低（dī）壓電（diàn）纜故障（zhàng）分析儀試（shì）驗原理

一章 3M2773低壓電纜故障分析儀試驗原理概述（shù）

一、用途

用於電力電纜的（de）故障（zhàng）測試，是一套集成化設備，包括兩台儀器及相（xiàng）關附件：

主（zhǔ）機有以下功能：

低壓脈衝測距

脈（mò）衝電流測距

聲磁同步定點

路徑探測

電纜路徑探測信號發生器（以下簡稱信號發（fā）生器）

信號發生器用於路徑探測的信號發射。ST係列（liè）綜合（hé）測試儀相（xiàng）對（duì）於傳統的分體設（shè）備，其設備（bèi）件數、體積、重量均大幅縮減，且功能強大、簡單易用、小巧便攜，是傳（chuán）統設備的換代產（chǎn）品。

二、3M2773低壓電纜故（gù）障分析儀試驗（yàn）原理功能特點

功能全：

低壓脈衝故（gù）障測（cè）距

脈衝電流（liú）故障測距

聲磁同步精準定點

電纜路徑（jìng）探測

故障測距功能：

低（dī）壓脈衝（chōng）法：適用於（yú）低阻、短路、斷線故障的（de）精準測距。

脈衝電流法：適用於高阻、閃絡型故障的（de）測距，使用電流耦合器從地線上采集信號，與高（gāo）壓部分隔離，**可靠。

精準定點功（gōng）能：

聲磁同步接收，抗幹擾能力（lì）強。

聲磁信號波形顯示，信號和噪聲易於區分。

光標測量聲磁延時（shí），精準判斷故障點的（de）遠近。

可（kě）根據磁場波形的初始極性，在定點的同時進（jìn）行路徑探（tàn）測。

路徑探測功能：

信號發生器：

大容量鋰離子電池（chí）供電，擺脫市電束縛。

全自動功率匹配和保護，無需（xū）人工調整。

較大（dà）功率輸出。

音峰／音穀法路（lù）徑探測。

信號幅值顯示。

可進行80％法或45°法測深。

大屏幕液晶顯示（shì），界（jiè）麵友好（hǎo）、簡單易用。

SD卡存（cún）儲測試（shì）波形，存（cún）儲容量大（dà），可（kě）導入計算機進行存檔、分析和打（dǎ）印。

內置大容量鋰離子電（diàn）池供電，配（pèi）快速充電（diàn）器。

電源管理（lǐ）：根據不同功能開啟不同的電源（yuán）通路，盡量減小功耗；若15分鍾沒有任何操（cāo）作，儀器將自動關（guān）機；電池欠壓時也將自動關機，以保護電池。

集成化設備（bèi），小巧便攜。

三、3M2773低壓電纜故障分析儀（yí）試驗（yàn）原理（lǐ）技（jì）術指標    (M為（wéi）主機，T為信號發生器，M&T為共同特性)

測距功能（M）：

測距模式：低壓脈衝、脈衝電流。

采樣（yàng）頻（pín）率：100MHz。

分（fèn）辨率：低壓脈衝模式（shì）1m；脈衝電流模式（shì）4m。

低壓脈衝模式發射電壓：30V。

測距範（fàn）圍：30km。

盲區：2m。

聲（shēng）磁同步定點功能（M）：

聲音信號通頻（pín）帶：中心頻率400Hz，帶寬200Hz。

信號增益（yì）：80dB。

定點精度：0.1m。

路徑探測功能（M）：

接收頻率：1kHz。

增益：80dB。

路徑探測（cè）信號發（fā）生器（T）：

發射頻率：1kHz。

發射功（gōng）率：≥3.5W。

輸出特性：開路電壓≥100Vp-p；短路電流≥300mA；

根據實際負載全自動匹配；自動短路保（bǎo）護。

電源：

電池（M&T）：內置鋰（lǐ）離（lí）子電池組，標（biāo）稱電（diàn）壓7.4V，容量3000mAH。

功耗（hào）：主機（M）400mA，可（kě）連續使用時間>6小時；

信號發生器（T）500mA。可連續使用時（shí）間>5小時；

充電器（M&T）：輸入AC220V±10%，50Hz；標稱輸出8.4V，DC1A。

充電時間（M&T）：<4小時。

顯示方式：主機（M）320×240點陣大屏幕液晶；信號發（fā）生（shēng）器（T）：表（biǎo）頭。

體積（jī）（M&T）：210mm×160mm×65mm。

質量：主機（M）0.7kg；信號（hào）發生器（T）0.7kg。

使用條件（M&T）：溫度:-10℃－40℃，濕度5-90％RH，海（hǎi）拔（bá）<4500m。

四、3M2773低壓電纜故障分析儀試驗原理基（jī）本測試步驟

1、一般步驟：

故障性質（zhì）診斷

故障測距

路徑探（tàn）測

精準定點

2、故障（zhàng）性質的診斷和測試方法的（de）選擇。

在（zài）電纜發生故障後，須（xū）首先判斷電纜的故障性質。

首先用兆歐表在電纜的一端測量各相對地（dì）及相間的絕緣電阻。如果兆歐表的測量值為零（líng），則可能還（hái）有零到上百kΩ的電阻（zǔ），故還須用（yòng）萬用表測量電阻值；如各相（xiàng）對地及相間絕緣電阻（zǔ）很高，絕緣正常，則應測試導體是否斷線：在電纜的一端將三相短接並對（duì）地短路，在另一端重（chóng）複測（cè）量，判（pàn）斷是否斷線。

明（míng）確故障性質後，需（xū）選擇不同的測距和定點方法，見下表：

表1-4-2：故障性質和測試方法選擇表

備注（zhù）： 
（1） 表中陰影部分表示：脈衝電（diàn）流測距和聲磁同（tóng）步定點需要配套使用高壓衝擊信號發（fā）生器（該高壓發（fā）生器不包含在本套設備中，需另配）。

（2）音頻法定點低阻故障為備選方案，聲磁同步不（bú）成功時選用，需（xū）配套使用路徑探測信號發生器。

第2章 3M2773低（dī）壓電纜故障分析儀試驗原理組成和簡介

包括兩台儀器及相關附件：

1.ST-400電力電纜故障綜合測試儀（簡稱主（zhǔ）機）

主機有（yǒu）以（yǐ）下功能，並根據不同功能使用相應附件：

低壓脈衝測距，附件：低壓脈衝測（cè）試線（xiàn）

脈衝電流測距，附件：脈衝電流耦合器

聲磁同步定（dìng）點，附件：定點（diǎn）傳感器、耳機

路徑探測，附（fù）件：路徑傳感器、耳機

2.電纜路徑探測信號發生器（簡稱信號發生（shēng）器）

信號發生器用於路徑探測的信號發射，附件：輸（shū）出連接線、接地釺。

3. 通用附件：充電（diàn）器。

一、電力電纜故障綜合測試（shì）儀（M：主機）

主機外觀結構如圖2-1-1所示：

                 圖 2-1-1 主機外觀和接口

主機麵（miàn）板（bǎn）如圖2-1-2所示：

                     圖（tú）2-1-2 主機麵（miàn）板

主機麵板上（shàng）有以下內容：

液晶屏幕：

顯示各種信息，顯示的內容（róng）在以後（hòu）章節中（zhōng）有詳細介紹。

模式選擇鍵及相應指示燈：

麵（miàn）板右上角區（qū）域的按（àn）鍵用來（lái）選擇（zé）儀（yí）器測試模式，選中後（hòu）按（àn）鍵旁邊（biān）的指（zhǐ）示燈亮。

 低壓脈（mò）衝  鍵：進入低壓脈衝測距模式（開機默認（rèn））。

 脈衝電流  鍵：進入脈衝電流（liú）測距模式。

 定點  鍵：進入聲磁（cí）同步精準定點模式。

 路徑  鍵：進（jìn）入路徑探測接收（shōu）模式。

測試鍵和信號指示燈（麵板右下（xià）角區域）：

 測試  鍵：低壓脈衝模式：按一下進行一次測試;

脈衝電流模式：按一下進入等待觸（chù）發狀態（tài）;

定點、路徑模式：無效。

 信號  指示燈：低壓脈衝模式：進行測試時閃亮一次（cì）;

脈衝電流模式：觸發時閃亮一次;

定點模式：磁（cí）場觸發時閃亮一次;

路徑模式：無效。

測距模式（低壓脈衝/脈衝電（diàn）流）相關按鍵的基本功能：

麵板左下角區域的按鍵基本是為了測距功能服務。按鍵（jiàn）上直接標注的功能為其基本功能定義，直接按鍵（jiàn）即執行基本（běn）功能（néng）：

範圍＋/－鍵：用來改變當前測試範圍（量程）。

鍵：用來移動光標。

定位／確定鍵：定（dìng）位功能：自動移（yí）動光標，定位故障點。

確定功（gōng）能：當某些操作需要時，用（yòng）來進行確認。

 增益＋/－：用來調整信號增益。

 開關鍵：長按（àn）1秒鍾有效，用來打開或關（guān）閉儀器電源。

鍵：背光鍵，用來打開（kāi）和關（guān）閉液晶屏背光。背光功能為按鍵抬起執行。

 存儲  鍵：用來存儲（chǔ）當（dāng）前波形。

 後翻  和  前翻  鍵：當調出SD卡已存儲的波形時，用來選擇（zé）需要查看的波形，後翻選擇上一個（gè），前翻（fān）選擇下一個。

測距模式相關按鍵的上檔（Shift）功能：

按住Shift鍵（jiàn）（基本功能的鍵（jiàn））不放，再按其它鍵，則執行鍵旁邊（biān）標注的上檔功能：

 波速  ＋/－鍵：用來調整電纜波速度。

鍵：比例縮（suō）放（fàng）鍵，用於對波形的縮小／放大顯示（shì）。

 光標切（qiē）換（huàn）  鍵：用來切換虛實光標（biāo）。

 暫（zàn）存  鍵：在儀器（qì）內存中暫存當前波（bō）形（xíng），以備雙波形比較。

 比（bǐ）較  鍵：同時顯示當前波（bō）形（xíng）和（hé）暫存波形，以便比較兩波形的異（yì）同。

 調出  鍵：調出SD卡中存儲的曆史波形（xíng）。

儀（yí）器頂部接口板見圖2-2-2所示：

                圖2-1-3 主機頂（dǐng）接口板

測距插口：低壓脈衝模式下（xià），接（jiē）低壓脈衝測試線（xiàn）；

             脈（mò）衝（chōng）電流模式下，接脈衝電流耦合器（qì）。

定點插口：定點模式下，接定點傳感器。

路徑插（chā）口：路徑模式下，接路徑傳感器。

SD存儲卡插槽（cáo）：SD卡用來存儲測距波形。需要時將（jiāng）SD卡插入插槽，按壓到底；需要（yào）取出時，按一下SD卡，將自動彈出。

主機側麵接口板見圖2-1-4所示：

耳（ěr）機插口：用來在定點、路徑模式下，接（jiē）耳機（jī）監聽聲音。

充電插（chā）口（kǒu）：用來接充電器，對儀器內置電池充電。

聲音增益：定點模式下，用來（lái）調整聲音信（xìn）號增益。

磁場/路徑（jìng）增益：定點模式下，用（yòng）來調整磁場信號增（zēng）益（yì）。路徑模式下（xià），用（yòng）來調整路徑（jìng）信號增益。

二、電纜路徑探測信號發生器（T：信號發生器）

信號發生器外觀（guān）結構如圖2-2-1所示：

                    圖2-2-1 信號發生器外觀和接口

信號（hào）發生器麵板（bǎn）如圖2-2-2所（suǒ）示：

              圖2-2-2 信（xìn）號（hào）發生器麵板

信號發生器麵板上有以下內容：

表頭：正常情況下用來顯示輸出電流，其（qí）滿幅值為500mA；

按  電池檢測  鍵（jiàn）則（zé）顯示電池水平，指針位於綠**域表示電池電量正常，若指針位於黃**域，表示電池欠壓，仍可工作一小段時間，建議充電；若指針低於黃**域，表（biǎo）示（shì）電池（chí）電量不足，可能無法開機，需充電後再（zài）使用。

 開關（guān）  鍵：長按1秒鍾有效，用來打開或關閉儀器電源。

 電池檢（jiǎn）測  鍵：用來檢測電池電量水平，按下後觀察表頭顯示可判斷電池電量是否正常。本功能在開（kāi）機和關機狀態（tài）下均可使（shǐ）用，“電源“指示燈：用來表示電源狀態。開（kāi）機（jī）後（hòu），本指示燈亮。若電池電量正常，則常亮；若電池欠壓，則閃爍；若嚴重欠壓，則自動關機，燈滅。

“信號”指示燈：用來（lái）表示信（xìn）號輸出狀（zhuàng）態。若選擇“連續”輸出模式，則常亮（liàng）；若選擇“斷續”輸出（chū）模式，則閃爍。

主機側麵接口板見圖2-1-4所示：

輸出模式選擇開關：用來選擇連續或斷續輸出。斷續輸出時以輸（shū）出0.5秒，停止0.5秒（miǎo）的節奏發射信號。

輸（shū）出插口：用來接輸出連接線（xiàn），對目標電纜發射信號。

充電插口：用來（lái）接充電器（qì），對儀器內置電池充電。

第三（sān）章 低壓脈衝法測距

一、適用範圍

低壓脈衝法用於電（diàn）纜的低阻、短路及斷線故障；還可用於測量（liàng）電纜的長度、波速度；也可用於區分電（diàn）纜的中間頭、T型接頭和終端頭（tóu）。

二、工作原理

低壓脈衝法使用（yòng）時域反射法（TDR）原理（lǐ），又叫脈衝反射（shè）法。測試時向電纜注入一低壓脈衝，脈衝沿電纜（lǎn）傳播到阻抗不匹配點，如（rú）短（duǎn）路點、故障點、中間接頭等，脈衝產生（shēng）反（fǎn）射，回送到測量（liàng）點被儀器記錄下來,如圖（tú）3-2-1所示：

圖3-2-1 低壓脈衝法原理圖

從儀器發射脈衝開始（shǐ）計時，到接收到故障點的反射脈衝共需（xū）時Δt；脈衝行波傳播速度為V，則（zé）故障點距離Lx為： （3-1）

不匹配（pèi）點的反射係數ρ為：   （3-2）

其中為故障點的（de）輸入阻抗，為線（xiàn）路的特性（xìng）阻抗。從式3-2可得到：斷線故障反射脈衝與發射脈衝極性相同；而短路（混線）故障的反射脈衝與發射脈衝極性相反（fǎn）。因此通（tōng）過識別反射脈衝的極性，可以判定故障的性質。如（rú）圖3-2-1和圖（tú）3-2-2所示：

圖3-2-1 斷線故障反射波形（xíng）          圖3-2-2低阻/短路故（gù）障（zhàng）反射波形

三、測試步驟

1、接（jiē）線：

首先用放**將電纜各相線對地充分放電；將低壓脈衝（chōng）測試線的插（chā）頭接主機頂接口板的  測距  信號插口，測試（shì）線的的（de）兩個夾鉗（qián）接故障相和地（或兩（liǎng）故障（zhàng）相），如圖3-4-1所示：                    

                 圖3-3-1 低壓脈衝法接線圖

2、選擇工（gōng）作模式：

長按  開關（guān）  鍵打開（kāi）電（diàn）源，按  低壓脈衝  鍵，進入低壓脈衝測距模式（開機默認），低壓（yā）脈（mò）衝法的顯（xiǎn）示界麵如圖3-3-2所示：

              圖3-3-2 低壓脈衝法顯示（shì）界麵

3、選擇測試範（fàn）圍：

初始測試（shì）時選擇的範圍應大（dà）於（yú）電纜全長至少幾（jǐ）百米（mǐ），如：電纜全長為800m，則應選擇2km範圍，而不應選擇1km。若發（fā）現可疑點較近，為了得到更高的測距分辨率，可以適當將範圍縮（suō）小（xiǎo）。每改變（biàn）一次範圍，儀器會（huì）自動進行一次測試。

4、設定波速：

根據電纜的類型設定合適的波速。

幾（jǐ）種常用（yòng）電力電纜（lǎn）的波速為：

交聯聚乙烯電纜：波速（sù）170m/us

油浸紙電纜：波速160m/us

聚乙烯（xī）全塑電纜：波速201m/us

橡膠電纜：波（bō）速220m/us   

不同生產廠家或不同批次（cì）的電纜（lǎn），即使（shǐ）是相同（tóng）型（xíng）號，其波速也會（huì）有細微差（chà）別，當需要精準測距時，需根據已知的（de）電纜全（quán）長校準波速度，參見本節第11條。

5、測試：

按（àn）一次 測試  鍵，即進行一（yī）次脈衝發射，“信號”指示燈閃爍，儀器接收和處理脈衝反射信號，並進行顯示。

6、調整（zhěng）增益：

增益是指儀器對信號的放大倍數，調節增益可以改（gǎi）變的波（bō）形幅值，一（yī）般要（yào）調到需要的波（bō）形幅值足夠大且不失真。

增益調整方（fāng）法：按  增益  ＋/－鍵，可以調（diào）整信號增益。每改變一次增益，儀器自動進行一次測試。

6、光標定位：

反射脈衝波形的起始位置是故障位置。將光標（biāo）移動到脈衝波形開始有明顯變化的位置（如（rú）圖3.4.2虛光標（biāo）位置），屏幕右上角顯示（shì）的距離就是故障距（jù）離。

注意（yì）：光標在其他位置時，顯示的（de）距離沒有意義。

自動定位方（fāng）法：按  定位/確認  鍵（jiàn），儀器進行（háng）自動光標定位。如（rú）果自動定位（wèi）沒有得（dé）到（dào）正確結果，應進行（háng）人工（gōng）定標（biāo）。

手動光標定位方法：按（àn）鍵（jiàn），可以左右移動光標。圖3-3-3為一個典型的混線故障波形，虛線光標（biāo）位置即為故障點（diǎn）距離：320m。因為波形向下，故判斷為（wéi）混線故障；若波（bō）形向上（shàng），則為斷線故障。

圖3-3-3典型的混線故障波形定位

6、波形縮放：

如果（guǒ）需要精細觀察，從而得到更高的測距分辨率，可以將波形進行水平縮放。

波形縮放方法：按鍵將波形（xíng）放大；按鍵將波形縮小。

在波形放大狀態，無法進行自動定（dìng）位。

6、波形暫存和比較：

通過比較電纜（lǎn）故（gù）障線對和完好線對的（de）波形，可以更容易識別（bié）故障點。

波形比較方法：首先測試得到故障線對波形，按 暫存（cún） 鍵，將當前波（bō）形在儀器內存中暫（zàn）存，屏幕左上角顯示（shì）暫存標誌。然後在條件不變的情況下測試一條完好線對的波形，按 比較 鍵，屏幕上將同時顯示兩條波形，屏幕上部顯示雙波形比較標誌。通過比較兩波（bō）形的異同，可以幫助尋找（zhǎo）故（gù）障點。如圖3-3-4所示：

          圖3-3-4波形比較

7、相對距離測量：

若需（xū）得到故障點和（hé）參照點（如電纜接頭）的相對距離，操作（zuò）如下：

開機後默認實光標在無距離位置；調整虛光標將其移動到參照點；按 光（guāng）標切換  鍵，實光標和虛光標的位置互換，現在（zài）實光標位於參照（zhào）點，虛光標位於無距離；調整虛光標移（yí）動到故障點，顯示的（de）距離值即為兩者之間的相對距（jù）離，如圖3-3-5所示（shì）。

       圖3-3-5 相對（duì）距離測（cè）量

7、波速度校準：

根據已知的電纜全長，可以精準校準波速度（dù）。

用一段已知長（zhǎng）度的（de）同類型電纜，測量其對端開路和（hé）短路波形並（bìng）比較，將虛光標移動到波形明顯分叉處，調整波速（sù）使（shǐ）得（dé）長度（dù）測量值和已知長度相同，則此時的波速為本條電纜的實際波速。

8、波形存儲和查看：

按  存儲  鍵將在（zài）SD卡中存儲（chǔ）當前測試的波形，按  調（diào）出  鍵（即同時按  Shift 鍵和  存儲（chǔ）  鍵）後，屏幕（mù）顯示*後一次存儲的（de）波（bō）形，用 後翻  和  前翻  鍵可以選擇顯示其他波形。

若（ruò）需要進行計算機存檔管理，或需要進一步分析（xī）以（yǐ）及打（dǎ）印，需將（jiāng）SD卡取出，插入讀卡並（bìng）和計算機連（lián）接（jiē），將SD卡（kǎ）中存儲的波形數據導入計算機，在後台軟件的（de）支持下可以進（jìn）行存檔、分析和打印。

第四章 脈衝電流法測距

一、適用範圍

脈衝電流法用於電纜的高阻和（hé）閃絡性故障的（de）測距，需要和高壓衝擊信號發生器配合使用。

二、工作原理

1、基本原（yuán）理：

當電纜（lǎn）故障點（diǎn）絕緣電阻較大(大於10倍電纜特性（xìng）阻抗,Rf＞10Zc≈200Ω)時，故障點的反射係數很小，造成反射脈衝無法分辨，因此低壓脈衝法無法測距。

使用高（gāo）壓發生（shēng）器向故障電纜施加高壓，使得故障點擊穿放電，放電（diàn）脈衝在故障點和測試端之（zhī）間來回（huí）反射，用儀器采樣（yàng）記錄此信號並測量時間差，將得到故障點的距離。

有兩種方法可以采集放電脈衝信號：電壓取樣和電流取樣，采用電流取樣即為（wéi）脈衝電流法：電流耦合器（qì）采集測試地（電纜金屬外皮）流回高壓儲能電容的電流（liú），與高壓部分（fèn）完全隔離，**可靠，波形較易識別（bié）。

2、直閃法：

直流高壓閃（shǎn）絡法（直閃法）用於測量閃（shǎn）絡性故障，即故障點絕緣電阻極（jí）高，但在做耐壓試驗時電壓（yā）上升到一定水平（píng）產生閃絡擊穿的（de）故障。

直（zhí）閃法原理如圖4-2-1所示，其中T1為調壓器；T2為高壓變壓器，容量應在1KVA左右；VD為高壓矽堆（duī）；C為高壓儲能電容器，容量在2μF以上；L為電流耦合器。調節（jiē）T1調壓器，使得輸（shū）出電壓逐漸升高，直至故障點擊穿。

              圖4-2-1 直閃法原理圖（tú）

直閃法的（de）波（bō）形如圖4-2-2所示:

        圖4-2-2 直閃法波（bō）形

3．衝（chōng）閃法：

當電纜故障（zhàng）點的電阻不是很高時，故障點的（de）泄漏電流較大，如（rú）果使用直閃法，因（yīn）T2高壓變壓器的內阻很大，輸出電（diàn）壓將無法升高到（dào）閃絡（luò）電壓，這時必須使用衝擊高壓閃絡法（衝閃法）。衝閃法也適（shì）用於大多數閃絡型故障。

衝閃法原理如圖4-2-3所示，它與直閃法基本相同，區別在於在儲能電容C和電纜（lǎn）之間（jiān）串入一球間（jiān）隙G。調節T1調壓器對電容C充電，當電容電壓（yā）上升到一定程度時，球間隙（xì）G擊穿，電容C對電纜放電，由於（yú）電容的（de）內阻極小，輸出電壓將能足夠高並使（shǐ）得故障點擊穿。

              圖4-2-3 衝閃（shǎn）法原（yuán）理圖

衝閃法的波形如圖4-2-4所示:

       圖4-2-4 衝閃（shǎn）法波（bō）形

三、測試步驟

1、接線：

使用脈衝電流法必須（xū）配合使用高壓衝擊（jī）信號發（fā）生器（qì），推（tuī）薦使用集成化的設備，操作（zuò）簡單，**可靠；也可以使用由分立器件組合成的高壓衝擊放電裝置。

測試接線如圖4-3-1所示。

              圖4-3-1 與其（qí）他高壓設備配合使用

以電纜相對地（dì）故障為例，將高壓發生器的高壓輸出線連接電纜故障相，測試地線連接電纜的金屬護套；將脈衝電流（liú）耦合器掛在測試地線（xiàn）上，耦（ǒu）合器輸出插頭接主機  測距  信號插口。

若電纜是相間故障，則需將（jiāng）高壓發生器測試（shì）地線連接另一故障相，並將其接（jiē）地。

2、選擇工作模式：

按 脈衝電流（liú） 鍵，進入脈衝電（diàn）流測距模（mó）式，其顯示界麵和低（dī）壓脈衝法基本相同。

3、選擇測（cè）試範圍：

初始測試時選擇的（de）範圍應大於電（diàn）纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應（yīng）選擇2km範圍，而不應選擇1km。

若（ruò）發現可疑點較近，為了得到更高（gāo）的測距分辨率，可以適當將範圍縮小。

如（rú）果確信故障點已經放電（觀察高壓發生器的高壓表，發現放電時（shí）電壓跌落明顯（xiǎn），說明已放電），但仍然沒有得到放電波形，說明故障點的擊穿延時有可能較長，可以適當將（jiāng）範圍增（zēng）大（dà）再測試。

4、設定波速：

根據（jù）電纜類型設定合適的波速。

5、測試並調整增益：

按 測試 鍵，儀器進入等（děng）待觸發狀態，當高壓發生器對電纜放電後，儀（yí）器觸發、采集並顯示波形。若波形過小須調高增益，反之調低，再重複測試，直至獲（huò）得滿意的脈衝電流波形。

6、故障點定位：

采集到波形後（hòu），按鍵將虛（xū）光標（biāo）定位在**個放電脈衝起始點（diǎn），再按 光標切（qiē）換 鍵，將虛光標變為實光標，再（zài）移（yí）動虛光標移動到第2個脈衝起始（shǐ）點，其相對距離（lí）即為故障點。

按 定位／確定 鍵，儀器能自動進行計算和定標。

           圖（tú）4-3-3 典型的衝閃（shǎn）法波形

6、定標時的注意事項：

直閃法和衝閃法的區（qū）別在於衝（chōng）閃波形往（wǎng）往有球間隙放電形成的脈衝，而且從球（qiú）間隙（xì）放電到故障（zhàng）點擊穿有一定延時；

由於雜散電感的影響，往往在反射脈衝波頭有向上凸（tū）起，應注意將虛光標定位於向上（shàng）凸起的起始點；

利（lì）用比例放大功能精準定標；

反射波頭的（de）凸起起始點有時（shí）不易精準（zhǔn）定位，往往造成測距值略大於實際故障距離；

故障點必須擊穿才能正準測（cè）距，判斷故障點是否擊穿的方法：

故障（zhàng）點擊穿時，球間隙放電（diàn）聲清脆響亮，火花較（jiào）大。而沒擊穿時，一般球（qiú）間隙放電（diàn）聲嘶啞（yǎ），不清（qīng）脆，而且火花較弱。

電纜故障點擊穿（chuān）時，電壓表指針擺動範圍較大。而未擊穿（chuān）時，電壓（yā）表擺動較小，根據儀器記錄波形（xíng）判斷。圖4-3-5為電纜未擊穿（chuān）時的典（diǎn）型波形（xíng）。              

圖 4-3-5 故障點未擊穿時（shí）的典型波形

第五章 聲磁同（tóng）步（bù）定點

一、工（gōng）作原理

采用波形顯示的聲磁同步法進行故障精準定點，是一種非常精準、且唯壹性很好的定點方法，其原理基於傳（chuán）統（tǒng）的聲測定點法，但有多項改進和提高。

當高壓發生器對故障電纜進行（háng）直流（liú）高壓衝擊，使故障點擊穿放電，放電產生的（de）機械振（zhèn）動傳到地麵，振動信號被高靈敏度的傳感器拾（shí）取，經放大後（hòu）用耳機監聽，便可以聽到（dào）“啪、啪”的聲音。這就是傳統（tǒng）的聲測法定點的基本原理。

傳統的聲測法定點儀一般僅使用耳機監聽，或輔以表頭指針擺動來（lái）分辨（biàn）故（gù）障點放電聲音。由於（yú）放電聲一瞬既逝，而且和環境噪聲區別不大，往往給經驗不是十分豐富的操作者（zhě）帶來很大困難。

傳統聲測法經改進後即為聲磁同步（bù）法，利用高壓衝擊放電瞬間的強大電磁場信號，觸發（fā）一個指示燈閃亮（或表針擺動），對聲音進行同步。若聽（tīng）到（dào）“啪、啪”聲的同時看（kàn）到指示燈閃亮（或表針擺動），表明聽（tīng）到的聲音是故（gù）障點放電聲。聲磁（cí）同步法對聲測法改進很大，但仍然（rán）主要靠人耳（ěr）對聲音進行判斷，仍然對操作者的經驗有很高要求。

利用放電脈衝磁場作為同步（bù）信（xìn）號，對聲音進行數字化采（cǎi）樣，將聲（shēng）音波形顯示出來，波形可以持（chí）續保持，避免了聲音轉瞬即逝的缺點，而且故障點放電波形和（hé）噪聲（shēng）有明（míng）顯的區別，更重要的是多次放電的聲音波形均非常相似，當觀察到多次放電（diàn）的聲（shēng）音波形相同時，可以明確判斷已經采集到了放電聲音（yīn）。

現場測試時（shí），往往已經聽到故障點放電聲（shēng），但僅靠（kào）聲音強（qiáng）弱仍很（hěn）難精準判定故障點位置，特別是當電纜敷設在管道裏麵時，困難更大。通過檢（jiǎn）測電磁信號（hào）和聲音信號（hào）之間的時間差，可（kě）以解（jiě）決這個問題。由於電磁信號的傳播速度（dù）是光速，從電纜傳播到（dào）傳感器的時間可以忽略不計；而聲音傳播速度相比起來慢的多，為每秒幾百米的量級；因此，通過檢測電磁、聲音信（xìn）號之間的時間差，可以判（pàn）斷故（gù）障點的遠近。當不（bú）斷移（yí）動傳感器，找到聲磁時間差*小的點，則其（qí）下（xià）方就是故障點。應該指出，由於很難知（zhī）道聲音在電纜周圍介質中的（de）傳播速（sù）度（dù），也不知道電纜埋設的（de）具（jù）體深度，所以不可能確切計算出傳感器和故障點之間的水（shuǐ）平距離。

二、高壓發生器的接線方法

聲磁同（tóng）步（bù）定點（diǎn）需要配合（hé）使用高（gāo）壓衝擊信（xìn）號發生器，並工作在周（zhōu）期放電狀（zhuàng）態。

1、相線對鎧裝接（jiē）法：

當發生相地故障、相間（jiān）合並對地（dì）故障，或斷線合（hé）並接地故障，總之隻要存在相對地絕緣損壞，均優先采用相（xiàng）對鎧接法，其優點為故障點放電（diàn）聲的傳播衰減（jiǎn）較小。

如圖5-2-1所示，將（jiāng）高（gāo）壓（yā）發生器（qì）的高壓輸出連接電纜故障相，測試地連接電纜的金屬鎧裝。

                       圖5-2-1 相對（duì）鎧接法

2、相（xiàng）間接（jiē）法：

當發生（shēng）單純相間故障（沒有合並接地）時，使（shǐ）用相間接法。如圖5-2-2所示，將（jiāng）高壓發生器的高壓輸出和測試地連接兩故障相，其中一故障（zhàng）相需進行**接地。

                        圖5-2-2 相間接（jiē）法

3、斷（duàn）線故（gù）障的接法：

對（duì）於單（dān）純斷線（xiàn）故障（沒有發生合（hé）並接地（dì）），接線示意（yì）圖如（rú）圖5-2-3所示：

                 圖5-2-3 斷線（xiàn）故障接線示（shì）意圖

將高壓發生器的高壓輸出線和測試地線分別接電（diàn）纜的一完好相線和故障相線，在電纜的遠端將兩項短路。

三、定點步驟

1、連接傳（chuán）感器和耳機：

將定點傳感器接主機定點信號插口，耳機接（jiē）耳（ěr）機插口。如圖5-3-1所示：

2、選擇工作模式：

按 定點 鍵，進（jìn）入聲磁同步定點模（mó）式，其顯示界麵如圖5-3-2所（suǒ）示：

       圖5-3-2 主機定（dìng）點模式的配置

3、選擇定點區域（yù）：

在定點之前，首先應明確（què）電纜路徑。如果圖紙資（zī）料（liào）不完整，應進行路徑探測，並做好標誌。

根（gēn）據測距結（jié）果，考（kǎo）慮電纜頭盤餘量、地形因素，粗略確定故障點位置，由於（yú）不可避免的（de）存在估算誤差，一般應在（測距值 ± 50m）之（zhī）間定點。

注（zhù）意：在脈衝電流測距時，由於放電波形的起始處一般都有向上的小幅凸起，造成不易精準定位，一般測距值均略大於實（shí）際故障距離，長約10~20m。

在（zài）選定的區域，將傳感器平放於電纜正（zhèng）上方的（de）地（dì）麵，觀察波形並用耳機監聽，開始定點。

4、調（diào）整磁場增益：

當高壓發（fā）生器開始對故障電纜周期放電後，調整儀器主機的“磁場（chǎng）增益”旋鈕，使“信（xìn）號”指示燈的閃亮和高壓發生器的（de）放電形成同步，正常同（tóng）步時的磁（cí）場波形和圖5-3-2所示的非常相似。如果“信號”指示燈閃亮頻率很快（如1－2秒閃亮一次），而且磁場波形尖細，毛刺較多，這是由於磁（cí）場增益過大，造成電（diàn）磁噪聲（shēng）錯誤觸（chù）發，此時需（xū）要將磁場增益適當調小。

5、調整聲音增益：

當調整好磁場增益正常同（tóng）步後，再調（diào）整（zhěng）“聲音增益”旋鈕。 當“信號”指示燈閃亮時，聲音信號（hào）同步采樣一次，波形更新。調整“聲（shēng）音增益”旋鈕，使聲音波形足夠大且不失真。

聲音信號（包括噪（zào）聲）在不斷（duàn）變化，要隨時看到真（zhēn）實的聲（shēng）音波形，需要不斷（duàn）地（dì）調整（zhěng）其（qí）增益，但根據（jù）經驗，聲音信號增益可以調（diào）的較大（dà），隻要不是每次都（dōu）失真即可，不必隨時調整。

6、尋找並逼近故障點：

以大約0.5~2m的間隔移動傳感器，如果連續幾次（cì）放電（diàn），均沒有看到如圖5-3-2所示的典型聲音波形，則應繼續向前移動，直至多次放電的聲音波形都與（yǔ）典型波形非常相似（sì）,而且穩定（除非當時有很大的噪（zào）聲出現），說明已經（jīng）到了故障點的附近，采集到（dào）了（le）真正的故障點放電聲音信號。這時用耳機監聽，會（huì）在“信號”指示（shì）燈閃亮的（de）同時，聽到較沉悶的（de）一聲“啪”。一般來說，靠觀察聲音波形得到的響應（yīng）範圍大於聽（tīng）聲（shēng）的響應範圍，而且單純聽聲較難分辨。

7、測量聲磁延時，精準定位：

看到放電（diàn）聲音波形後，按鍵（jiàn）移動光標（biāo），將其移動到聲音（yīn）波形（xíng）的起始點上，在聲音波形顯示區的（de）右上角顯示聲磁延時值，如圖（tú）5-3-2所示。此延時值能代表故障（zhàng）點的遠近，但由於很難確知（zhī）聲音在電（diàn）纜周圍複雜介質中的（de）傳播速度，也不知道電（diàn）纜埋設的具體深度，所以不能計算（suàn）出傳感器和（hé）故障點之間的精準水平距離。

注意：光標在其它位置時，顯示的聲磁延時值沒有意義。

以較小的間隔（gé）不斷改變傳感器（qì）的位置，並測量聲磁延時（shí），直至找到延（yán）時值*小的點，其正下方（fāng）即是故障點，誤差在0.2m之內。

8、利用磁場極（jí）性進行輔助（zhù）路徑探測：

在電纜的兩側，磁場波形的極性（xìng）相反（fǎn），可由此進行輔助路徑（jìng）探測（cè）。此（cǐ）功能在*終確定故障（zhàng）點精（jīng）準位置（zhì）時比（bǐ）較有用。

9、注意事項：

盡量不要將傳感器置於電纜本體上（shàng）進行定點，否則會在電纜任何位（wèi）置都能聽到微弱的啪啪聲，此為（wéi）大電流瞬間放電形成的電應（yīng）力造成的震（zhèn）動，整條電（diàn）纜上均存在，不能利（lì）用此信號進行（háng）定點。

有時電應力震動也能傳（chuán）到地麵。在遠離故障點時，如果非常仔細的監聽，有時能夠在電纜全長上都能聽到很（hěn）微弱的啪啪聲，且不會隨傳感器位置的不同而發生變化，此即為電應（yīng）力（lì）震動，其與真正的故障放電聲差別很大，注意不要誤判（pàn）。

第六章 路徑（jìng）探測

一、工作原理

電纜（lǎn）路徑探測的基本原（yuán）理，是用探測（cè）線圈感知加載在待測電纜上的交（jiāo）變電流引起的電磁場。進行路徑探測時，需要用信號發生器向電纜發射音頻信號，用主機進行接（jiē）收。

二、信號發生器的接線和使（shǐ）用方法

1、芯線-大地接法

芯線-大地接法是對離線電纜（退出運行的不帶（dài）電電纜）進行（háng）路徑探測和鑒別的基本接線方式，信號（hào）*強，並能*大程度地抗幹擾。

                   圖6-2-1 芯線－大地接（jiē）線法

如圖6-2-1所示（shì），將電纜金屬鎧（kǎi）裝（護層）兩端的接地線均解開，低壓電纜的零線和（hé）地線的接地也應解開，將信號（hào）發生器輸出線的紅色鱷魚（yú）夾夾一條完好芯（xīn）線，黑色鱷魚夾夾在打入地下的接地釺上。在電纜的（de）對端，對應（yīng）芯線接打入地下（xià）的接地釺。

注意，盡（jìn）量使用（yòng）接地釺，而不要直接用接地網！至少在電纜的對端必須用接地釺，接地釺還需要離開接地網一段距離，否則會在其他電纜上造成地線回流，影響探測效果。

2、相線－護層接法：

                      圖（tú）6-2-2 相線－護層接法

如圖6-2-2所示，發射信（xìn）號（hào）加在電纜一相和護層（céng）之（zhī）間（jiān），對端相線和護層短路，護層（céng）兩端保持接地。

這種接法比（bǐ）較簡單，但輻射出的有效信號較小，如果是多條（tiáo）電纜並行敷設，信（xìn）號也會傳播到其他電纜上，造（zào）成幹擾。故此方法適用於簡（jiǎn）單現場，若遇到多條電纜不易區分（fèn）的問（wèn）題，可換用芯線-大地接法。

3、連續／斷續輸出模式選擇

使用連續輸（shū）出模式能夠滿足（zú）絕大多數探測工作的需要；在幹擾較大的場合可以（yǐ）考慮換用斷續（xù）輸出模式，有助於區分真實信號和背景（jǐng）噪聲（shēng）。

需要時，操作信號發生器側接口板上的開關進行“連續”/“斷續”模式切換。

4、信號發（fā）射

接好線後，長按  開關  鍵打開電源，儀器根據負（fù）載情況進行實時全自動阻抗匹配，表頭顯示輸出（chū）電（diàn）流的大小。

可以通過觀察電流大小，來判斷電纜電流回路的阻抗情況，電流大說明（míng）回路阻抗小，信號強，易於探測；反之說明阻抗（kàng）大，信號弱（ruò），探測靈敏（mǐn）度降低；如果輸（shū）出電流很小（xiǎo），可能是因接線錯誤造成回路阻抗過大，或回（huí）路不通，可（kě）能無法探測。

5、電池檢測

需要檢測電池電量時，按  電（diàn）池檢測  鍵，表頭顯（xiǎn）示電池水平（píng），指針位於綠**域表示電池電量正常，若指針位於黃**域，表示電池欠壓，仍可工作一小段時間，建議（yì）充電；若（ruò）指針低於黃**域，表示電池電量不足（zú），可能無法開（kāi）機（jī），需充電後再使用。

三、路徑（jìng）探測步驟

1、連接傳感器和耳機：

將路徑傳感（gǎn）器接主機 路徑 信（xìn）號插口，耳機接 耳機 插口。如圖6-3-1所示：

            圖6-3-1 主機路徑探（tàn）測模式的配置

2、選擇工（gōng）作模式：

按  路（lù）徑  鍵，進入路徑探測模式，其顯示界麵如圖6-3-2所示：

              圖6-3-2 定（dìng）點（diǎn）顯示界麵

3、音（yīn）峰法探測：

旋轉傳感器，使其軸線與（yǔ）提杆垂直、與（yǔ）地麵水（shuǐ）平，手提傳感器時，應盡量（liàng）保持傳感器軸線垂直於電纜，如圖6-3-3(a)所示。將傳感器橫切可能的（de）電纜路徑，觀察信號幅值，越接近電（diàn）纜，信號越強，耳機聲音也越大，當位於電纜正上（shàng）方時，信號*強，故為音峰法。信號的響應曲線（xiàn）圖6-3-3（b）所示。

為了正確觀察信號幅值，應調整信號增益：當傳感器位於電纜（lǎn）正上方信號*強時，信號幅值在40~80%之間比較合適。如果信號幅（fú）值過大，應逆時針旋轉“路徑增益（yì）”旋鈕以（yǐ）減小（xiǎo）增益；反之應（yīng）調大增益。

   a）傳感器方向示意（yì）                (b) 信號（hào）響應曲線

                  圖（tú）6-3-3 音峰法示意圖

4、音（yīn）穀法探（tàn）測：

旋轉傳感器，使其軸線與提（tí）杆同（tóng）向、與地麵垂直，如圖6-3-4(a)所示。手提傳感器橫切可能的（de）電纜路徑，觀察信號（hào）幅值，在電纜正上方時信號*弱（ruò），偏離電纜（lǎn），信號會增強，越過某一點（diǎn）後信號再次減弱。信號的響應曲線圖6-3-4(b)所示，為一馬鞍形曲線，因電纜正上方（fāng）處（chù）於信號*弱的穀值，故稱音穀法。

音穀法同樣須調整路徑信號增益，使得信號*強（qiáng）時，信號幅值在40~80%之間。

  （a）傳感器方向示意              (b) 信號響應曲線

                圖6-3-4 音穀法示意圖

5、80%法深度測量：

首先用音峰法找到信號幅值*強的點，記下幅值數，然後（hòu）左右水平移動傳感器，找到左右兩側信號幅值減弱到*大幅值80％的點，則兩點之間的距離等於電纜深度，如（rú）圖6-3-5所示。注意：如果存在鄰近管線，由於其感應電流的影響，*大幅值（zhí）點（diǎn）往往稍偏離待測電纜正上（shàng）方，且兩側的*大值到（dào）80％點（diǎn）的距離並不一定（dìng）相等。

         圖6-3-5   80％法深（shēn）度測量（liàng）

6、45° 法深度測（cè）量：

在電纜兩側，分別反方向調整提杆，使傳感器軸線與地麵成45°夾角，橫切電纜（lǎn）路徑，在兩側分別找到（dào）信號幅值*弱的點，則兩點之間（jiān）的（de）距離為電纜深度的（de）2倍，如圖（tú）6-3-6所示。

          圖（tú）6-3-6   45°法深度測量

第七章（zhāng） 維護

一、充電

當主（zhǔ）機屏幕上顯示的電池水平很低，或信號發生器“電源”指示燈閃爍時，需要（yào）對其充電（diàn），在繼續使用一小段時間（jiān）後，儀器將自（zì）動關機。

充電時，將充電器的輸出插頭插到儀器的 充（chōng）電 插孔，充電器的電源插頭插市電（diàn）220V插座，儀器開始充電，充電器的指示燈指（zhǐ）示充電狀態（tài），紅燈表示（shì）正在充電，綠（lǜ）燈表（biǎo）示充（chōng）電（diàn）完成。將放完電的電（diàn）池充滿大約需要（yào）4小時，充不滿（mǎn）也可（kě）以使用，超過4小時也不會損壞電池（chí）。

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