**章 3M2773高壓電纜故障測試儀概述
一、用途
用于電力電纜的故障測試，是一套集成化設(shè)備，包括兩臺(tái)儀器及相關(guān)附件：
主機(jī)有以下功能：
低壓脈沖測距
脈沖電流測距
聲磁同步定點(diǎn)
路徑探測
電纜路徑探測信號(hào)發(fā)生器（以下簡稱信號(hào)發(fā)生器）
信號(hào)發(fā)生器用于路徑探測的信號(hào)發(fā)射。ST系列綜合測試儀相對(duì)于傳統(tǒng)的分體設(shè)備，其設(shè)備件數(shù)、體積、重量均大幅縮減，且功能強(qiáng)大、簡單易用、小巧便攜，是傳統(tǒng)設(shè)備的換代產(chǎn)品。
二、功能特點(diǎn)
功能全：
低壓脈沖故障測距
脈沖電流故障測距
聲磁同步精準(zhǔn)定點(diǎn)
電纜路徑探測
故障測距功能：
低壓脈沖法：適用于低阻、短路、斷線故障的精準(zhǔn)測距。
脈沖電流法：適用于高阻、閃絡(luò)型故障的測距，使用電流耦合器從地線上采集信號(hào)，與高壓部分隔離，**可靠。
精準(zhǔn)定點(diǎn)功能：
聲磁同步接收，抗干擾能力強(qiáng)。
聲磁信號(hào)波形顯示，信號(hào)和噪聲易于區(qū)分。
光標(biāo)測量聲磁延時(shí)，精準(zhǔn)判斷故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近。
可根據(jù)磁場波形的初始極性，在定點(diǎn)的同時(shí)進(jìn)行路徑探測。
路徑探測功能：
信號(hào)發(fā)生器：
大容量鋰離子電池供電，擺脫市電束縛。
全自動(dòng)功率匹配和保護(hù)，無需人工調(diào)整。
較大功率輸出。
音峰／音谷法路徑探測。
信號(hào)幅值顯示。
可進(jìn)行80％法或45°法測深。
大屏幕液晶顯示，界面友好、簡單易用。
SD卡存儲(chǔ)測試波形，存儲(chǔ)容量大，可導(dǎo)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行存檔、分析和打印。
內(nèi)置大容量鋰離子電池供電，配快速充電器。
電源管理：根據(jù)不同功能開啟不同的電源通路，盡量減小功耗；若15分鐘沒有任何操作，儀器將自動(dòng)關(guān)機(jī)；電池欠壓時(shí)也將自動(dòng)關(guān)機(jī)，以保護(hù)電池。
集成化設(shè)備，小巧便攜。
三、技術(shù)指標(biāo) (M為主機(jī)，T為信號(hào)發(fā)生器，M&T為共同特性)
測距功能（M）：
測距模式：低壓脈沖、脈沖電流。
采樣頻率：100MHz。
分辨率：低壓脈沖模式1m；脈沖電流模式4m。
低壓脈沖模式發(fā)射電壓：30V。
測距范圍：30km。
盲區(qū)：2m。
聲磁同步定點(diǎn)功能（M）：
聲音信號(hào)通頻帶：中心頻率400Hz，帶寬200Hz。
信號(hào)增益：80dB。
定點(diǎn)精度：0.1m。
路徑探測功能（M）：
接收頻率：1kHz。
增益：80dB。
路徑探測信號(hào)發(fā)生器（T）：
發(fā)射頻率：1kHz。
發(fā)射功率：≥3.5W。
輸出特性：開路電壓≥100Vp-p；短路電流≥300mA；
根據(jù)實(shí)際負(fù)載全自動(dòng)匹配；自動(dòng)短路保護(hù)。
電源：
電池（M&T）：內(nèi)置鋰離子電池組，標(biāo)稱電壓7.4V，容量3000mAH。
功耗：主機(jī)（M）400mA，可連續(xù)使用時(shí)間>6小時(shí)；
信號(hào)發(fā)生器（T）500mA?？蛇B續(xù)使用時(shí)間>5小時(shí)；
充電器（M&T）：輸入AC220V±10%，50Hz；標(biāo)稱輸出8.4V，DC1A。
充電時(shí)間（M&T）：<4小時(shí)。
顯示方式：主機(jī)（M）320×240點(diǎn)陣大屏幕液晶；信號(hào)發(fā)生器（T）：表頭。
體積（M&T）：210mm×160mm×65mm。
質(zhì)量：主機(jī)（M）0.7kg；信號(hào)發(fā)生器（T）0.7kg。
使用條件（M&T）：溫度:-10℃－40℃，濕度5-90％RH，海拔<4500m。
四、基本測試步驟
1、一般步驟：
故障性質(zhì)診斷
故障測距
路徑探測
精準(zhǔn)定點(diǎn)
2、故障性質(zhì)的診斷和測試方法的選擇。
在電纜發(fā)生故障后，須首先判斷電纜的故障性質(zhì)。
首先用兆歐表在電纜的一端測量各相對(duì)地及相間的絕緣電阻。如果兆歐表的測量值為零，則可能還有零到上百kΩ的電阻，故還須用萬用表測量電阻值；如各相對(duì)地及相間絕緣電阻很高，絕緣正常，則應(yīng)測試導(dǎo)體是否斷線：在電纜的一端將三相短接并對(duì)地短路，在另一端重復(fù)測量，判斷是否斷線。
明確故障性質(zhì)后，需選擇不同的測距和定點(diǎn)方法，見下表：
表1-4-2：故障性質(zhì)和測試方法選擇表
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故障
性質(zhì)
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故障表現(xiàn)形式
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測距方法
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定點(diǎn)方法
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1
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低阻
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兆歐表測量：0
萬用表測量：＜ 200Ω
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低壓脈沖
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音頻法（備選）
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聲磁同步
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2
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斷線
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導(dǎo)體不連續(xù)
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聲磁同步
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3
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高阻
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兆歐表測量：＞0
或：
兆歐表測量：0
萬用表測量：≥ 200Ω
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脈沖電流
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4
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閃絡(luò)
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兆歐表測量：絕緣正常
耐壓試驗(yàn)：不通過
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備注：
（1） 表中陰影部分表示：脈沖電流測距和聲磁同步定點(diǎn)需要配套使用高壓沖擊信號(hào)發(fā)生器（該高壓發(fā)生器不包含在本套設(shè)備中，需另配）。
（2）音頻法定點(diǎn)低阻故障為備選方案，聲磁同步不成功時(shí)選用，需配套使用路徑探測信號(hào)發(fā)生器。
**章 3M2773高壓電纜故障測試儀組成和簡介
包括兩臺(tái)儀器及相關(guān)附件：
1.ST-400電力電纜故障綜合測試儀（簡稱主機(jī)）
主機(jī)有以下功能，并根據(jù)不同功能使用相應(yīng)附件：
低壓脈沖測距，附件：低壓脈沖測試線
脈沖電流測距，附件：脈沖電流耦合器
聲磁同步定點(diǎn)，附件：定點(diǎn)傳感器、耳機(jī)
路徑探測，附件：路徑傳感器、耳機(jī)
2.電纜路徑探測信號(hào)發(fā)生器（簡稱信號(hào)發(fā)生器）
信號(hào)發(fā)生器用于路徑探測的信號(hào)發(fā)射，附件：輸出連接線、接地釬。
3. 通用附件：充電器。
一、電力電纜故障綜合測試儀（M：主機(jī)）
主機(jī)外觀結(jié)構(gòu)如圖2-1-1所示：
圖 2-1-1 主機(jī)外觀和接口
主機(jī)面板如圖2-1-2所示：
圖2-1-2 主機(jī)面板
主機(jī)面板上有以下內(nèi)容：
液晶屏幕：
顯示各種信息，顯示的內(nèi)容在以后章節(jié)中有詳細(xì)介紹。
模式選擇鍵及相應(yīng)指示燈：
面板右上角區(qū)域的按鍵用來選擇儀器測試模式，選中后按鍵旁邊的指示燈亮。
低壓脈沖 鍵：進(jìn)入低壓脈沖測距模式（開機(jī)默認(rèn)）。
脈沖電流 鍵：進(jìn)入脈沖電流測距模式。
定點(diǎn) 鍵：進(jìn)入聲磁同步精準(zhǔn)定點(diǎn)模式。
路徑 鍵：進(jìn)入路徑探測接收模式。
測試鍵和信號(hào)指示燈（面板右下角區(qū)域）：
測試 鍵：低壓脈沖模式：按一下進(jìn)行一次測試;
脈沖電流模式：按一下進(jìn)入等待觸發(fā)狀態(tài);
定點(diǎn)、路徑模式：無效。
信號(hào) 指示燈：低壓脈沖模式：進(jìn)行測試時(shí)閃亮一次;
脈沖電流模式：觸發(fā)時(shí)閃亮一次;
定點(diǎn)模式：磁場觸發(fā)時(shí)閃亮一次;
路徑模式：無效。
測距模式（低壓脈沖/脈沖電流）相關(guān)按鍵的基本功能：
面板左下角區(qū)域的按鍵基本是為了測距功能服務(wù)。按鍵上直接標(biāo)注的功能為其基本功能定義，直接按鍵即執(zhí)行基本功能：
范圍＋/－鍵：用來改變當(dāng)前測試范圍（量程）。
鍵：用來移動(dòng)光標(biāo)。
定位／確定鍵：定位功能：自動(dòng)移動(dòng)光標(biāo)，定位故障點(diǎn)。
確定功能：當(dāng)某些操作需要時(shí)，用來進(jìn)行確認(rèn)。
增益＋/－：用來調(diào)整信號(hào)增益。
開關(guān)鍵：長按1秒鐘有效，用來打開或關(guān)閉儀器電源。
鍵：背光鍵，用來打開和關(guān)閉液晶屏背光。背光功能為按鍵抬起執(zhí)行。
存儲(chǔ) 鍵：用來存儲(chǔ)當(dāng)前波形。
后翻 和 前翻 鍵：當(dāng)調(diào)出SD卡已存儲(chǔ)的波形時(shí)，用來選擇需要查看的波形，后翻選擇上一個(gè)，前翻選擇下一個(gè)。
測距模式相關(guān)按鍵的上檔（Shift）功能：
按住Shift鍵（基本功能的
鍵）不放，再按其它鍵，則執(zhí)行鍵旁邊標(biāo)注的上檔功能：
波速 ＋/－鍵：用來調(diào)整電纜波速度。
鍵：比例縮放鍵，用于對(duì)波形的縮小／放大顯示。
光標(biāo)切換 鍵：用來切換虛實(shí)光標(biāo)。
暫存 鍵：在儀器內(nèi)存中暫存當(dāng)前波形，以備雙波形比較。
比較 鍵：同時(shí)顯示當(dāng)前波形和暫存波形，以便比較兩波形的異同。
調(diào)出 鍵：調(diào)出SD卡中存儲(chǔ)的歷史波形。
儀器頂部接口板見圖2-2-2所示：
圖2-1-3 主機(jī)頂接口板
測距插口：低壓脈沖模式下，接低壓脈沖測試線；
脈沖電流模式下，接脈沖電流耦合器。
定點(diǎn)插口：定點(diǎn)模式下，接定點(diǎn)傳感器。
路徑插口：路徑模式下，接路徑傳感器。
SD存儲(chǔ)卡插槽：SD卡用來存儲(chǔ)測距波形。需要時(shí)將SD卡插入插槽，按壓到底；需要取出時(shí)，按一下SD卡，將自動(dòng)彈出。
主機(jī)側(cè)面接口板見圖2-1-4所示：
耳機(jī)插口：用來在定點(diǎn)、路徑模式下，接耳機(jī)監(jiān)聽聲音。
充電插口：用來接充電器，對(duì)儀器內(nèi)置電池充電。
聲音增益：定點(diǎn)模式下，用來調(diào)整聲音信號(hào)增益。
磁場/路徑增益：定點(diǎn)模式下，用來調(diào)整磁場信號(hào)增益。路徑模式下，用來調(diào)整路徑信號(hào)增益。
二、電纜路徑探測信號(hào)發(fā)生器（T：信號(hào)發(fā)生器）
信號(hào)發(fā)生器外觀結(jié)構(gòu)如圖2-2-1所示：
圖2-2-1 信號(hào)發(fā)生器外觀和接口
信號(hào)發(fā)生器面板如圖2-2-2所示：
圖2-2-2 信號(hào)發(fā)生器面板
信號(hào)發(fā)生器面板上有以下內(nèi)容：
表頭：正常情況下用來顯示輸出電流，其滿幅值為500mA；
按 電池檢測 鍵則顯示電池水平，指針位于綠**域表示電池電量正常，若指針位于黃**域，表示電池欠壓，仍可工作一小段時(shí)間，建議充電；若指針低于黃**域，表示電池電量不足，可能無法開機(jī)，需充電后再使用。
開關(guān) 鍵：長按1秒鐘有效，用來打開或關(guān)閉儀器電源。
電池檢測 鍵：用來檢測電池電量水平，按下后觀察表頭顯示可判斷電池電量是否正常。本功能在開機(jī)和關(guān)機(jī)狀態(tài)下均可使用，“電源“指示燈：用來表示電源狀態(tài)。開機(jī)后，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(yán)重欠壓，則自動(dòng)關(guān)機(jī)，燈滅。
“信號(hào)”指示燈：用來表示信號(hào)輸出狀態(tài)。若選擇“連續(xù)”輸出模式，則常亮；若選擇“斷續(xù)”輸出模式，則閃爍。
主機(jī)側(cè)面接口板見圖2-1-4所示：
輸出模式選擇開關(guān)：用來選擇連續(xù)或斷續(xù)輸出。斷續(xù)輸出時(shí)以輸出0.5秒，停止0.5秒的節(jié)奏發(fā)射信號(hào)。
輸出插口：用來接輸出連接線，對(duì)目標(biāo)電纜發(fā)射信號(hào)。
充電插口：用來接充電器，對(duì)儀器內(nèi)置電池充電。
第三章 3M2773高壓電纜故障測試儀低壓脈沖法測距
一、適用范圍
低壓脈沖法用于電纜的低阻、短路及斷線故障；還可用于測量電纜的長度、波速度；也可用于區(qū)分電纜的中間頭、T型接頭和終端頭。
二、工作原理
低壓脈沖法使用時(shí)域反射法（TDR）原理，又叫脈沖反射法。測試時(shí)向電纜注入一低壓脈沖，脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點(diǎn)，如短路點(diǎn)、故障點(diǎn)、中間接頭等，脈沖產(chǎn)生反射，回送到測量點(diǎn)被儀器記錄下來,如圖3-2-1所示：
圖3-2-1 低壓脈沖法原理圖
從儀器發(fā)射脈沖開始計(jì)時(shí)，到接收到故障點(diǎn)的反射脈沖共需時(shí)Δt；脈沖行波傳播速度為V，則故障點(diǎn)距離Lx為：
（3-1）
不匹配點(diǎn)的反射系數(shù)ρ為： 
（3-2）
其中
為故障點(diǎn)的輸入阻抗，
為線路的特性阻抗。從式3-2可得到：斷線故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相同；而短路（混線）故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反。因此通過識(shí)別反射脈沖的極性，可以判定故障的性質(zhì)。如圖3-2-1和圖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、接線：
首先用放**將電纜各相線對(duì)地充分放電；將低壓脈沖測試線的插頭接主機(jī)頂接口板的 測距 信號(hào)插口，測試線的的兩個(gè)夾鉗接故障相和地（或兩故障相），如圖3-4-1所示：
圖3-3-1 低壓脈沖法接線圖
2、選擇工作模式：
長按 開關(guān) 鍵打開電源，按 低壓脈沖 鍵，進(jìn)入低壓脈沖測距模式（開機(jī)默認(rèn)），低壓脈沖法的顯示界面如圖3-3-2所示：
圖3-3-2 低壓脈沖法顯示界面
3、選擇測試范圍：
初始測試時(shí)選擇的范圍應(yīng)大于電纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應(yīng)選擇2km范圍，而不應(yīng)選擇1km。若發(fā)現(xiàn)可疑點(diǎn)較近，為了得到更高的測距分辨率，可以適當(dāng)將范圍縮小。每改變一次范圍，儀器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行一次測試。
4、設(shè)定波速：
根據(jù)電纜的類型設(shè)定合適的波速。
幾種常用電力電纜的波速為：
交聯(lián)聚乙烯電纜：波速170m/us
油浸紙電纜：波速160m/us
聚乙烯全塑電纜：波速201m/us
橡膠電纜：波速220m/us
不同生產(chǎn)廠家或不同批次的電纜，即使是相同型號(hào)，其波速也會(huì)有細(xì)微差別，當(dāng)需要精準(zhǔn)測距時(shí)，需根據(jù)已知的電纜全長校準(zhǔn)波速度，參見本節(jié)第11條。
5、測試：
按一次 測試 鍵，即進(jìn)行一次脈沖發(fā)射，“信號(hào)”指示燈閃爍，儀器接收和處理脈沖反射信號(hào)，并進(jìn)行顯示。
6、調(diào)整增益：
增益是指儀器對(duì)信號(hào)的放大倍數(shù)，調(diào)節(jié)增益可以改變的波形幅值，一般要調(diào)到需要的波形幅值足夠大且不失真。
增益調(diào)整方法：按 增益 ＋/－鍵，可以調(diào)整信號(hào)增益。每改變一次增益，儀器自動(dòng)進(jìn)行一次測試。
6、光標(biāo)定位：
反射脈沖波形的起始位置是故障位置。將光標(biāo)移動(dòng)到脈沖波形開始有明顯變化的位置（如圖3.4.2虛光標(biāo)位置），屏幕右上角顯示的距離就是故障距離。
注意：光標(biāo)在其他位置時(shí)，顯示的距離沒有意義。
自動(dòng)定位方法：按 定位/確認(rèn) 鍵，儀器進(jìn)行自動(dòng)光標(biāo)定位。如果自動(dòng)定位沒有得到正確結(jié)果，應(yīng)進(jìn)行人工定標(biāo)。
手動(dòng)光標(biāo)定位方法：按
鍵，可以左右移動(dòng)光標(biāo)。圖3-3-3為一個(gè)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?yàn)椴ㄐ蜗蛳?，故判斷為混線故障；若波形向上，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：
如果需要精細(xì)觀察，從而得到更高的測距分辨率，可以將波形進(jìn)行水平縮放。
波形縮放方法：按
鍵將波形放大；按
鍵將波形縮小。
在波形放大狀態(tài)，無法進(jìn)行自動(dòng)定位。
6、波形暫存和比較：
通過比較電纜故障線對(duì)和完好線對(duì)的波形，可以更容易識(shí)別故障點(diǎn)。
波形比較方法：首先測試得到故障線對(duì)波形，按 暫存 鍵，將當(dāng)前波形在儀器內(nèi)存中暫存，屏幕左上角顯示暫存標(biāo)志。然后在條件不變的情況下測試一條完好線對(duì)的波形，按 比較 鍵，屏幕上將同時(shí)顯示兩條波形，屏幕上部顯示雙波形比較標(biāo)志。通過比較兩波形的異同，可以幫助尋找故障點(diǎn)。如圖3-3-4所示：
圖3-3-4波形比較
7、相對(duì)距離測量：
若需得到故障點(diǎn)和參照點(diǎn)（如電纜接頭）的相對(duì)距離，操作如下：
開機(jī)后默認(rèn)實(shí)光標(biāo)在***位置；調(diào)整虛光標(biāo)將其移動(dòng)到參照點(diǎn)；按 光標(biāo)切換 鍵，實(shí)光標(biāo)和虛光標(biāo)的位置互換，現(xiàn)在實(shí)光標(biāo)位于參照點(diǎn)，虛光標(biāo)位于***；調(diào)整虛光標(biāo)移動(dòng)到故障點(diǎn)，顯示的距離值即為兩者之間的相對(duì)距離，如圖3-3-5所示。
圖3-3-5 相對(duì)距離測量
7、波速度校準(zhǔn)：
根據(jù)已知的電纜全長，可以精準(zhǔn)校準(zhǔn)波速度。
用一段已知長度的同類型電纜，測量其對(duì)端開路和短路波形并比較，將虛光標(biāo)移動(dòng)到波形明顯分叉處，調(diào)整波速使得長度測量值和已知長度相同，則此時(shí)的波速為本條電纜的實(shí)際波速。
8、波形存儲(chǔ)和查看：
按 存儲(chǔ) 鍵將在SD卡中存儲(chǔ)當(dāng)前測試的波形，按 調(diào)出 鍵（即同時(shí)按 Shift 鍵和 存儲(chǔ) 鍵）后，屏幕顯示*后一次存儲(chǔ)的波形，用 后翻 和 前翻 鍵可以選擇顯示其他波形。
若需要進(jìn)行計(jì)算機(jī)存檔管理，或需要進(jìn)一步分析以及打印，需將SD卡取出，插入讀卡并和計(jì)算機(jī)連接，將SD卡中存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，在后臺(tái)軟件的支持下可以進(jìn)行存檔、分析和打印。
第四章 3M2773高壓電纜故障測試儀脈沖電流法測距
一、適用范圍
脈沖電流法用于電纜的高阻和閃絡(luò)性故障的測距，需要和高壓沖擊信號(hào)發(fā)生器配合使用。
二、工作原理
1、基本原理：
當(dāng)電纜故障點(diǎn)絕緣電阻較大(大于10倍電纜特性阻抗,Rf＞10Zc≈200Ω)時(shí)，故障點(diǎn)的反射系數(shù)很小，造成反射脈沖無法分辨，因此低壓脈沖法無法測距。
使用高壓發(fā)生器向故障電纜施加高壓，使得故障點(diǎn)擊穿放電，放電脈沖在故障點(diǎn)和測試端之間來回反射，用儀器采樣記錄此信號(hào)并測量時(shí)間差，將得到故障點(diǎn)的距離。
有兩種方法可以采集放電脈沖信號(hào)：電壓取樣和電流取樣，采用電流取樣即為脈沖電流法：電流耦合器采集測試地（電纜金屬外皮）流回高壓儲(chǔ)能電容的電流，與高壓部分完全隔離，**可靠，波形較易識(shí)別。
2、直閃法：
直流高壓閃絡(luò)法（直閃法）用于測量閃絡(luò)性故障，即故障點(diǎn)絕緣電阻極高，但在做耐壓試驗(yàn)時(shí)電壓上升到一定水平產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿的故障。
直閃法原理如圖4-2-1所示，其中T1為調(diào)壓器；T2為高壓變壓器，容量應(yīng)在1KVA左右；VD為高壓硅堆；C為高壓儲(chǔ)能電容器，容量在2μF以上；L為電流耦合器。調(diào)節(jié)T1調(diào)壓器，使得輸出電壓逐漸升高，直至故障點(diǎn)擊穿。
圖4-2-1 直閃法原理圖
直閃法的波形如圖4-2-2所示:
圖4-2-2 直閃法波形
3．沖閃法：
當(dāng)電纜故障點(diǎn)的電阻不是很高時(shí)，故障點(diǎn)的泄漏電流較大，如果使用直閃法，因T2高壓變壓器的內(nèi)阻很大，輸出電壓將無法升高到閃絡(luò)電壓，這時(shí)必須使用沖擊高壓閃絡(luò)法（沖閃法）。沖閃法也適用于大多數(shù)閃絡(luò)型故障。
沖閃法原理如圖4-2-3所示，它與直閃法基本相同，區(qū)別在于在儲(chǔ)能電容C和電纜之間串入一球間隙G。調(diào)節(jié)T1調(diào)壓器對(duì)電容C充電，當(dāng)電容電壓上升到一定程度時(shí)，球間隙G擊穿，電容C對(duì)電纜放電，由于電容的內(nèi)阻極小，輸出電壓將能足夠高并使得故障點(diǎn)擊穿。
圖4-2-3 沖閃法原理圖
沖閃法的波形如圖4-2-4所示:
圖4-2-4 沖閃法波形
三、測試步驟
1、接線：
使用脈沖電流法必須配合使用高壓沖擊信號(hào)發(fā)生器，推薦使用集成化的設(shè)備，操作簡單，**可靠；也可以使用由分立器件組合成的高壓沖擊放電裝置。
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
以電纜相對(duì)地故障為例，將高壓發(fā)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(hù)套；將脈沖電流耦合器掛在測試地線上，耦合器輸出插頭接主機(jī) 測距 信號(hào)插口。
若電纜是相間故障，則需將高壓發(fā)生器測試地線連接另一故障相，并將其接地。
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接線注意事項(xiàng)
接線前須對(duì)電纜充分放電！
高壓發(fā)生器的保護(hù)地必須接好，并不得直接接測試地！
耦合器的箭頭必須指向電纜地方向。
耦合器掛接的測試地線越直越好（尤其在耦合器附近）。
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2、選擇工作模式：
按 脈沖電流 鍵，進(jìn)入脈沖電流測距模式，其顯示界面和低壓脈沖法基本相同。
3、選擇測試范圍：
初始測試時(shí)選擇的范圍應(yīng)大于電纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應(yīng)選擇2km范圍，而不應(yīng)選擇1km。
若發(fā)現(xiàn)可疑點(diǎn)較近，為了得到更高的測距分辨率，可以適當(dāng)將范圍縮小。
如果確信故障點(diǎn)已經(jīng)放電（觀察高壓發(fā)生器的高壓表，發(fā)現(xiàn)放電時(shí)電壓跌落明顯，說明已放電），但仍然沒有得到放電波形，說明故障點(diǎn)的擊穿延時(shí)有可能較長，可以適當(dāng)將范圍增大再測試。
4、設(shè)定波速：
根據(jù)電纜類型設(shè)定合適的波速。
5、測試并調(diào)整增益：
按 測試 鍵，儀器進(jìn)入等待觸發(fā)狀態(tài)，當(dāng)高壓發(fā)生器對(duì)電纜放電后，儀器觸發(fā)、采集并顯示波形。若波形過小須調(diào)高增益，反之調(diào)低，再重復(fù)測試，直至獲得滿意的脈沖電流波形。
6、故障點(diǎn)定位：
采集到波形后，按
鍵將虛光標(biāo)定位在**個(gè)放電脈沖起始點(diǎn)，再按 光標(biāo)切換 鍵，將虛光標(biāo)變?yōu)閷?shí)光標(biāo)，再移動(dòng)虛光標(biāo)移動(dòng)到**個(gè)脈沖起始點(diǎn)，其相對(duì)距離即為故障點(diǎn)。
按 定位／確定 鍵，儀器能自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算和定標(biāo)。
圖4-3-3 典型的沖閃法波形
6、定標(biāo)時(shí)的注意事項(xiàng)：
直閃法和沖閃法的區(qū)別在于沖閃波形往往有球間隙放電形成的脈沖，而且從球間隙放電到故障點(diǎn)擊穿有一定延時(shí)；
由于雜散電感的影響，往往在反射脈沖波頭有向上凸起，應(yīng)注意將虛光標(biāo)定位于向上凸起的起始點(diǎn)；
利用比例放大功能精準(zhǔn)定標(biāo)；
反射波頭的凸起起始點(diǎn)有時(shí)不易精準(zhǔn)定位，往往造成測距值略大于實(shí)際故障距離；
故障點(diǎn)必須擊穿才能正準(zhǔn)測距，判斷故障點(diǎn)是否擊穿的方法：
故障點(diǎn)擊穿時(shí)，球間隙放電聲清脆響亮，火花較大。而沒擊穿時(shí)，一般球間隙放電聲嘶啞，不清脆，而且火花較弱。
電纜故障點(diǎn)擊穿時(shí)，電壓表指針擺動(dòng)范圍較大。而未擊穿時(shí)，電壓表擺動(dòng)較小，根據(jù)儀器記錄波形判斷。圖4-3-5為電纜未擊穿時(shí)的典型波形。
圖 4-3-5 故障點(diǎn)未擊穿時(shí)的典型波形
第五章 3M2773高壓電纜故障測試儀聲磁同步定點(diǎn)
一、工作原理
采用波形顯示的聲磁同步法進(jìn)行故障精準(zhǔn)定點(diǎn)，是一種非常精準(zhǔn)、且唯壹性很好的定點(diǎn)方法，其原理基于傳統(tǒng)的聲測定點(diǎn)法，但有多項(xiàng)改進(jìn)和提高。
當(dāng)高壓發(fā)生器對(duì)故障電纜進(jìn)行直流高壓沖擊，使故障點(diǎn)擊穿放電，放電產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)傳到地面，振動(dòng)信號(hào)被高靈敏度的傳感器拾取，經(jīng)放大后用耳機(jī)監(jiān)聽，便可以聽到“啪、啪”的聲音。這就是傳統(tǒng)的聲測法定點(diǎn)的基本原理。
傳統(tǒng)的聲測法定點(diǎn)儀一般僅使用耳機(jī)監(jiān)聽，或輔以表頭指針擺動(dòng)來分辨故障點(diǎn)放電聲音。由于放電聲一瞬既逝，而且和環(huán)境噪聲區(qū)別不大，往往給經(jīng)驗(yàn)不是十分豐富的操作者帶來很大困難。
傳統(tǒng)聲測法經(jīng)改進(jìn)后即為聲磁同步法，利用高壓沖擊放電瞬間的強(qiáng)大電磁場信號(hào)，觸發(fā)一個(gè)指示燈閃亮（或表針擺動(dòng)），對(duì)聲音進(jìn)行同步。若聽到“啪、啪”聲的同時(shí)看到指示燈閃亮（或表針擺動(dòng)），表明聽到的聲音是故障點(diǎn)放電聲。聲磁同步法對(duì)聲測法改進(jìn)很大，但仍然主要靠人耳對(duì)聲音進(jìn)行判斷，仍然對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)有很高要求。
利用放電脈沖磁場作為同步信號(hào)，對(duì)聲音進(jìn)行數(shù)字化采樣，將聲音波形顯示出來，波形可以持續(xù)保持，避免了聲音轉(zhuǎn)瞬即逝的缺點(diǎn)，而且故障點(diǎn)放電波形和噪聲有明顯的區(qū)別，更重要的是多次放電的聲音波形均非常相似，當(dāng)觀察到多次放電的聲音波形相同時(shí)，可以明確判斷已經(jīng)采集到了放電聲音。
現(xiàn)場測試時(shí)，往往已經(jīng)聽到故障點(diǎn)放電聲，但僅靠聲音強(qiáng)弱仍很難精準(zhǔn)判定故障點(diǎn)位置，特別是當(dāng)電纜敷設(shè)在管道里面時(shí)，困難更大。通過檢測電磁信號(hào)和聲音信號(hào)之間的時(shí)間差，可以解決這個(gè)問題。由于電磁信號(hào)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(jì)；而聲音傳播速度相比起來慢的多，為每秒幾百米的量級(jí)；因此，通過檢測電磁、聲音信號(hào)之間的時(shí)間差，可以判斷故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近。當(dāng)不斷移動(dòng)傳感器，找到聲磁時(shí)間差*小的點(diǎn)，則其下方就是故障點(diǎn)。應(yīng)該指出，由于很難知道聲音在電纜周圍介質(zhì)中的傳播速度，也不知道電纜埋設(shè)的具體深度，所以不可能確切計(jì)算出傳感器和故障點(diǎn)之間的水平距離。
二、高壓發(fā)生器的接線方法
聲磁同步定點(diǎn)需要配合使用高壓沖擊信號(hào)發(fā)生器，并工作在周期放電狀態(tài)。
1、相線對(duì)鎧裝接法：
當(dāng)發(fā)生相地故障、相間合并對(duì)地故障，或斷線合并接地故障，總之只要存在相對(duì)地絕緣損壞，均優(yōu)先采用相對(duì)鎧接法，其優(yōu)點(diǎn)為故障點(diǎn)放電聲的傳播衰減較小。
如圖5-2-1所示，將高壓發(fā)生器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、相間接法：
當(dāng)發(fā)生單純相間故障（沒有合并接地）時(shí)，使用相間接法。如圖5-2-2所示，將高壓發(fā)生器的高壓輸出和測試地連接兩故障相，其中一故障相需進(jìn)行**接地。
圖5-2-2 相間接法
3、斷線故障的接法：
對(duì)于單純斷線故障（沒有發(fā)生合并接地），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(fā)生器的高壓輸出線和測試地線分別接電纜的一完好相線和故障相線，在電纜的遠(yuǎn)端將兩項(xiàng)短路。
三、定點(diǎn)步驟
1、連接傳感器和耳機(jī)：
將定點(diǎn)傳感器接主機(jī)定點(diǎn)信號(hào)插口，耳機(jī)接耳機(jī)插口。如圖5-3-1所示：
2、選擇工作模式：
按 定點(diǎn) 鍵，進(jìn)入聲磁同步定點(diǎn)模式，其顯示界面如圖5-3-2所示：
圖5-3-2 主機(jī)定點(diǎn)模式的配置
3、選擇定點(diǎn)區(qū)域：
在定點(diǎn)之前，首先應(yīng)明確電纜路徑。如果圖紙資料不完整，應(yīng)進(jìn)行路徑探測，并做好標(biāo)志。
根據(jù)測距結(jié)果，考慮電纜頭盤余量、地形因素，粗略確定故障點(diǎn)位置，由于不可避免的存在估算誤差，一般應(yīng)在（測距值 ± 50m）之間定點(diǎn)。
注意：在脈沖電流測距時(shí)，由于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(zhǔn)定位，一般測距值均略大于實(shí)際故障距離，長約10~20m。
在選定的區(qū)域，將傳感器平放于電纜正上方的地面，觀察波形并用耳機(jī)監(jiān)聽，開始定點(diǎn)。
4、調(diào)整磁場增益：
當(dāng)高壓發(fā)生器開始對(duì)故障電纜周期放電后，調(diào)整儀器主機(jī)的“磁場增益”旋鈕，使“信號(hào)”指示燈的閃亮和高壓發(fā)生器的放電形成同步，正常同步時(shí)的磁場波形和圖5-3-2所示的非常相似。如果“信號(hào)”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(xì)，毛刺較多，這是由于磁場增益過大，造成電磁噪聲錯(cuò)誤觸發(fā)，此時(shí)需要將磁場增益適當(dāng)調(diào)小。
5、調(diào)整聲音增益：
當(dāng)調(diào)整好磁場增益正常同步后，再調(diào)整“聲音增益”旋鈕。 當(dāng)“信號(hào)”指示燈閃亮?xí)r，聲音信號(hào)同步采樣一次，波形更新。調(diào)整“聲音增益”旋鈕，使聲音波形足夠大且不失真。
聲音信號(hào)（包括噪聲）在不斷變化，要隨時(shí)看到真實(shí)的聲音波形，需要不斷地調(diào)整其增益，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，聲音信號(hào)增益可以調(diào)的較大，只要不是每次都失真即可，不必隨時(shí)調(diào)整。
6、尋找并逼近故障點(diǎn)：
以大約0.5~2m的間隔移動(dòng)傳感器，如果連續(xù)幾次放電，均沒有看到如圖5-3-2所示的典型聲音波形，則應(yīng)繼續(xù)向前移動(dòng)，直至多次放電的聲音波形都與典型波形非常相似,而且穩(wěn)定（除非當(dāng)時(shí)有很大的噪聲出現(xiàn)），說明已經(jīng)到了故障點(diǎn)的附近，采集到了真正的故障點(diǎn)放電聲音信號(hào)。這時(shí)用耳機(jī)監(jiān)聽，會(huì)在“信號(hào)”指示燈閃亮的同時(shí)，聽到較沉悶的一聲“啪”。一般來說，靠觀察聲音波形得到的響應(yīng)范圍大于聽聲的響應(yīng)范圍，而且單純聽聲較難分辨。
7、測量聲磁延時(shí)，精準(zhǔn)定位：
看到放電聲音波形后，按
鍵移動(dòng)光標(biāo)，將其移動(dòng)到聲音波形的起始點(diǎn)上，在聲音波形顯示區(qū)的右上角顯示聲磁延時(shí)值，如圖5-3-2所示。此延時(shí)值能代表故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近，但由于很難確知聲音在電纜周圍復(fù)雜介質(zhì)中的傳播速度，也不知道電纜埋設(shè)的具體深度，所以不能計(jì)算出傳感器和故障點(diǎn)之間的精準(zhǔn)水平距離。
注意：光標(biāo)在其它位置時(shí)，顯示的聲磁延時(shí)值沒有意義。
以較小的間隔不斷改變傳感器的位置，并測量聲磁延時(shí)，直至找到延時(shí)值*小的點(diǎn)，其正下方即是故障點(diǎn)，誤差在0.2m之內(nèi)。
8、利用磁場極性進(jìn)行輔助路徑探測：
在電纜的兩側(cè)，磁場波形的極性相反，可由此進(jìn)行輔助路徑探測。此功能在*終確定故障點(diǎn)精準(zhǔn)位置時(shí)比較有用。
9、注意事項(xiàng)：
盡量不要將傳感器置于電纜本體上進(jìn)行定點(diǎn)，否則會(huì)在電纜任何位置都能聽到微弱的啪啪聲，此為大電流瞬間放電形成的電應(yīng)力造成的震動(dòng)，整條電纜上均存在，不能利用此信號(hào)進(jìn)行定點(diǎn)。
有時(shí)電應(yīng)力震動(dòng)也能傳到地面。在遠(yuǎn)離故障點(diǎn)時(shí)，如果非常仔細(xì)的監(jiān)聽，有時(shí)能夠在電纜全長上都能聽到很微弱的啪啪聲，且不會(huì)隨傳感器位置的不同而發(fā)生變化，此即為電應(yīng)力震動(dòng)，其與真正的故障放電聲差別很大，注意不要誤判。
第六章 路徑探測
一、工作原理
電纜路徑探測的基本原理，是用探測線圈感知加載在待測電纜上的交變電流引起的電磁場。進(jìn)行路徑探測時(shí)，需要用信號(hào)發(fā)生器向電纜發(fā)射音頻信號(hào)，用主機(jī)進(jìn)行接收。
二、信號(hào)發(fā)生器的接線和使用方法
1、芯線-大地接法
芯線-大地接法是對(duì)離線電纜（退出運(yùn)行的不帶電電纜）進(jìn)行路徑探測和鑒別的基本接線方式，信號(hào)*強(qiáng)，并能*大程度地抗干擾。
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(hù)層）兩端的接地線均解開，低壓電纜的零線和地線的接地也應(yīng)解開，將信號(hào)發(fā)生器輸出線的紅色鱷魚夾夾一條完好芯線，黑色鱷魚夾夾在打入地下的接地釬上。在電纜的對(duì)端，對(duì)應(yīng)芯線接打入地下的接地釬。
注意，盡量使用接地釬，而不要直接用接地網(wǎng)！至少在電纜的對(duì)端必須用接地釬，接地釬還需要離開接地網(wǎng)一段距離，否則會(huì)在其他電纜上造成地線回流，影響探測效果。
2、相線－護(hù)層接法：
圖6-2-2 相線－護(hù)層接法
如圖6-2-2所示，發(fā)射信號(hào)加在電纜一相和護(hù)層之間，對(duì)端相線和護(hù)層短路，護(hù)層兩端保持接地。
這種接法比較簡單，但輻射出的有效信號(hào)較小，如果是多條電纜并行敷設(shè)，信號(hào)也會(huì)傳播到其他電纜上，造成干擾。故此方法適用于簡單現(xiàn)場，若遇到多條電纜不易區(qū)分的問題，可換用芯線-大地接法。
3、連續(xù)／斷續(xù)輸出模式選擇
使用連續(xù)輸出模式能夠滿足絕大多數(shù)探測工作的需要；在干擾較大的場合可以考慮換用斷續(xù)輸出模式，有助于區(qū)分真實(shí)信號(hào)和背景噪聲。
需要時(shí)，操作信號(hào)發(fā)生器側(cè)接口板上的開關(guān)進(jìn)行“連續(xù)”/“斷續(xù)”模式切換。
4、信號(hào)發(fā)射
接好線后，長按 開關(guān) 鍵打開電源，儀器根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行實(shí)時(shí)全自動(dòng)阻抗匹配，表頭顯示輸出電流的大小。
可以通過觀察電流大小，來判斷電纜電流回路的阻抗情況，電流大說明回路阻抗小，信號(hào)強(qiáng)，易于探測；反之說明阻抗大，信號(hào)弱，探測靈敏度降低；如果輸出電流很小，可能是因接線錯(cuò)誤造成回路阻抗過大，或回路不通，可能無法探測。
5、電池檢測
需要檢測電池電量時(shí)，按 電池檢測 鍵，表頭顯示電池水平，指針位于綠**域表示電池電量正常，若指針位于黃**域，表示電池欠壓，仍可工作一小段時(shí)間，建議充電；若指針低于黃**域，表示電池電量不足，可能無法開機(jī)，需充電后再使用。
三、路徑探測步驟
1、連接傳感器和耳機(jī)：
將路徑傳感器接主機(jī) 路徑 信號(hào)插口，耳機(jī)接 耳機(jī) 插口。如圖6-3-1所示：
圖6-3-1 主機(jī)路徑探測模式的配置
2、選擇工作模式：
按 路徑 鍵，進(jìn)入路徑探測模式，其顯示界面如圖6-3-2所示：
圖6-3-2 定點(diǎn)顯示界面
3、音峰法探測：
旋轉(zhuǎn)傳感器，使其軸線與提桿垂直、與地面水平，手提傳感器時(shí)，應(yīng)盡量保持傳感器軸線垂直于電纜，如圖6-3-3(a)所示。將傳感器橫切可能的電纜路徑，觀察信號(hào)幅值，越接近電纜，信號(hào)越強(qiáng)，耳機(jī)聲音也越大，當(dāng)位于電纜正上方時(shí)，信號(hào)*強(qiáng)，故為音峰法。信號(hào)的響應(yīng)曲線圖6-3-3（b）所示。
為了正確觀察信號(hào)幅值，應(yīng)調(diào)整信號(hào)增益：當(dāng)傳感器位于電纜正上方信號(hào)*強(qiáng)時(shí)，信號(hào)幅值在40~80%之間比較合適。如果信號(hào)幅值過大，應(yīng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)“路徑增益”旋鈕以減小增益；反之應(yīng)調(diào)大增益。
a）傳感器方向示意 (b) 信號(hào)響應(yīng)曲線
圖6-3-3 音峰法示意圖
4、音谷法探測：
旋轉(zhuǎn)傳感器，使其軸線與提桿同向、與地面垂直，如圖6-3-4(a)所示。手提傳感器橫切可能的電纜路徑，觀察信號(hào)幅值，在電纜正上方時(shí)信號(hào)*弱，偏離電纜，信號(hào)會(huì)增強(qiáng)，越過某一點(diǎn)后信號(hào)再次減弱。信號(hào)的響應(yīng)曲線圖6-3-4(b)所示，為一馬鞍形曲線，因電纜正上方處于信號(hào)*弱的谷值，故稱音谷法。
音谷法同樣須調(diào)整路徑信號(hào)增益，使得信號(hào)*強(qiáng)時(shí)，信號(hào)幅值在40~80%之間。
（a）傳感器方向示意 (b) 信號(hào)響應(yīng)曲線
圖6-3-4 音谷法示意圖
5、80%法深度測量：
首先用音峰法找到信號(hào)幅值*強(qiáng)的點(diǎn)，記下幅值數(shù)，然后左右水平移動(dòng)傳感器，找到左右兩側(cè)信號(hào)幅值減弱到*大幅值80％的點(diǎn)，則兩點(diǎn)之間的距離等于電纜深度，如圖6-3-5所示。注意：如果存在鄰近管線，由于其感應(yīng)電流的影響，*大幅值點(diǎn)往往稍偏離待測電纜正上方，且兩側(cè)的*大值到80％點(diǎn)的距離并不一定相等。
圖6-3-5 80％法深度測量
6、45° 法深度測量：
在電纜兩側(cè)，分別反方向調(diào)整提桿，使傳感器軸線與地面成45°夾角，橫切電纜路徑，在兩側(cè)分別找到信號(hào)幅值*弱的點(diǎn)，則兩點(diǎn)之間的距離為電纜深度的2倍，如圖6-3-6所示。
圖6-3-6 45°法深度測量
第七章 維護(hù)
一、充電
當(dāng)主機(jī)屏幕上顯示的電池水平很低，或信號(hào)發(fā)生器“電源”指示燈閃爍時(shí)，需要對(duì)其充電，在繼續(xù)使用一小段時(shí)間后，儀器將自動(dòng)關(guān)機(jī)。
充電時(shí)，將充電器的輸出插頭插到儀器的 充電 插孔，充電器的電源插頭插市電220V插座，儀器開始充電，充電器的指示燈指示充電狀態(tài)，紅燈表示正在充電，綠燈表示充電完成。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4小時(shí)也不會(huì)損壞電池。