淺談電纜故障測(cè)試儀器的選購(gòu)使用保養(yǎng)知識(shí)綜述?

一、電纜故障的測(cè)試方法及測(cè)試原理簡(jiǎn)介

  任何電纜故障的測(cè)試，均以找到故障發(fā)生點(diǎn)為zui終目的，但就其測(cè)試過(guò)程來(lái)說(shuō)，一般分為三個(gè)步驟：一為故障距離粗測(cè)；二是尋找故障電纜埋設(shè)路徑；三是定位故障點(diǎn)。當(dāng)然，實(shí)際測(cè)試中，三個(gè)步驟是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活運(yùn)用的。

1、電纜故障粗測(cè)方法及發(fā)展歷史概述

（1）、電橋法：自從有了地埋電纜以后，電纜故障的檢測(cè)工作就成了必須解決的問(wèn)題。zui初的電纜故障粗測(cè)工作，是用電橋平衡測(cè)試原理進(jìn)行的，當(dāng)時(shí)曾用過(guò)電阻電橋、電容電橋、低壓電橋、高壓電橋等。用電橋原理測(cè)試電纜故障距離，曾是上世紀(jì)六七十年代普遍采用的方法。到了2000年以后，使用電橋法測(cè)試原理的儀器還繼續(xù)使用并且有所發(fā)展，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)后，現(xiàn)在也出現(xiàn)了具有更高智能化的電橋測(cè)試儀（如高壓數(shù)字電橋）。

（2）、脈沖反射法：到了上世紀(jì)七八十年代，電纜故障測(cè)試普遍采用了閃測(cè)法測(cè)試，原理為脈沖反射法（也叫雷達(dá)法）。所用的儀器以電子管、晶體管電路為主，體積龐大。采用的顯示器先后有示波管型閃測(cè)儀、存貯示波管型閃測(cè)儀等等。到了上世紀(jì)九十年代以后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用，智能型電纜故障閃絡(luò)測(cè)試儀（閃測(cè)儀）開始投入使用，采用的測(cè)試原理依舊是脈沖反射法。采用的閃測(cè)儀從顯像管顯示到液晶顯示，普遍應(yīng)用單片機(jī)電路進(jìn)行控制，使電纜故障的粗測(cè)工作進(jìn)入。

  應(yīng)用脈沖反射法（也有叫沖閃法）的智能型閃測(cè)儀，是目前應(yīng)用范圍zui廣，市場(chǎng)保有量的電纜故障粗測(cè)儀器。例如北京供電系統(tǒng)，由于地埋電纜使用時(shí)間長(zhǎng)，電纜鋪設(shè)量大，應(yīng)用電纜故障測(cè)試儀的歷史也較長(zhǎng)，從1993年后10年間，購(gòu)買的單片機(jī)控制的、DTC系列探測(cè)儀的早期產(chǎn)品、TC系列大屏幕液晶顯示的電纜故障測(cè)試儀有50余套，幾乎每個(gè)供電部門都使用。并且在有些供電部門，把該類電纜故障測(cè)試儀的使用，作為電纜測(cè)試工種工考試必須掌握的技能，筆者曾多次對(duì)北京供電系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)脈沖反射法電纜故障測(cè)試儀的技術(shù)培訓(xùn)。由于該類儀器應(yīng)用時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)該類型的閃測(cè)儀的使用知識(shí)和使用經(jīng)驗(yàn)的培訓(xùn)資料及專著種類較多，有利于用戶及時(shí)掌握儀器的使用技巧。

脈沖反射法閃測(cè)儀的測(cè)試原理為：

  測(cè)量電纜故障時(shí)，電纜可視為一條均勻分布的傳輸線，根據(jù)傳輸線（長(zhǎng)線）理論，在電纜一端加脈沖電壓，則此脈沖按一定的速度 (決定于電纜介質(zhì)的介電常數(shù)和導(dǎo)磁系數(shù))沿線傳輸，當(dāng)脈沖遇到故障點(diǎn)(或阻抗不均勻點(diǎn))就會(huì)發(fā)生反射，用閃測(cè)儀記錄下發(fā)送脈沖和反射脈沖之間的傳輸時(shí)間△T，則可按已知的傳輸速度V來(lái)計(jì)算出故障點(diǎn)的距離Lx，Lx=V·△T/2，如圖1所示：

圖1 脈沖法測(cè)試原理圖

測(cè)全長(zhǎng)則可利用終端反射脈沖：L=V·T/2

同樣已知電纜全長(zhǎng)，可測(cè)出脈沖傳輸速度：V=2L/T

脈沖法測(cè)試分為低壓脈沖法和高壓脈沖法，二者測(cè)試原理是一樣的，只是產(chǎn)生脈沖的方式不一樣，智能型測(cè)試儀的故障距離計(jì)算是儀器自動(dòng)完成的。

（3）、二次脈沖法：二次脈沖法其基本原理還是脈沖反射法，是近幾年發(fā)展中的一種比較前沿的新的電纜故障粗測(cè)方法。其技術(shù)特點(diǎn)是：高阻故障呈現(xiàn)低壓脈沖短路故障波形特征，容易判讀。換句話講，就是在用高壓脈沖擊穿高阻故障的瞬間，給故障電纜發(fā)射低壓脈沖信號(hào)，用低壓脈沖短路故障波形測(cè)試電纜高阻故障。與傳統(tǒng)的測(cè)試方法相比,二次脈沖法的*之處，是將沖擊高壓閃絡(luò)法中的復(fù)雜波形簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的低壓脈沖短路故障波形。

  二次脈沖法的關(guān)鍵是要給閃測(cè)儀加一個(gè)高頻高壓數(shù)據(jù)處理器。從測(cè)試原理講，二次脈沖法的測(cè)試原理有其*性，但是其測(cè)試儀器相對(duì)復(fù)雜，儀器使用也較普通的閃測(cè)儀復(fù)雜。

2、電纜路徑探測(cè)方法介紹：

  采用電磁波進(jìn)行路徑探測(cè)，是一種很成熟的方法，實(shí)際應(yīng)用效果也很好。區(qū)別在于探測(cè)的電纜長(zhǎng)度、探測(cè)深度，信號(hào)頻率等各不相同。現(xiàn)在市場(chǎng)上大量應(yīng)用的路徑探測(cè)儀器，多為探測(cè)停電電纜，探測(cè)電纜長(zhǎng)度大于10Km，探測(cè)電纜深度大于2m，電磁波頻率1KHZ－20KHZ。如DTC系列電纜路徑探測(cè)儀，電磁波頻率為16KHz,路徑儀信號(hào)源發(fā)射峰值功率大于100W,即使電纜埋深2m,路徑儀接收信號(hào)仍然很大。

圖2 電纜周圍磁場(chǎng)分布及路徑探測(cè)原理示意圖

電纜路徑探測(cè)原理簡(jiǎn)介

  電纜故障探測(cè)儀尋測(cè)電纜路徑原理為：給被測(cè)試電纜加一電磁波信號(hào)，通過(guò)定點(diǎn)儀磁信號(hào)接收路徑信號(hào)尋測(cè)電纜路徑。根據(jù)電纜正上方地面接收電磁信號(hào)zui小的特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地找到電纜埋設(shè)位置。電纜周圍磁場(chǎng)分布及路徑探測(cè)原理如圖2所示：

3、電纜故障定點(diǎn)方法概述：

電纜故障定點(diǎn)方法有以下幾種：

（1）、聲測(cè)法：采用聲測(cè)法定點(diǎn)，是從過(guò)去到現(xiàn)在普遍采用電纜故障定點(diǎn)的方法。而且是zui為行之有效的方法。只不過(guò)采用的儀器從過(guò)去簡(jiǎn)單的聲電放大器，發(fā)展到了現(xiàn)在普遍使用的聲磁同步定點(diǎn)儀。聲測(cè)法定點(diǎn)對(duì)高壓電纜、低壓電纜、直埋電纜、電纜溝電纜等等均適用。

聲測(cè)法定點(diǎn)，是由高壓脈沖發(fā)生器對(duì)故障電纜放電，故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧，并產(chǎn)生放電聲音，在電纜直埋情況下，產(chǎn)生地震波，定點(diǎn)儀的聲測(cè)探頭（聲音傳感器）揀拾地震波信號(hào)并放大后通過(guò)耳機(jī)或表頭輸出。通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，地震波從電纜故障點(diǎn)傳到地面后，在2米的半徑以外很快衰減為很小，所以，用聲測(cè)法定點(diǎn)，我們用定點(diǎn)儀監(jiān)聽地震波時(shí)，一般是4m距離監(jiān)聽一次。當(dāng)監(jiān)聽到地震波時(shí)，說(shuō)明故障點(diǎn)已經(jīng)在2m以內(nèi)，只要仔細(xì)找到聲音點(diǎn)即既可以找到故障點(diǎn)。

（2）、跨步電壓法：采用跨步電壓法定點(diǎn)，主要針對(duì)對(duì)電纜外護(hù)套絕緣有要求的外護(hù)套接地故障定點(diǎn)，現(xiàn)在對(duì)部分直埋的無(wú)鎧裝的低壓電纜、電線芯線接地故障、也可以采用跨步電壓法定點(diǎn)。

（3）、電磁法及音頻法：用電磁波定點(diǎn)或采用音頻法定點(diǎn)，即是利用電纜故障點(diǎn)前后電磁波信號(hào)或音頻信號(hào)的變化來(lái)確定故障點(diǎn)，從原理上講是可行的。但從目前情況看，還沒(méi)有性能可靠的，能實(shí)際應(yīng)用的定點(diǎn)儀。或者說(shuō)，采用電磁波定點(diǎn)的定點(diǎn)儀仍舊在各科研機(jī)構(gòu)研發(fā)之中，還需實(shí)踐中進(jìn)一步驗(yàn)證提高，達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平。

（4）、聲磁同步法：是將聲測(cè)法與電磁波法綜合應(yīng)用，例如DTC系列聲磁同步定點(diǎn)儀，采用了聲測(cè)法定點(diǎn)與聲磁同步定點(diǎn)法相結(jié)合定點(diǎn)原理。聲測(cè)法定點(diǎn)時(shí)，定點(diǎn)儀聲表頭指示聲測(cè)探頭接收到的地震波，同時(shí)耳機(jī)也反映聲測(cè)探頭接收到的地震聲波。在故障點(diǎn)正上方，聲波信號(hào)，離開故障點(diǎn)，聲波信號(hào)減少，或者無(wú)聲波信號(hào)。聲磁同步法定點(diǎn)時(shí)，聲表頭反映聲測(cè)探頭接收到的地震聲波，磁表頭和耳機(jī)同時(shí)指示故障點(diǎn)放電時(shí)同步接收天線接收到的電磁波。當(dāng)聲測(cè)探頭放置在故障點(diǎn)上方時(shí)，定點(diǎn)儀二個(gè)表頭指示及耳機(jī)聲音同步。在未接收到聲波信號(hào)時(shí)，利用聲磁同步電磁波接收功能，能夠及時(shí)掌握球間隙放電節(jié)律，有利于在噪雜的環(huán)境中分辨出故障點(diǎn)微弱聲波信號(hào)。另外，聲磁同步定點(diǎn)儀可以將故障定點(diǎn)和電纜路徑探測(cè)工作同步進(jìn)行，大大提高故障定點(diǎn)效率。

采用聲磁同步技術(shù)的定點(diǎn)儀，是目前應(yīng)用zui廣的電纜故障定點(diǎn)儀。

（5）、磁場(chǎng)預(yù)定點(diǎn)技術(shù)：電纜故障磁場(chǎng)預(yù)定點(diǎn)技術(shù)的原理為：通過(guò)高壓直流脈沖發(fā)生器，使電纜的故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧，在電弧存在期間，向電纜注入音頻信號(hào)。此音頻信號(hào)在電纜故障點(diǎn)，被電弧短路，不再繼續(xù)向電纜終端傳播。采用的接收機(jī)，接收電纜輻射出的音頻電磁波信號(hào)，通過(guò)比較故障點(diǎn)前后的音頻電磁波幅值大小的變化，判斷接收機(jī)位于故障點(diǎn)之前或之后，從而達(dá)到快速預(yù)定點(diǎn)的目的。

電纜故障磁場(chǎng)預(yù)定點(diǎn)技術(shù)，是一種較新的故障定點(diǎn)手段，其概念的提出時(shí)間較短，儀器的研發(fā)和儀器使用時(shí)間也較短。故障預(yù)定點(diǎn)后，我們?nèi)孕枰M(jìn)行故障點(diǎn)的定點(diǎn)，然后才能開挖。

二、各類電纜故障測(cè)試儀的組成、測(cè)試原理及特點(diǎn)簡(jiǎn)介

1、單片機(jī)控制的電纜故障測(cè)試儀

傳統(tǒng)的電纜故障測(cè)試儀，有的廠家叫電纜故障探測(cè)儀，或者叫電纜故障檢測(cè)儀，其實(shí)都是同一類儀器，其一般的組成為：

①、傳統(tǒng)形式：采用閃測(cè)儀、路徑儀、定點(diǎn)儀三件分立的形式。其裝箱方式一般為：電纜故障閃絡(luò)測(cè)試儀獨(dú)立裝箱，電纜故障定點(diǎn)儀、電纜路徑探測(cè)信號(hào)源及其它附件一塊裝箱，即二箱三件式。由于故障測(cè)試時(shí)，閃測(cè)儀、定點(diǎn)儀使用頻率髙，路徑儀使用頻率低，所以，三件獨(dú)立配置有其合理性，功能分解清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修使用方便。

②、采用閃測(cè)儀、路徑儀合二為一組合、定點(diǎn)儀獨(dú)立配置形式。這種配置一般是兩箱兩件式，功能與種配置基本相同。其優(yōu)點(diǎn)為少了一個(gè)部件，某種程度上可以說(shuō)使用方便。其缺點(diǎn)為，由于路徑儀信號(hào)源使用功率較大的器件，其使用頻率并不髙，所以，這種配置增加了閃測(cè)儀的復(fù)雜性，使閃測(cè)儀的故障率提高，維修相對(duì)變的復(fù)雜。

其測(cè)試原理為：閃測(cè)儀為脈沖反射法，路徑儀采用電磁波測(cè)試zui小點(diǎn)方法，定點(diǎn)儀用聲測(cè)法定點(diǎn)。另外，大部分廠家的定點(diǎn)儀采用聲磁同步方式，定點(diǎn)儀既能進(jìn)行故障聲測(cè)定點(diǎn)，也能用于電纜路徑測(cè)試時(shí)做為路徑信號(hào)接收機(jī)使用。例如電纜故障測(cè)試儀，其配套的定點(diǎn)儀，采用聲磁同步方式，可以用聲測(cè)法進(jìn)行故障定點(diǎn)，其故障定點(diǎn)時(shí)采用表頭、耳機(jī)同時(shí)接收顯示方式，極為方便。也可以作路徑信號(hào)接收機(jī)使用，可以接收路徑儀信號(hào)源發(fā)出的路徑信號(hào)，也可以接收電纜故障定點(diǎn)時(shí)的高壓脈沖電磁波信號(hào)，是真正的一機(jī)多用。

單片機(jī)控制的大屏幕液晶顯示電纜故障測(cè)試儀特點(diǎn)：

(1)、可靠性髙：因?yàn)殚W測(cè)儀軟件固化，不會(huì)存在軟件故障，操作失誤時(shí)，可以復(fù)位重來(lái)，整個(gè)過(guò)程只需幾秒鐘時(shí)間。

(2)、測(cè)試快速：帶直流電源供電的單片機(jī)控制的閃測(cè)儀，到現(xiàn)場(chǎng)幾分鐘內(nèi)就能完成測(cè)試電纜全長(zhǎng)及傳輸速度、電纜短路故障、電纜斷線故障任務(wù)。

(3)、故障率低：因?yàn)槭菧y(cè)試儀器，不會(huì)用作為其他用途，所以單片機(jī)控制閃測(cè)儀就不容易出故障，這一點(diǎn)對(duì)電纜維修用戶是十分必要的。

單片機(jī)控制的閃測(cè)儀其缺點(diǎn)為數(shù)據(jù)存貯量小。一般只存貯兩組波形，但是對(duì)儀器使用者來(lái)說(shuō)，一般用同屏幕兩組波形對(duì)比（即用好相的低壓脈沖法全長(zhǎng)測(cè)試波形及故障相的高壓沖閃法測(cè)試波形進(jìn)行對(duì)比）已經(jīng)足夠了。