低壓電纜故障分析儀試驗原理

一章 3M2773低壓電纜故障分析儀試驗原理概述

一、用途

用於電（diàn）力電（diàn）纜的故障測（cè）試，是一套集成化設備（bèi），包括兩（liǎng）台儀器及相關附件：

主機有以（yǐ）下功能：

低壓脈衝測距

脈衝電流測距

聲（shēng）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（xì）列綜合測試儀相對於傳統的分體設備，其設備件數、體積、重（chóng）量均大幅縮減，且功能強大、簡單易用、小巧便攜，是傳統設備的（de）換代產品。

二、3M2773低壓電纜故（gù）障分析（xī）儀試驗原理功能特點

功能全：

低壓（yā）脈衝故障（zhàng）測距

脈衝電流故障測距

聲磁同步精準（zhǔn）定點

電纜路徑探測

故障測距功能：

低壓脈衝（chōng）法：適用於低阻、短路、斷線故障的精（jīng）準（zhǔn）測距。

脈衝電流法（fǎ）：適用於高阻（zǔ）、閃絡（luò）型故障的測距，使用電流耦合器從地線（xiàn）上采集（jí）信號，與高壓部分（fèn）隔離，**可靠（kào）。

精準定點功（gōng）能：

聲磁同步接收，抗（kàng）幹擾能力（lì）強。

聲（shēng）磁信號波形顯（xiǎn）示，信號和噪聲易於區分。

光標測量聲磁延時，精準判斷故障點的遠近。

可根據磁場（chǎng）波形的初始極（jí）性，在定點的同時進行路徑探測。

路徑探測功能：

信號發生器：

大容（róng）量鋰離子（zǐ）電池供電，擺脫（tuō）市電束縛。

全自動功（gōng）率匹配和保護（hù），無需人工調整。

較大功率輸出。

音峰／音（yīn）穀法路徑探測。

信號幅值顯示。

可進行80％法或45°法測深。

大屏幕液（yè）晶顯示，界麵友好、簡（jiǎn）單易用。

SD卡存儲測試波形，存（cún）儲（chǔ）容量大，可導入計算機進行存（cún）檔、分析和打（dǎ）印。

內置大容量鋰離子電（diàn）池供電，配（pèi）快速充電器。

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

集成化設備，小（xiǎo）巧便攜。

三、3M2773低壓（yā）電纜故障分析儀試驗原理技（jì）術指標    (M為主機，T為信（xìn）號（hào）發生器，M&T為共同特性)

測距功能（M）：

測距模式（shì）：低壓脈衝、脈衝電流。

采樣頻率：100MHz。

分辨率：低壓脈衝模式1m；脈衝電（diàn）流模式4m。

低（dī）壓脈衝模式發射電壓：30V。

測距範圍：30km。

盲區：2m。

聲磁同步定點（diǎn）功能（M）：

聲音信號通頻帶：中心頻率400Hz，帶（dài）寬200Hz。

信號（hào）增益：80dB。

定點精度：0.1m。

路徑探測功能（M）：

接（jiē）收頻率：1kHz。

增益：80dB。

路徑（jìng）探測信號發生器（T）：

發射頻率：1kHz。

發射功率：≥3.5W。

輸出特性（xìng）：開路電壓≥100Vp-p；短路電流≥300mA；

根（gēn）據實（shí）際負載全自動匹配；自動短路保護。

電源：

電池（M&T）：內置（zhì）鋰離子電池組，標稱（chēng）電（diàn）壓7.4V，容量（liàng）3000mAH。

功耗：主機（M）400mA，可連（lián）續使用時間>6小時；

信號發生器（T）500mA。可連續使用時間>5小時；

充電器（M&T）：輸入AC220V±10%，50Hz；標稱（chēng）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（dà）屏幕液晶；信號（hào）發生器（T）：表（biǎo）頭。

體積（M&T）：210mm×160mm×65mm。

質量：主機（M）0.7kg；信號發生器（T）0.7kg。

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

四、3M2773低壓電纜故障分析儀試驗原理基本測試步（bù）驟

1、一般步驟：

故障性質診斷

故障測距

路徑探測

精準定點

2、故障性質的診斷和測試方（fāng）法的選擇。

在電纜發生故障後（hòu），須首先判斷電（diàn）纜的故障性質。

首先用（yòng）兆歐表在電纜（lǎn）的一端測量各（gè）相對地及相間的絕緣電阻。如果兆歐表的測量值為零，則可能（néng）還有（yǒu）零到上百（bǎi）kΩ的（de）電阻，故還須用（yòng）萬用（yòng）表測量（liàng）電阻值；如各相對（duì）地及相間絕緣電阻很高，絕緣（yuán）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地短路，在另一（yī）端重（chóng）複測量，判斷是否斷線。

明確故障性質後，需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（biǎo）

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

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

第2章 3M2773低壓電纜故障分析儀（yí）試驗原理（lǐ）組成和簡介

包括兩台儀器及相關附（fù）件：

1.ST-400電力電纜故障綜合測（cè）試儀（簡稱主機）

主機有以下功能，並根據不同功能使用相應附件：

低壓脈衝測（cè）距，附件：低壓脈衝測試線

脈衝電流測距，附件：脈衝電流耦合器

聲磁同步定（dìng）點，附件：定點傳感器（qì）、耳（ěr）機

路徑探測，附件：路徑傳（chuán）感器、耳機（jī）

2.電纜（lǎn）路徑探測信號發生器（簡稱（chēng）信號發生器）

信（xìn）號發生（shēng）器用於路徑探測的信號發（fā）射，附件：輸出連接線、接地釺。

3. 通用附件：充電器。

一（yī）、電力電纜故障綜（zōng）合測試儀（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

主機麵板如圖2-1-2所示：

                     圖2-1-2 主機麵板

主機麵板上有以下內容：

液晶屏幕：

顯示各種（zhǒng）信息，顯示的內容在以後章節中有詳細介紹。

模式選擇鍵及相應指（zhǐ）示燈：

麵（miàn）板右上（shàng）角區域的按鍵用來（lái）選擇儀器測試模式，選中後按鍵旁邊的指示（shì）燈亮。

 低壓脈（mò）衝  鍵：進入低壓脈衝測距模式（開機默（mò）認）。

 脈衝（chōng）電流（liú）  鍵：進入（rù）脈衝電流測距模式。

 定點  鍵：進入聲磁同（tóng）步（bù）精準定點模式。

 路徑  鍵：進入路徑探（tàn）測接收模（mó）式。

測試鍵和信號指示燈（麵板右下角區域）：

 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（rù）等待觸（chù）發狀態;

定點、路徑模（mó）式：無（wú）效。

 信號  指示燈：低壓脈衝模（mó）式：進行測試時閃亮一次;

脈衝電流模式：觸發時（shí）閃亮一次;

定點模式：磁場（chǎng）觸發時閃亮一次;

路徑（jìng）模式：無（wú）效。

測距模式（低壓脈衝/脈衝電流）相關按鍵的基本功能：

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

範圍＋/－鍵：用來改變當前測試範圍（量程（chéng））。

鍵：用來移動光標。

定（dìng）位／確定鍵（jiàn）：定位功能：自動移動光標，定位故障（zhàng）點。

確定功（gōng）能：當（dāng）某些操作（zuò）需要時，用來進行確認。

 增益＋/－：用來調整信號增益。

 開關鍵：長按1秒（miǎo）鍾有效，用來打開或（huò）關閉儀器電源。

鍵：背光鍵，用來打開和（hé）關閉液（yè）晶屏背光。背光功能為按鍵抬起執行。

 存儲  鍵：用來存儲當前波（bō）形。

 後翻  和  前翻  鍵：當調出SD卡已存儲（chǔ）的波形時（shí），用來選（xuǎn）擇需（xū）要查看的波形，後（hòu）翻選擇上一個，前翻選擇下一個。

測距模式相關按鍵的上檔（Shift）功能（néng）：

按（àn）住Shift鍵（基本功能的鍵）不放，再按其它鍵（jiàn），則執行鍵旁邊標注的上檔功能（néng）：

 波（bō）速  ＋/－鍵：用（yòng）來調整電纜波速度。

鍵：比例縮放鍵，用於對波（bō）形的縮小／放大顯示。

 光標切換  鍵（jiàn）：用來切換虛實光標。

 暫（zàn）存  鍵：在儀器內存中暫存當（dāng）前波形，以（yǐ）備雙波形比較。

 比較  鍵（jiàn）：同（tóng）時顯示當前波形和暫存波形，以便（biàn）比較兩波（bō）形的異同（tóng）。

 調出  鍵：調出SD卡（kǎ）中存儲的曆史波形。

儀器（qì）頂部接口（kǒu）板見圖2-2-2所示：

                圖（tú）2-1-3 主機頂接口板

測（cè）距（jù）插口：低壓脈衝模式（shì）下（xià），接低壓脈衝測試線；

             脈衝電流模式（shì）下，接脈衝電流耦合器。

定點插（chā）口：定點模式下，接定點傳感器。

路徑插（chā）口：路徑模式下（xià），接路徑傳感器。

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

主（zhǔ）機側麵接口（kǒu）板見圖2-1-4所示：

耳機插口：用來在定點、路徑模式下，接耳機（jī）監聽聲音。

充（chōng）電插口：用來接充電器，對儀器（qì）內置（zhì）電池充電。

聲音增益：定點模式下，用來調整聲音信號增益。

磁場/路徑增益：定（dìng）點模式下（xià），用來調整磁場（chǎng）信號增益。路徑模（mó）式下，用來調整路徑信號增益。

二、電（diàn）纜路徑探測信（xìn）號發生（shēng）器（T：信號發生器）

信號發（fā）生器外觀結構如圖（tú）2-2-1所示：

                    圖2-2-1 信號發生器外觀和接口

信號發生器麵板（bǎn）如（rú）圖2-2-2所示：

              圖2-2-2 信號發生器麵板

信號發生器麵板上有以下內（nèi）容：

表頭：正常情況下用來（lái）顯示輸（shū）出電流，其滿（mǎn）幅（fú）值為500mA；

按  電池檢測  鍵則顯示電池水平，指針（zhēn）位於綠**域（yù）表示電池電（diàn）量正常，若指針位於黃**域，表示電池欠壓，仍可工作一（yī）小段時間，建議充電；若指針低於黃**域（yù），表示電池電（diàn）量不足，可能無法開機，需充電後再使用。

 開關  鍵：長按1秒（miǎo）鍾有（yǒu）效，用來打開或關閉儀器電源（yuán）。

 電池檢測  鍵：用來檢測電池電量水平，按下（xià）後觀察表頭顯示可判斷（duàn）電池電量是否正常。本功能在開機和關機狀態下均可使用，“電（diàn）源“指示燈：用來表示電源狀態。開機後，本指示燈亮。若電池電量正常（cháng），則（zé）常亮（liàng）；若電池欠壓，則閃爍；若嚴重（chóng）欠壓（yā），則自動關機，燈滅。

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

主機側麵接口板見圖（tú）2-1-4所示：

輸出模式選（xuǎn）擇（zé）開關：用來選擇連續或斷（duàn）續輸出。斷（duàn）續輸（shū）出時以輸出0.5秒，停止0.5秒的節（jiē）奏發射信號。

輸出（chū）插口：用來接輸（shū）出連接線，對目標（biāo）電纜發射信（xìn）號。

充電插口：用來接充電器，對儀（yí）器內置電池充電。

第三章 低壓（yā）脈衝（chōng）法測距

一、適用範圍

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

二、工作原理

低壓脈衝法使用時域反射法（TDR）原理，又叫（jiào）脈衝反射法。測試時向電纜注入一低壓脈衝，脈衝沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如短路點、故障點、中間接（jiē）頭等，脈衝產生反射，回送到測量點被儀器記錄下來,如圖3-2-1所示：

圖3-2-1 低壓脈衝法原理圖

從儀器（qì）發射（shè）脈衝開始計（jì）時（shí），到接收（shōu）到故（gù）障點的反射脈衝共需時Δt；脈衝行波傳播速（sù）度為V，則故（gù）障點距離Lx為： （3-1）

不匹配點的反射係數ρ為：   （3-2）

其中為故障點的輸入阻抗（kàng），為線路的特性阻抗。從式3-2可得到：斷線故障反（fǎn）射脈衝與發射脈衝極性相同；而（ér）短路（混線）故障（zhàng）的反射脈衝與發射脈衝極性相反。因此通過識（shí）別反射脈衝的極性，可以判定故障（zhàng）的（de）性（xìng）質。如圖3-2-1和圖（tú）3-2-2所示：

圖3-2-1 斷線故障反射波形          圖3-2-2低阻/短路故障反射波形

三、測試步驟

1、接（jiē）線：

首（shǒu）先用放**將電纜各相線對地充分放電；將低壓脈衝測試線的插頭接（jiē）主機頂接口板的  測距  信號插口，測試線的的兩個夾鉗接故障相和地（或兩故障相），如圖3-4-1所示：                    

                 圖3-3-1 低壓（yā）脈衝法接線（xiàn）圖

2、選（xuǎn）擇工作模式：

長按  開關  鍵（jiàn）打開電源，按  低壓脈（mò）衝  鍵，進入低壓脈衝測距模式（shì）（開機默認），低壓脈衝法的顯示界麵如圖3-3-2所示：

              圖3-3-2 低壓脈衝法顯示界麵

3、選擇測試範圍（wéi）：

初始測試時（shí）選擇的範圍應大（dà）於電纜全長至（zhì）少幾百米，如：電纜全長為800m，則應選擇2km範圍，而不應選（xuǎn）擇1km。若發現可疑點較近，為了得到更高的（de）測距分辨率，可以適當將範圍（wéi）縮（suō）小。每改變一次範圍，儀器會自動進行（háng）一次測試。

4、設定波（bō）速：

根據電（diàn）纜的類型設定合（hé）適的（de）波速。

幾種常用電力電（diàn）纜的波（bō）速為（wéi）：

交聯聚（jù）乙烯電纜：波速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：波速220m/us   

不同生產廠家或不同批次的電纜，即使是相同型號，其波速也會（huì）有細微差別，當需要精準測距時，需根據已知的電（diàn）纜全長校準波速度，參見本節第11條。

5、測試：

按一次 測試  鍵，即進行一次脈衝發射（shè），“信號”指示燈（dēng）閃爍，儀器接收和處理脈（mò）衝反射信號，並進（jìn）行顯示（shì）。

6、調整增益：

增益是指儀器對信號的放大倍數，調節增益可以改變（biàn）的波形幅（fú）值，一般要調（diào）到需要的波形幅值足夠大且不失真。

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

6、光標定位：

反射脈衝波形的起始（shǐ）位置是故障位（wèi）置（zhì）。將光標移動到脈衝波形開始有明顯變化的位置（如圖3.4.2虛光標位置），屏幕右上角顯示的距離就是故障距離。

注意：光標在其他位置時，顯示的距離沒有意義。

自動定位方法（fǎ）：按（àn）  定位/確認  鍵，儀器進行自動光（guāng）標定位。如果自動定位沒（méi）有得到正確結果，應進行人工定標。

手動光標定位方法：按鍵，可以左右移動（dòng）光標。圖3-3-3為一個典型的混線故障波形，虛線光標位置即為故障點距（jù）離：320m。因為波形向下，故判斷為混線故障；若波形向上，則為斷（duàn）線故障。

圖3-3-3典型的混線故障波形定位

6、波形縮放：

如（rú）果需要精細觀（guān）察，從而得到更高的測距分辨率，可以將（jiāng）波形進行水平縮放。

波形縮放方法：按（àn）鍵將（jiāng）波形放大；按鍵將波形縮小。

在波形（xíng）放大狀態，無法進行自動定位。

6、波形暫存和（hé）比較（jiào）：

通過比較電（diàn）纜（lǎn）故障線對（duì）和完好線對（duì）的波形，可以更容易識別故障（zhàng）點。

波形比較方法：首先測試得到故障線對波形，按 暫存 鍵，將當前波（bō）形在儀（yí）器內存中暫存，屏幕左上角顯示暫存標誌。然後在條件（jiàn）不變的情況下測試一（yī）條完好線對的波（bō）形，按 比較 鍵，屏幕上將同時（shí）顯示（shì）兩條波形，屏幕上部顯示雙波形（xíng）比較標誌（zhì）。通（tōng）過比（bǐ）較兩波形的異同，可以幫（bāng）助尋找故障點。如圖3-3-4所示：

          圖3-3-4波形比較

7、相對距離測（cè）量：

若需得到故障點和參照點（如電纜接頭）的相對距（jù）離，操作如下：

開機後默認實光標（biāo）在無（wú）距離位置；調整虛光標將其移動到參照點；按 光標切換（huàn）  鍵，實光標（biāo）和虛光標的位置互換，現在（zài）實光標（biāo）位於參照點，虛光標位於無距（jù）離；調整虛光標移動到故障點，顯（xiǎn）示的距離值即為兩（liǎng）者之間（jiān）的相對距離（lí），如圖3-3-5所示。

       圖3-3-5 相對距（jù）離測量

7、波速度校準：

根據已知的電纜全（quán）長，可以精準校準波速度。

用（yòng）一段已知長度的同類型電纜，測量其對端開路和短路波（bō）形並比較，將虛光標移動到波形明顯分（fèn）叉處（chù），調整波速使得長度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SD卡中存儲當前（qián）測試的波形，按  調出  鍵（即同（tóng）時按  Shift 鍵和  存儲  鍵）後，屏幕顯示*後一次存儲的波形，用 後翻  和  前翻  鍵可以選擇顯示（shì）其他波形。

若需（xū）要進行計算機存檔管理，或需要進一步分析（xī）以（yǐ）及打印（yìn），需將SD卡取出，插入讀卡並和計算機連接，將SD卡中存（cún）儲的波形數據導入計算機，在（zài）後台（tái）軟件的支持下可（kě）以（yǐ）進行存（cún）檔、分析（xī）和打印。

第四章 脈衝電流法測距（jù）

一、適用範圍

脈衝電流（liú）法用（yòng）於電纜的高阻和閃絡性故障的測距，需（xū）要和高壓衝擊信號發生器配合使用。

二、工作原理

1、基本原理：

當（dāng）電纜故障點絕緣電阻較大(大於（yú）10倍電纜特性阻抗（kàng）,Rf＞10Zc≈200Ω)時，故障（zhàng）點的反射係數（shù）很小，造成反射脈（mò）衝無法分辨，因此低壓脈衝法無法測（cè）距。

使用高壓發生器向故障電纜施加（jiā）高壓，使得故障點擊穿放電，放（fàng）電脈衝在故（gù）障點和測試（shì）端之間來回反射，用儀器采樣（yàng）記錄此信號並測（cè）量時間差，將得到故障點（diǎn）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（yàng），采用電流取樣即（jí）為（wéi）脈衝（chōng）電流法：電流耦合器采集測試地（電纜金屬外皮）流（liú）回高壓儲能電容（róng）的電流，與高壓部分完全隔離，**可（kě）靠，波形較易識別（bié）。

2、直閃法：

直流高壓閃絡法（直閃法）用於測量閃絡性故（gù）障，即（jí）故障點絕緣電阻極高，但在做耐壓試驗時電壓上升到一定水平產生（shēng）閃絡擊穿的故障。

直閃法（fǎ）原理如圖4-2-1所示，其中T1為調（diào）壓器；T2為高壓變（biàn）壓器，容量應在1KVA左右；VD為高壓矽堆；C為高壓儲能電容器，容量在2μF以上；L為電流耦（ǒu）合（hé）器。調節（jiē）T1調壓器，使得輸出電（diàn）壓（yā）逐漸升高，直至故障點（diǎn）擊穿（chuān）。

              圖4-2-1 直閃法原理圖

直閃法（fǎ）的波形如圖4-2-2所示:

        圖4-2-2 直閃法（fǎ）波形

3．衝閃法（fǎ）：

當電纜故（gù）障點的電阻不是很高時，故障點的泄漏（lòu）電流較大，如果使用直閃（shǎn）法，因T2高壓變壓器的內阻很大，輸出電壓將無法升高（gāo）到閃絡電壓，這時必須使用衝擊高（gāo）壓閃絡法（衝閃（shǎn）法）。衝閃法也適用於大多數閃絡型（xíng）故障。

衝閃法（fǎ）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和電纜之間串入一球間隙G。調節T1調壓器對電容C充電，當電容電（diàn）壓上升到（dào）一定程度時，球間隙G擊穿，電容C對電纜放電，由於電容的（de）內阻極小，輸出電壓將能足夠高並使得故障（zhàng）點擊（jī）穿。

              圖4-2-3 衝閃法原理圖

衝閃法（fǎ）的波形如圖4-2-4所示（shì）:

       圖4-2-4 衝閃法（fǎ）波形

三、測試步驟

1、接線：

使用脈衝電流法必須配合使用（yòng）高（gāo）壓衝擊信號發生器，推薦（jiàn）使用集成（chéng）化的設備，操作簡單，**可靠；也可以使用由分立器件組合成的（de）高壓衝擊（jī）放（fàng）電（diàn）裝置。

測試接線如圖4-3-1所示。

              圖4-3-1 與其他高壓設（shè）備配合使用

以電纜相（xiàng）對地（dì）故（gù）障為例（lì），將高壓發生器的高壓輸出線連（lián）接電纜故障相，測試地線連接（jiē）電纜的（de）金屬護套；將脈衝電流耦合器掛在測（cè）試地線上，耦合（hé）器輸出插頭接主機  測距  信（xìn）號插口。

若電纜是相間故障，則需將高壓發生器（qì）測試（shì）地線連接另一故障相，並（bìng）將其接地（dì）。

2、選擇工作模式：

按 脈衝電流 鍵，進入脈衝電流測距模式，其顯示界麵和低壓脈衝法基本相同。

3、選擇測試範圍（wéi）：

初（chū）始（shǐ）測試時選擇的範圍應（yīng）大於電纜全長至少幾百米，如：電纜全（quán）長為800m，則應選擇2km範圍，而不應選擇1km。

若發現可疑點較近，為了得到更高的測距分辨率，可以適當將範（fàn）圍縮小。

如果確信故障點（diǎn）已經放電（觀察高壓發生器的高（gāo）壓（yā）表，發現放電時電壓跌落明顯，說明已放電），但仍然沒有得到放電波形，說明故障（zhàng）點的擊穿（chuān）延（yán）時有可（kě）能較長，可以適當將範圍增大再測試。

4、設定波速：

根據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（qì）進入等（děng）待觸發狀態，當高壓發生器對電（diàn）纜放（fàng）電後，儀器觸發、采集並顯示波形。若波形過小須調高增益，反之調（diào）低，再重複（fù）測試，直至獲得滿意的（de）脈（mò）衝電流波形。

6、故障點定位：

采集到波形後，按鍵將虛光標定位在**個放電脈衝起始點（diǎn），再按 光標切（qiē）換 鍵（jiàn），將虛光標變為實光（guāng）標，再移動虛光標移動到第2個脈衝起始點，其相對距離即為故障點。

按 定（dìng）位／確定 鍵，儀器能自動（dòng）進行計算和定標。

           圖4-3-3 典型的衝閃法波形

6、定標（biāo）時的注意事（shì）項：

直閃法和衝閃法的區別在於衝閃波形往往有球間隙放電形成的脈衝，而且從球間隙放電（diàn）到故障點擊穿有一定延時；

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

利用（yòng）比（bǐ）例放大功能精準（zhǔn）定標；

反射波頭的凸起起始（shǐ）點有時不易精準定位，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（shì）否擊穿的方法：

故障點擊穿時，球間隙放電聲清脆響亮，火花較大。而沒擊穿時，一（yī）般球間隙放電聲嘶啞，不清脆（cuì），而且火花較弱。

電纜故障點擊穿時，電壓（yā）表（biǎo）指針擺動範圍較大。而未（wèi）擊穿時，電壓表擺動較小，根據（jù）儀器記錄（lù）波形判斷。圖（tú）4-3-5為電纜未（wèi）擊穿時的典型波形。              

圖 4-3-5 故障點未擊（jī）穿時的（de）典型波形

第五章 聲磁同步定點

一、工作（zuò）原理

采用波形（xíng）顯示的（de）聲磁同步法進（jìn）行故障精（jīng）準定點，是一種非（fēi）常精準、且唯壹性很好的定點方法，其原理基於傳統的聲測定點法，但有多項（xiàng）改進和提高。

當高壓發生器對故障電纜進（jìn）行直流高壓衝擊，使故障點擊（jī）穿放電（diàn），放電產生的機械振動傳到地麵，振動信號被高靈敏度的（de）傳感器拾取，經（jīng）放大後用（yòng）耳機監聽，便可以聽到“啪、啪”的聲音。這就是（shì）傳統的聲測法定（dìng）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（bǎi）動來分辨故障點放電聲音。由於放電聲一瞬既逝，而且和（hé）環境噪聲（shēng）區（qū）別不（bú）大，往往給（gěi）經驗不是十分豐（fēng）富的操作者帶來（lái）很大困難。

傳統（tǒng）聲測法經（jīng）改進後即為聲磁同步法，利用高壓衝擊放電瞬間的強大電磁場信號（hào），觸發一個指示燈閃亮（或（huò）表針擺動），對聲音（yīn）進行（háng）同步。若（ruò）聽到“啪、啪”聲的同時看到指示燈閃亮（或表針擺動），表明聽到（dào）的聲音是故障（zhàng）點（diǎn）放電聲。聲磁同步法對聲測法改進很大（dà），但仍然主要靠人耳對聲音進行判斷（duàn），仍（réng）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信號，對聲音進行數字化采樣，將聲音波形顯示出來，波形可以持（chí）續保持，避免了聲音轉瞬（shùn）即逝的缺點，而且（qiě）故障點放電波形和噪聲有明顯的區別，更重要的是多次放電（diàn）的聲音波形均非常相（xiàng）似，當觀察到多（duō）次放電的聲音（yīn）波形相同時，可以明確判斷已經采集到了放電聲音。

現（xiàn）場測試時，往往已經聽到故（gù）障點放電聲，但僅靠聲音強弱仍很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。通過檢測（cè）電磁信號和聲音信號之間的時間（jiān）差，可（kě）以解決這個問題（tí）。由於電磁信號的傳播速度是光速，從電纜傳播到傳感器的時（shí）間可以忽略不計；而聲音（yīn）傳播速度（dù）相比起來慢的多，為每秒幾百米（mǐ）的量級；因此（cǐ），通過檢測電磁、聲音信號之（zhī）間的時（shí）間差，可以判斷故障點的（de）遠（yuǎn）近。當不（bú）斷移（yí）動傳感器，找到（dào）聲磁時間差*小的點（diǎn），則其下方就是故障點。應該（gāi）指出，由於（yú）很難知道聲音在電纜周圍（wéi）介質中（zhōng）的傳播（bō）速度，也不知道電纜埋設（shè）的具體深（shēn）度，所以不（bú）可能確切（qiē）計算出傳感器和故障點之間的水平距離。

二、高壓（yā）發生器的接線方法

聲磁同步定點需要配合使（shǐ）用（yòng）高壓衝擊信號發生（shēng）器，並工作在周（zhōu）期（qī）放電狀態（tài）。

1、相線對鎧裝接（jiē）法：

當發生相地故障、相間合並對（duì）地故（gù）障，或斷線合並接地故障，總之（zhī）隻要存在相對地絕緣損壞，均（jun1）優先（xiān）采（cǎi）用相對鎧接法，其優點為故障點放電聲的傳播（bō）衰減較小。

如圖5-2-1所示，將高壓發生器的高壓（yā）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 相對鎧（kǎi）接法

2、相間接法：

當發生單純相間故障（沒有（yǒu）合並接（jiē）地）時，使（shǐ）用相間接法（fǎ）。如（rú）圖5-2-2所示，將高壓發生（shēng）器的高壓輸出和測試地連接兩故障相，其中一故障相需進行**接地。

                        圖5-2-2 相間（jiān）接法

3、斷線故障的接法：

對於單純斷線故障（沒（méi）有發生合並接地），接線示意圖如圖5-2-3所示：

                 圖5-2-3 斷線故障接線示意圖

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

三、定點步驟（zhòu）

1、連接傳感器和耳機：

將定點（diǎn）傳感器接主機定點信號插口，耳機接耳機插口。如圖（tú）5-3-1所示：

2、選擇工作模式：

按 定點 鍵，進入聲磁同步定點模式，其（qí）顯示界麵如（rú）圖5-3-2所示：

       圖5-3-2 主機定點模式的配置

3、選擇定點（diǎn）區域：

在定點之前，首先應明確（què）電纜路（lù）徑。如果圖紙資料不完整，應（yīng）進行路徑探測，並做好標誌。

根據測距結果，考慮電纜頭盤餘量、地形因素，粗略確定故障點位置（zhì），由於不可避免的存在估算誤差（chà），一般（bān）應在（測距值 ± 50m）之間定點。

注意：在脈衝電（diàn）流測距時，由於放電波形的起始處一般都有向上的小幅凸（tū）起，造成不易精準定位，一般測距值均（jun1）略（luè）大於實際故（gù）障距離，長約10~20m。

在選定的區域，將（jiāng）傳感器平放於電纜正（zhèng）上方的地麵，觀察波形並用耳機監聽，開始定點。

4、調（diào）整磁場增益：

當（dāng）高壓發生器開始對故障電纜周期放電後，調整儀器主機的“磁場增益（yì）”旋鈕，使“信號”指示燈的閃亮和高壓發生器的放電形成同步，正常同步時的磁場波形和圖5-3-2所示（shì）的非（fēi）常相似。如果“信號”指示燈（dēng）閃亮頻率很快（如1－2秒閃亮一次），而且磁場波形尖（jiān）細，毛刺較多，這是由於磁場增益過大，造成電磁噪聲錯誤觸發，此時需要將磁場增益適當（dāng）調小。

5、調整聲音增益：

當調整好磁場增益正常同步（bù）後，再調整（zhěng）“聲音增益”旋鈕。 當“信號”指示燈閃亮時，聲音信號同步（bù）采樣一次，波形更新（xīn）。調整“聲音增益”旋鈕，使聲音波形足夠大且不失真。

聲音信號（包括噪聲）在不斷變化，要隨時看到真實的聲音波形，需要不斷地調（diào）整其增益（yì），但根據（jù）經驗，聲音信號（hào）增益可以（yǐ）調的較（jiào）大，隻要不是每次（cì）都失真即可，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（chuán）感器，如果連續幾次（cì）放電，均沒有看到如圖5-3-2所示的典型聲（shēng）音波形，則（zé）應繼續（xù）向（xiàng）前移動，直至多次放電的（de）聲（shēng）音波形都與典型（xíng）波形非常相似,而且穩定（除非當時有很大的噪（zào）聲出（chū）現），說明（míng）已經到了故障（zhàng）點的附近，采集到了真正的故（gù）障（zhàng）點放電聲音信號。這時用（yòng）耳機監聽，會（huì）在“信號”指（zhǐ）示（shì）燈閃亮的同（tóng）時（shí），聽到較沉悶（mèn）的一聲“啪（pā）”。一般來說，靠觀（guān）察聲音波形得到（dào）的響應範圍大於聽聲的響應範圍，而且（qiě）單純聽聲（shēng）較難分辨。

7、測（cè）量聲磁延時，精準定位：

看到放電（diàn）聲音波形後，按鍵移動光標，將其移動到聲音波形的起始點上，在聲（shēng）音波形顯示區的右上角顯示聲（shēng）磁延時值，如圖5-3-2所示。此延時值能代表故障點的遠近，但由於很難確知聲音在（zài）電纜周圍複（fù）雜介質中的傳播速度，也不知道（dào）電纜埋設的具體深度，所以不能計算出傳感器和故障點之間的精（jīng）準水平距離。

注意：光標在其它（tā）位置時，顯示的聲磁延時值沒有意義。

以較小的間隔不斷改變傳感器的（de）位置（zhì），並測量聲磁延時，直至（zhì）找（zhǎo）到延時值*小的點，其正下方即是故障點，誤差在0.2m之內。

8、利用磁場極性進行輔助路徑探測：

在電纜的兩側，磁場（chǎng）波形的極（jí）性相反，可由此進行輔助路徑探（tàn）測（cè）。此功能在*終確定故障點精準位置時比較有用。

9、注意（yì）事項：

盡量不要將傳感器（qì）置於電纜本體上進行定點，否則會在電纜任何位置都能聽到微弱的啪（pā）啪聲，此為大電流瞬（shùn）間放電形成的電應力造成的震動，整條電（diàn）纜上均存在，不能（néng）利用此信號進行定點。

有時電應力震動（dòng）也能傳到地麵。在（zài）遠離故障點時，如果（guǒ）非常仔細（xì）的監聽，有時能夠在電纜（lǎn）全長上都能（néng）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，此即為電應力震動，其與真（zhēn）正的故障放電聲（shēng）差別很（hěn）大（dà），注意不要誤判。

第六章 路（lù）徑探測

一、工作原（yuán）理

電纜路徑探測的基本原理，是用探測線圈感知加載在（zài）待測電纜上的交變電流（liú）引起的電磁場。進行路徑探測時，需要用信號發生器向電（diàn）纜發射音頻信（xìn）號，用（yòng）主機進行接收。

二、信號發生器的接線和使用方法

1、芯線-大地接法

芯線-大地接法（fǎ）是對離線電纜（退出運（yùn）行的不帶電電纜）進行路徑探測和鑒別（bié）的基本接線方式，信號*強，並能*大程度地抗（kàng）幹擾。

                   圖6-2-1 芯線－大地接線法

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

注意，盡（jìn）量使用接地釺，而不（bú）要直接用接地（dì）網（wǎng）！至少在（zài）電纜的對（duì）端必須用接地釺，接（jiē）地釺（qiān）還需要離開接地網一段距（jù）離，否則會在其他電（diàn）纜上造成地線回流，影響探測效果。

2、相線－護層接法：

                      圖6-2-2 相線－護層（céng）接法

如圖6-2-2所示，發射信號加在電纜一相和護層之間，對端相線和護層短路，護（hù）層兩端保持接地。

這種接法比較簡（jiǎn）單，但輻射出的有效信號較小，如果（guǒ）是多條電纜（lǎn）並行敷設，信號也會傳播到其他（tā）電纜上，造成幹擾。故此方法適用於簡單現（xiàn）場，若遇到（dào）多條電（diàn）纜不易區（qū）分的問題，可換用芯線-大地接法。

3、連續／斷續輸出模式選擇

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

需要時，操作信（xìn）號發生器側接口板上的開（kāi）關進行“連續”/“斷續”模式切換。

4、信號（hào）發射

接好線後，長按  開關  鍵打（dǎ）開電源，儀器根據（jù）負載情況（kuàng）進（jìn）行實時全（quán）自動阻抗匹配，表頭（tóu）顯示（shì）輸出電流（liú）的大小。

可以通過觀察電流大小，來判斷電纜電流（liú）回路的阻抗情況（kuàng），電流大說明回（huí）路阻抗小，信號強，易於探測；反之說明阻抗大，信（xìn）號（hào）弱，探測靈敏度降低；如（rú）果輸出電流很小，可（kě）能是因接線錯誤造成回路阻抗過（guò）大，或回（huí）路不通，可能無法探測。

5、電池檢測

需要檢測電（diàn）池電量（liàng）時，按  電池檢測（cè）  鍵，表頭顯示電池水平，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，表示電池電量不足，可能無法開機，需充（chōng）電後再使用。

三、路徑探測步驟

1、連接傳（chuán）感（gǎn）器和耳機：

將路（lù）徑傳感器接（jiē）主（zhǔ）機 路徑 信號插口，耳機接 耳機 插口。如圖6-3-1所示：

            圖6-3-1 主機路徑探測模式的配（pèi）置

2、選擇工作模式：

按  路徑（jìng）  鍵，進入路徑（jìng）探測模式，其顯示界麵如圖6-3-2所（suǒ）示：

              圖6-3-2 定點顯示界麵

3、音峰法（fǎ）探測：

旋轉傳感器，使其軸線與提杆垂直、與地麵水平，手提（tí）傳感器時，應盡量保持傳感器軸線（xiàn）垂直於電纜（lǎn），如圖6-3-3(a)所示。將（jiāng）傳感器橫切可能的電纜路徑（jìng），觀察信號幅值，越接近電纜，信號越強，耳（ěr）機聲音（yīn）也越（yuè）大，當位於電纜正上方時，信號（hào）*強，故為音峰法。信號的（de）響應曲線圖（tú）6-3-3（b）所示。

為了正確觀察（chá）信號幅值，應調整信號增（zēng）益：當傳感器位於電纜正上方（fāng）信號*強時，信號幅（fú）值（zhí）在（zài）40~80%之（zhī）間比較合適。如（rú）果（guǒ）信號幅值過大，應逆（nì）時針旋轉“路徑增益”旋鈕以減小增益；反之應調大（dà）增益。

   a）傳感（gǎn）器方向示意                (b) 信號響應曲線

                  圖6-3-3 音峰法示意圖（tú）

4、音穀法探測：

旋（xuán）轉傳感器，使其軸線與提杆同向、與地麵垂（chuí）直，如圖6-3-4(a)所示。手提（tí）傳感器橫（héng）切可能的電纜路徑，觀察信號幅值，在（zài）電（diàn）纜（lǎn）正上方時信號*弱，偏離電纜，信號會增強，越過某（mǒu）一點後信號再（zài）次減弱。信號的響應曲線圖6-3-4(b)所示，為一馬（mǎ）鞍形曲線，因電纜正上方處於信號*弱的穀值，故稱音（yīn）穀（gǔ）法（fǎ）。

音穀法同樣須調整路徑（jìng）信號（hào）增益，使得信號*強時，信號幅值在40~80%之間。

  （a）傳感器方向示（shì）意              (b) 信號響應曲（qǔ）線

                圖6-3-4 音穀（gǔ）法示（shì）意圖

5、80%法深度測量：

首先用音峰法（fǎ）找到信（xìn）號幅值*強（qiáng）的點，記下幅值數，然後左右水平移動傳感器，找（zhǎo）到左右兩側信號（hào）幅值（zhí）減弱（ruò）到*大幅值80％的點，則兩點之間的距離等於電（diàn）纜深度，如圖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（xiǎng），*大（dà）幅值點往往稍偏離待測電纜正上方，且兩側的*大值到80％點的距離並不一定相等。

         圖6-3-5   80％法深度測量

6、45° 法深度測量：

在電纜兩側，分別反方向調整（zhěng）提杆，使傳感器軸線與地麵成45°夾角，橫切電（diàn）纜路徑，在兩側分別找到信號（hào）幅值*弱的點（diǎn），則（zé）兩點之間（jiān）的距離為電纜深度的2倍，如圖6-3-6所示。

          圖6-3-6   45°法深度（dù）測量

第（dì）七章 維護

一、充電

當主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（shǎn）爍時，需要對其充電，在繼續使用一（yī）小段時間後，儀器將（jiāng）自動（dòng）關機。

充電時，將充（chōng）電器的輸出插頭（tóu）插到儀器（qì）的 充電 插孔，充電器的（de）電源插（chā）頭插市電220V插座，儀器開始充電，充電器（qì）的指示燈指示充電（diàn）狀態，紅燈表示正在（zài）充電，綠燈表示充（chōng）電完成（chéng）。將放完電的電池充滿大約需要4小時（shí），充不滿也可以使用，超過（guò）4小時也不會損壞電池。

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