所述第一磁场分布和所述第二磁场分布，确定所述理论磁场分布信息。

可选的，所述控制电缆的结构信息包含电缆结构和材质，所述电缆结构包含导体直径、内绝缘厚度、内护套厚度、铠装厚度和外护套厚度，所述材质包含导体的材质、内绝缘的材质、内护套的材质、铠装的材质和外护套的材质；

所述敷设环境模型包含敷设环境的结构参数；对于控制电缆敷设在电缆隧道内的情况，所述敷设环境的结构参数包括隧道宽度、隧道高度、电缆支架层数、支架间距、支架宽度和电缆放置方式；对于控制电缆敷设在地面下的情况，所述敷设环境的结构参数包括土壤、埋深和电缆放置方式。

可选的，所述获取单根控制电缆的第一磁场分布和多根控制电缆的第二磁场分布，可以包括：

对所述控制电缆模型进行网格划分；其中，电缆线芯表层的网格划分密集度大于线芯内部的网格划分密集度，网格划分为三角形、四边形、六节点的三角形中的任一模式；

基于网格划分后的控制电缆模型，获取单根控制电缆的第一磁场分布和多根控制电缆的第二磁场分布。

可选的，所述单根控制电缆的第一磁场分布的获取过程包括：

向所述单根控制电缆中注入预设电流大小的三相工频交流电，获取所述单根控制电缆的第一磁场分布；

所述第一磁场分布包含：

A相线芯表层磁场最大，B相线芯和C相线芯的磁场极值处于B相线芯、C相线芯与A相线芯紧邻出的线芯表层；所述单根控制电缆外一周的磁场分布曲线呈抛物线状，且控制电缆正上方的磁场分布最强，随着路径延顺时针移动，磁场越来越小；其中，所述磁场分布曲线为在所述单根控制电缆外的某一圆周上，随着位置的逐渐移动，对应的磁感应强度的大小的变化曲线。

可选的，所述多根控制电缆的第二磁场分布的获取过程包括：

向所述多根控制电缆中的每根控制电缆均注入预设电流大小的三相工频交流电，获取所述多根控制电缆的第二磁场分布；

所述第二磁场分布包含：

磁感应强度主要分布在所述多根控制电缆的内部，所述多根控制电缆的外部的磁感应强度相对较小；磁感应极值位于所述多根控制电缆的正上方的某一位置，所述多根控制电缆外一周的磁场分布曲线呈抛物线状，且控制电缆正上方的磁场分布最强，随着路径延顺时针移动，磁场越来越小；其中，所述磁场分布曲线为在所述多根控制电缆外的某一圆周上，随着位置的逐渐移动，对应的磁感应强度的大小的变化曲线。

可选的，所述理论磁场分布信息包括：

所述控制电缆包含A相线芯、B相线芯、C相线芯和中性线芯，其中A相线芯位于中性线芯上方，B相线芯和C相线芯位于A相线芯和中性线芯之间，A相线芯、B相线芯、C相线芯和中性线芯构成正方形，且控制电缆的轴心为该正方形的中心；

在控制电缆轴心上方预设距离处P点的三相线芯所产生的磁感应强度为：

P点处的磁感应强度总和为：B＝B

其中，P点位于A相线芯和中性线芯的连线上，且距离控制电缆的轴心的距离为d；B

可选的，所述探测信号为预设大小的电流、且频率可调的信号；其中，随着探测信号频率的增大，电磁感应强度对应衰减。

示例性的，路径确定模块具体可以用于：若某位置的实测磁场分布信息与理论磁场分布信息匹配一致，则确定该位置为变电站二次控制电缆路径中的一个位置；根据实测磁场分布信息与理论磁场分布信息匹配一致的各个位置生成变电站二次控制电缆的路径。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模板、单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所述模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个变电站二次控制电缆路径检测方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。