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第三章电缆故障粗测（预定位）方法一．测试原理1．建立几个概念：①长线理论：所谓长线是指线的几何长度比其上所传输的电磁波的波长还要长或者可以与之相比拟的传输线；反之为短线。无论是低压脉冲法还是高压内路法检测电力电缆故障距离，均是讨论电波在电力电缆中传播的微观过程，把电力电缆作“均匀长线”来讨论。根据电波在传输过程中幅度、相位、速度等诸参数的变化规律，利用雷达测距原理来确定故障点距离。②微波传输理论（雷达原理）：当电波在长线中传播，电缆特性阻抗发生变化时必然产生反射波，通过分析入射波与反射波的时向差，即可算出故障点的距离。③反射系数：是指长线上某点的反射波与入射波的振幅之比，也就是指长线上某点的反射波的电压（或电流）与入射波电压（或电流）振幅之比。0＜f≤1正反射─幅度发生变化，f=1时，开路；﹣1≤f反＜0负反射─幅度、相位均发生变化，f反=﹣1时，短路。2、电缆故障测试原理电缆故障测试是根据微波传输线的电波反射现象实现对电缆故障的粗测。对于低阻和开路故障，由智能闪测仪本身产生并发射给故障电缆一个脉冲信号，电缆中传输的电脉冲遇到故障点或电缆异常处后，产生一个反射脉冲沿原电缆路径回到发射端，应用路程公式S=vt可得：S=1/2vt……………………………………①其中:S----故障点到测试端的距离v----电信号在电缆中的传输速度,只与电缆的绝缘介质有关；与电缆导体材料无关,是一个常数.如油浸纸电缆v≈160m/μs；交联聚乙烯电缆v≈170m/μs。t=电信号从测试端发出，到故障点再返回到发送端所需时间。因此，只要测算出时间t就可知道故障点到测试端的距离。对于高阻故障，智能闪测仪利用电缆故障点在高压作用下闪络放电形成瞬间短路故障，并同时产生回波信号的原理对其进行测试。测算两次回波信号的时间差，应用公式①可计算出故障点到测试端的距离。二.测试方法1.低压脉冲法低压脉冲法是依据微波传输理论（雷达原理），在电缆故障相上加一脉冲信号，当电波传输到故障点时必然有部分反射回来，通过分析入射波与反射波的时间差，计算出故障点的距离。由于输出的信号电压低（通常为150V）很安全，因此，被称作低压脉冲法。此方法可用来测量电缆的低阻故障、开路故障、电缆长度以及部分中间接头的位置。连线如图：接线如图：图3-1低压脉冲法校测三相全长，检测低阻、开路故障接线图笔记本电脑待测电缆ABC智能前置FCL--2004低压脉冲发采样高压脉冲发采样波形保持／继续退出本软件水平扩展水平压缩纵向扩展波形复位纵向压缩保存波形为．．．．从硬盘读入波形采样方法指示灯故障波形显示区全长波形显示区全貌波形显示区选择介质速率选择待测范围输入接头位置波形规律如下：图3-3开路故障及全长低压脉冲法测试波形及游标位置图图3-4故障属低阻(短路、接地)性质波形及游标位置全长t1=发射脉冲t2=终端反射波形t2=故障距离t3=故障点二次反射t1=发射脉冲注意事项：a电缆只有在充分放电后，才能使用脉冲法进行测量。b开路、全长反射波与起始波同极性。当低阻短路故障时，波形中不出现全长反射波。c电缆的中间接头的反射波一般与发射波同极性，偶尔也出现负性，脉冲幅度要比故障点或电缆终端的反射脉冲幅度小；T型接头反射波与发射波反极性，且幅度较大。d看“脉冲法”测试波形时，应抓住三要素：极性、幅度、拐点。高压闪络法高压闪络法是指在高压的作用下使电缆故障点击穿形成闪络放电，高阻故障转化为瞬间短路故障并产生反射法。采集反射波进行分析，计算出故障点的距离。闪络法又分为冲闪和直闪两种，若高电压是通过球间隙施加至电缆故障相，且3—5秒钟冲击一次则称作高压脉冲法。若直接将高电压施加到电缆故障相直至击穿则称作高压直闪法。（1）高压脉冲法(冲闪法)高压脉冲法可测所有类型的故障，尤其对泄漏高阻更为有效～220VVTPTCJSFCL-2001II故障测试仪电缆图3-5智能电缆故障检测仪测试连线图图3-6高压脉冲法初测电缆故障接线示意图（一）图3-7高压脉冲法初测电缆故障接线示意图（二）(采用FCL-2055遥控型高压一体化脉冲发生器产生高压脉冲信号)波形规律如下图3-8冲闪法几种常见典型波形图3-9电缆故障检测仪虚拟界面及高压脉冲法检测电缆故障图3-10高压脉冲法终端附近故障波形及正确游标位置图3-11高压脉冲法近端故障波形及正确游标位置注意事项：（1）球隙间距应由小到大调节，升压速度应由小到大，逐渐升高。电缆所加的冲击电压大小应以故障点能充分闪络放电，仪器能记录到理想的冲闪波形为好，切勿一开始就将球隙调得很大。（2）若故障点放电困难，应尽可能地加大（并联）贮能电容容量或提高冲击电压（增大球隙间距）。但是切勿一直加压冲闪。（3）分析近端故障波形2、直闪法此方法主要用来测量闪络性高阻故障，波形与高压脉冲法类同。直闪法注意事项与冲闪法基本相同，在使用直闪法时，故障电缆可能在直流高压的作用下，故障性质由闪络性高阻故障转变为泄露性高阻故障或是低阻故障，测试人员应根据现场情况随时改变测试方法。方法推荐表：故障类型测试方法开路、低阻故障低压脉冲法泄漏高阻故障高压冲闪法闪络高阻故障高压直闪法3.多次脉冲法(1)测试原理正如第一章中所述,二次脉冲法和多次脉冲法概念的提出是建立在高压闪络法中高压击穿并使故障点放电这一基础上的。众所周知,电缆故障点被击穿时会产生电弧而形成瞬间的短路,呈瞬间低阻故障特性。在燃弧稳定阶段(或称瞬间低阻区)再在电缆上加一个低压脉冲信号,则会出现一个和用低压脉冲法测试低阻故障时相同的波形。把这种在电缆上同时施加高压脉冲和低压脉冲的方法称为二次脉冲法,若低压脉冲信号是周期发送的则称为多次脉冲法。自电缆故障测试仪诞生起,国内外一直延用冲击高压闪络法来检测电力电缆的高阻故障。国内第一台电缆故障测试仪DGC-711由西安电子科技大学(原西北电讯工程学院)和西安供电局共同研制,设计原理虽相同,但丰富了取样方法。从此,电压和电流取样法被广泛应用。由于电压和电流取样法都是采集瞬态电压或电流信号,波形比较复杂,因为针对不同类型、不同性质故障、不同长度、不同的冲击高压所得到的测试波形是千变万化的,虽有规律可寻但往往和标准波形差别较大。这就要求操作人员有一定的现场实际测试经验和波形分析能力,才能发挥仪器的作用来快速解决实际问题。然而,具体到一个单位来讲,故障发生率很低,一年甚至几年才出一次故障,加之人员水平的差异,积累经验谈何容易,很多人掌握不了故障波形的规律。所以,常常发生误判或频繁的依赖于电缆仪生产厂家上门服务,既误事费时,又严重影响生产生活。多次脉冲法电缆仪的先进性在于从根本上解决了读波形难的问题,因为它将冲击高压闪络法中的所有复杂波形变成了极其简单的一种波形,即低压脉冲法短路故障测试波形,易识别易掌握,使用人员稍加理论培训就能达到快速准确测量故障距离的目的。多次脉冲法的另一先进性在于它能周期性发射脉冲信号,保证了在故障点处于短路电弧状态时必有一个或多个反射波回来,从而显示出测试波形。根据我们的实验数据证明,当在电缆故障相施加冲击高压闪络时,故障点经历起弧—弧稳定—弧熄灭三个阶段,短路电弧总共持续约240μs,只有在弧稳定阶段(约80μs)所加的低压脉冲信号才真正有效且返回到测试端。因为短路电弧在起弧和熄弧两个阶段均不稳定,测试电路中脉冲储能电容与放电回路(电缆)中分布电感形成LC振荡回路,使芯线上存在幅度很大的衰减余弦振荡波和故障点击穿时在故障点与测试端来回反射的脉冲波,波形杂乱无章。多次脉冲法实际上也可归纳为高压闪络法的范畴,都是利用故障点在冲击高压作用下电弧将故障相和电缆地线短路的特性来完成测试的。根据微波测试原理,电波在电缆中传输,当遇到阻抗发生变化时就会产生波的反射。在短路(或瞬间短路)点,反射波的极性和发射波的极性相反且反射幅度最大,亦称负反射；断路点(含电缆终端开路)反射波的极性和发射波的极性相同,亦称正反射。对于低阻和开路故障而言,普通的电缆故障测试仪很容易通过低压脉冲法测得波形,并根据反射波极性、拐点判断出故障点的距离,而当故障点的绝缘电阻较高时远远高于电缆的特性阻抗（一般Z≤100Ω），低压脉冲则在故障点处无反射，只在全长处有开路反射，这时则需用高压脉冲法（国内也有叫冲闪法）进行测试。高压脉冲法的测试原理依然是依据传输线理论中的波反射原理，只是与低压脉冲法相比大大提高测试脉冲的电压与能量，使该脉冲在故障点处能形成瞬间短路电弧，此电弧使故障性质瞬时变为低阻故障，此时就可形成故障点对入射波的反射波，仪器测其时延，换算出故障距离。。总而言之，多次脉冲法的测试基本原理还是传输线理论的波反射原理，只是相对普通高压脉冲法来说，它用高压脉冲使故障点形成瞬间短路电弧，在燃弧期间再发一低压脉冲到故障电缆，此时，即可得到高阻故障的低压脉冲波形，此波形比普通高压脉冲波形易于判读，完全如同判读分析低压脉冲波形，如再将低压脉冲测全长的波形与之同屏比较显示，则更加易读。多次脉冲法测试接线图：多次脉冲法粗测电缆故障接线图（1）(采用FCL-2056M电子式一体化脉冲发生器产生高压多次脉冲信号)多次脉冲法粗测电缆故障接线图（2）(采用FCB-6操作箱，FVT-6/50轻型试验变压器、FPC-25/12高压脉冲电容、FCL-2061安全型刻度球隙产生高压冲击信号)多次脉冲法实测波形（1）多次脉冲法实测波形（2）三.粗测中无波形故障的处理在电缆故障测试中往往采不到有效波形，当遇到这种情况时要冷静分析，盲目的提高电压和增大电容量是无效的，甚至造成设备的损坏。1、故障点已放电判断故障点是否放电依据是观察击穿瞬间高压侧电流表所指示的泄漏电流值。若Ig≥15mA，说明故障点已放电，没有波形出现，与以下因素有关。盲区：无论国内外仪器均有盲区。若仪器采样频率在20～25MHz时,通常盲区在15～30米左右。所以,当故障点在盲区时是没有波形的,可将仪器移至电缆终端或采用回路法进行测量。图3-12回路法（又称延长线法）测故障接线图仪器预调：大多数仪器采用LCD/CRT显示方式和水电阻分压法测量，当仪器预调不合适时波形有可能处于有效显示区域之外而看不到波形（如图4-13）。目前新型的感应取样方式已克服了此缺陷。1.5cm2cm正确预调位置(低压脉冲状态)冲闪波形趋势图显示屏图3-13仪器预调示意图始端头故障：此类现象亦可归为盲区内故障类型，是无法采集到波形。这时可通过手摸头子是否发热，放电声时有时无，泄漏电流大无法升压等现象确认是头子故障。亦可按处理盲区故障方法解决。大面积受潮：当电缆故障区域附近潮湿或有水浸泡时，即使故障点放电，能量已全部释放至土壤（或水）中，不会有反射波。当遇到此类特殊情况时，必须分析电缆可疑路径进行观察、摸排，找出故障点。多点故障：若电缆存在一个以上故障点时，在某一电压作用下都会放电并产生反射波。这时反映出的波形杂乱无章，且有变化。唯一的解决办法就是降低测量电压，首先测试出绝缘最薄弱的故障点，待处理完后再进行下一个故障点测试。这就是强调测试电压为什么要遵循由低到高的依据所在。2、故障点未放电在高电压作用下若高压侧泄漏电流不大（uA级），且无波形时说明故障点确实未放电。这时可大胆提高测试电压直至故障点放电，当测试低压电缆时，增大电容量亦可获取理想放电波形。3、混合电缆故障距离计算方法4、低压电缆故障的解决方法第四章电力电缆故障的精测方法在电力系统中，电缆故障的寻测是一个非常棘手的问题，尤其是对重要的线路或用户，长期停电将造成重大隐患或损失。因而尽快确定电缆故障点的位置，恢复正常供电往往成为一项十分紧迫的任务。前面讲到电缆故障测试包括两大步骤：粗测和精测。粗测的方法很多，主要有电桥法、低压脉冲法、高压闪络测量法等。无论用哪种方法进行粗测，只能确定故障点在某一范围内。其误差随粗测方法的不同而差别很大，还要考虑电缆走向及预留等因素，一般来说粗测误差在10米以内，甚至20米内都是允许的。要找到具体的故障点，则要依靠精测来解决。电缆故障点的精测包括以下两点：(1)电缆路径的查找：实测中往往容易被忽略而浪费大量的时间，为避免走弯路，搞清