淺談電纜故障測試儀器的選購使用保養(yǎng)知識綜述?

一、電纜故障的測試方法及測試原理簡介

  任何電纜故障的測試，均以找到故障發(fā)生點(diǎn)為zui終目的，但就其測試過程來說，一般分為三個步驟：一為故障距離粗測；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)際測試中，三個步驟是根據(jù)現(xiàn)場情況靈活運(yùn)用的。

1、電纜故障粗測方法及發(fā)展歷史概述

（1）、電橋法：自從有了地埋電纜以后，電纜故障的檢測工作就成了必須解決的問題。zui初的電纜故障粗測工作，是用電橋平衡測試原理進(jìn)行的，當(dāng)時曾用過電阻電橋、電容電橋、低壓電橋、高壓電橋等。用電橋原理測試電纜故障距離，曾是上世紀(jì)六七十年代普遍采用的方法。到了2000年以后，使用電橋法測試原理的儀器還繼續(xù)使用并且有所發(fā)展，使用計算機(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，電纜故障測試普遍采用了閃測法測試，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儀、存貯示波管型閃測儀等等。到了上世紀(jì)九十年代以后，隨著計算機(jī)技術(shù)的普遍應(yīng)用，智能型電纜故障閃絡(luò)測試儀（閃測儀）開始投入使用，采用的測試原理依舊是脈沖反射法。采用的閃測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）的智能型閃測儀，是目前應(yīng)用范圍zui廣，市場保有量的電纜故障粗測儀器。例如北京供電系統(tǒng)，由于地埋電纜使用時間長，電纜鋪設(shè)量大，應(yīng)用電纜故障測試儀的歷史也較長，從1993年后10年間，購買的單片機(jī)控制的、DTC系列探測儀的早期產(chǎn)品、TC系列大屏幕液晶顯示的電纜故障測試儀有50余套，幾乎每個供電部門都使用。并且在有些供電部門，把該類電纜故障測試儀的使用，作為電纜測試工種工考試必須掌握的技能，筆者曾多次對北京供電系統(tǒng)進(jìn)行過脈沖反射法電纜故障測試儀的技術(shù)培訓(xùn)。由于該類儀器應(yīng)用時間長，對該類型的閃測儀的使用知識和使用經(jīng)驗(yàn)的培訓(xùn)資料及專著種類較多，有利于用戶及時掌握儀器的使用技巧。

脈沖反射法閃測儀的測試原理為：

  測量電纜故障時，電纜可視為一條均勻分布的傳輸線，根據(jù)傳輸線（長線）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))就會發(fā)生反射，用閃測儀記錄下發(fā)送脈沖和反射脈沖之間的傳輸時間△T，則可按已知的傳輸速度V來計算出故障點(diǎn)的距離Lx，Lx=V·△T/2，如圖1所示：

圖1 脈沖法測試原理圖

測全長則可利用終端反射脈沖：L=V·T/2

同樣已知電纜全長，可測出脈沖傳輸速度：V=2L/T

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

（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，用低壓脈沖短路故障波形測試電纜高阻故障。與傳統(tǒng)的測試方法相比,二次脈沖法的*之處，是將沖擊高壓閃絡(luò)法中的復(fù)雜波形簡化為簡單的低壓脈沖短路故障波形。

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

2、電纜路徑探測方法介紹：

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

圖2 電纜周圍磁場分布及路徑探測原理示意圖

電纜路徑探測原理簡介

  電纜故障探測儀尋測電纜路徑原理為：給被測試電纜加一電磁波信號，通過定點(diǎn)儀磁信號接收路徑信號尋測電纜路徑。根據(jù)電纜正上方地面接收電磁信號zui小的特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地找到電纜埋設(shè)位置。電纜周圍磁場分布及路徑探測原理如圖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）、聲測法：采用聲測法定點(diǎn)，是從過去到現(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。只不過采用的儀器從過去簡單的聲電放大器，發(fā)展到了現(xiàn)在普遍使用的聲磁同步定點(diǎn)儀。聲測法定點(diǎn)對高壓電纜、低壓電纜、直埋電纜、電纜溝電纜等等均適用。

聲測法定點(diǎn)，是由高壓脈沖發(fā)生器對故障電纜放電，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)儀的聲測探頭（聲音傳感器）揀拾地震波信號并放大后通過耳機(jī)或表頭輸出。通過大量的現(xiàn)場試驗(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，用聲測法定點(diǎn)，我們用定點(diǎn)儀監(jiān)聽地震波時，一般是4m距離監(jiān)聽一次。當(dāng)監(jiān)聽到地震波時，說明故障點(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)，主要針對對電纜外護(hù)套絕緣有要求的外護(hù)套接地故障定點(diǎn)，現(xiàn)在對部分直埋的無鎧裝的低壓電纜、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)前后電磁波信號或音頻信號的變化來確定故障點(diǎn)，從原理上講是可行的。但從目前情況看，還沒有性能可靠的，能實(shí)際應(yīng)用的定點(diǎn)儀。或者說，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，采用了聲測法定點(diǎn)與聲磁同步定點(diǎn)法相結(jié)合定點(diǎn)原理。聲測法定點(diǎn)時，定點(diǎn)儀聲表頭指示聲測探頭接收到的地震波，同時耳機(jī)也反映聲測探頭接收到的地震聲波。在故障點(diǎn)正上方，聲波信號，離開故障點(diǎn)，聲波信號減少，或者無聲波信號。聲磁同步法定點(diǎn)時，聲表頭反映聲測探頭接收到的地震聲波，磁表頭和耳機(jī)同時指示故障點(diǎn)放電時同步接收天線接收到的電磁波。當(dāng)聲測探頭放置在故障點(diǎn)上方時，定點(diǎn)儀二個表頭指示及耳機(jī)聲音同步。在未接收到聲波信號時，利用聲磁同步電磁波接收功能，能夠及時掌握球間隙放電節(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。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）、磁場預(yù)定點(diǎn)技術(shù)：電纜故障磁場預(yù)定點(diǎn)技術(shù)的原理為：通過高壓直流脈沖發(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。此音頻信號在電纜故障點(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，通過比較故障點(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，其概念的提出時間較短，儀器的研發(fā)和儀器使用時間也較短。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、各類電纜故障測試儀的組成、測試原理及特點(diǎn)簡介

1、單片機(jī)控制的電纜故障測試儀

傳統(tǒng)的電纜故障測試儀，有的廠家叫電纜故障探測儀，或者叫電纜故障檢測儀，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)測試儀獨(dú)立裝箱，電纜故障定點(diǎn)儀、電纜路徑探測信號源及其它附件一塊裝箱，即二箱三件式。由于故障測試時，閃測儀、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)簡單、維修使用方便。

②、采用閃測儀、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)為少了一個部件，某種程度上可以說使用方便。其缺點(diǎn)為，由于路徑儀信號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儀的復(fù)雜性，使閃測儀的故障率提高，維修相對變的復(fù)雜。

其測試原理為：閃測儀為脈沖反射法，路徑儀采用電磁波測試zui小點(diǎn)方法，定點(diǎn)儀用聲測法定點(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)行故障聲測定點(diǎn)，也能用于電纜路徑測試時做為路徑信號接收機(jī)使用。例如電纜故障測試儀，其配套的定點(diǎn)儀，采用聲磁同步方式，可以用聲測法進(jìn)行故障定點(diǎn)，其故障定點(diǎn)時采用表頭、耳機(jī)同時接收顯示方式，極為方便。也可以作路徑信號接收機(jī)使用，可以接收路徑儀信號源發(fā)出的路徑信號，也可以接收電纜故障定點(diǎn)時的高壓脈沖電磁波信號，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試儀特點(diǎn)：

(1)、可靠性髙：因?yàn)殚W測儀軟件固化，不會存在軟件故障，操作失誤時，可以復(fù)位重來，整個過程只需幾秒鐘時間。

(2)、測試快速：帶直流電源供電的單片機(jī)控制的閃測儀，到現(xiàn)場幾分鐘內(nèi)就能完成測試電纜全長及傳輸速度、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試儀器，不會用作為其他用途，所以單片機(jī)控制閃測儀就不容易出故障，這一點(diǎn)對電纜維修用戶是十分必要的。

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