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電纜故障測試方法的評價 

 

    長期以來，涌現出了許多測量方法與儀器，這些方法與儀器適用于不同故障情況，各有優缺點，這里就故障測距與定點儀器簡單地做一下評價和比較。

 

    1.故障測距

 

    1）電橋法

 

    電橋法是一種經典測試方法。

 

    電橋法測試線路的連接如圖1.5a所示，將被測電纜終端故障相與非故障相短接，電橋兩臂分別接故障相與非故障相，圖1.5b給出了等效電路圖。

 

    仔細調節R2數值，總可以使電橋平衡，即CD間的電位差為0，無電流流過檢流計，此時根據電橋平衡原理可得：

 

          R3/R4=R1/R2                   （1.1）

 

    R1、R2為已知電阻，設：R1/R2=K，則

 

              R3/R4=K

 

    由于電纜直流電阻與長度成正比，設電纜導體電阻率為R0，L全長代表電纜全長， LX、、L0分別為電纜故障點到測量端及末端的距離，則R2可用（L全長+L0）R0代替，根據式（1.1）可推出：

 

             L全長+L0=KLX

 

而           L0=L全長-LX，所以

 

             LX=2L全長/（K+1）

 

    電纜斷路故障可用電容電橋測量，原理與上述電阻電橋類似。

 

    電橋法優點是簡單、方便、精確度高，但它的重要缺點是不適用于高阻與閃絡性故障，因為故障電阻很高的情況下，電橋里電流很小，一般靈敏度的儀表，很難探測，實際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡性故障。在用電橋法測量故障距離之前，需用高壓設備將故障點燒穿，使其故障電阻值降到可以用電橋法進行測量的范圍，而故障點燒穿是件十分困難的工作，往往要花費數小時，甚至幾天的時間，尤其對于目前大量使用的鉸鏈聚乙烯類的塑料電纜，多數情況無法將故障點燒穿，十分不方便，有時會出現故障點燒斷，故障電阻反而升高的現象，或是故障電阻燒得太低，呈永久短路，以至不能用放電聲測法進行最后定點。電橋法的另一缺點是需要知道電纜的準確長度等原始技術資料，當一條電纜線路內是由導體材料或截面不同的電纜組成時，還要進行換算，電橋法還不能測量三相短路或斷路故障。

 

    現在現場上電橋法用的越來越少了，不過一些測試人員，尤其是老的測試人員，仍然習慣于使用該方法。特別是對一些特殊的故障沒有明顯的低壓脈沖反射，但又不容易用高壓擊穿，如故障電阻不是太高的話，使用電橋法往往可以解決問題。隨著技術的發展，現在采用高壓電橋后，故障電阻的限制有了很大改善。但是由于故障點的特殊性，不只表現為電阻特性，對于閃絡性故障仍然不能使用，儀器的可靠性也受到考驗。

 

2）低壓脈沖反射法

 

    低壓脈沖反射法，又叫雷達法，是受二次世界大戰雷達的啟發而發明的，它通過觀察故障點反射脈沖與發射脈沖的時間差測距（詳見第三章敘述）。

 

    低壓脈沖反射法的優點是簡單、直觀、不需要知道電纜的準確長度等原始技術資料。根據脈沖反射波形還可以容易地識別電纜接頭與分支點的位置。

 

    低壓脈沖反射法的缺點是仍不能適用于測量高阻與閃絡性故障。

 

3）脈沖電壓法

 

    脈沖電壓法，又稱閃測法，是六十年代發展起來的一種高阻與閃絡性故障測試方法。國內有數家企業生產、銷售該原理的電纜故障閃測儀。

 

    首先使電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信號的作用下擊穿，然后，通過觀察放電電壓脈沖在觀察點與故障點之間往返一次的時間測距。

 

    脈沖電壓法的一個重要優點是不必將高阻與閃絡性故障燒穿，直接利用故障擊穿產生的瞬間脈沖信號，測試速度快，測量過程也得到簡化，是電纜故障測試技術的重大進步。

 

    脈沖電壓法的缺點如下：

 

    A.安全性差，儀器通過一電容電阻分壓器分壓測量電壓脈沖信號，儀器與高壓回路有電耦合，很容易發生高壓信號串入，造成儀器損壞。

 

    B.在利用閃測法測距時，高壓電容對脈沖信號呈短

 

路狀態，需要串一電阻或電感以產生電壓信號，增加了接線的復雜性，且降低了電容放電時加在故障電纜上的電壓，使故障點不容易擊穿。

 

    C.在故障放電時，特別是進行沖閃測試時，分壓器耦合的電壓波形變化不尖銳，難以分辨。

 

4）脈沖電流法

 

    脈沖電流法是八十年代初發展起來的一種測試方法，以安全、可靠、接線簡單等優點顯示了強大的生命力。

 

脈沖電流法（詳見第四章）與脈沖電壓法的區別在于：前者通過一線性電流耦合器測量電纜故障擊穿時產生的電流脈沖信號，成功地實現了儀器與高壓回路的電耦合，省去了電容與電纜之間的串聯電阻與電感，簡化了接線，傳感器耦合出的脈沖電流波形亦比較容易分辨。

 

5）二次脈沖法

 

二次脈沖測試技術是九十年代發展起來的一種測技術。由于脈沖電流法、脈沖電壓法的波形不容易分析，給測試人員造成很大的不便。國外很早就開始研究二次脈沖測試技術。以其操作簡單、波形容易分析，受到電纜測試工作者的歡迎，但由于設備復雜，技術難點多，設備的價格很高，國內市場一直被進口設備獨占。近年來，隨著國內技術人員的努力，此項技術已被國內的幾家公司掌握。淄博信易杰電氣公司有幸成為其中的佼佼者。

 

首先是電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信號的作用下擊穿，同時采用延弧技術、續弧技術使電弧持續時間延長并保持穩定；其次，在沒有擊穿故障點時，向電纜注入測量信號，得到參考波形；在延弧時注入一次或多次測量信號，得到一個或多個比較波形；將兩次得到的波形同時顯示出來，可以很明顯的顯示出差異，大大降低了波形分析的難度。二次脈沖技術以其操作簡單，波形易于分析，受到廣大技術人員的好評。隨著設備逐步國產化，市場占有率必然會逐步提高，最終成為主流產品。

 

6）對測距方法與儀器選擇的建議

 

    目前，普遍采用行波測距法。低阻與斷路故障采用低壓脈沖反射法，它比電橋法簡單直接；測量高阻與閃絡性故障采用二次脈沖法、脈沖電流法；三者都是通過脈沖信號在故障點與測量點之間往返一次時間測距，但低壓脈沖反射法是主動向電纜發射探測電壓脈沖，脈沖電流法是被動記錄故障擊穿產生的瞬間脈沖電流信號；二次脈沖測試法則是分別在故障點沒有被擊穿和擊穿延弧時，分兩次或多此主動向電纜發射測試信號；信號的記錄與處理顯示可由同一個電路完成，故可方便地使儀器同時實現三個功能。

 

2. 故障定點

 

    電纜故障的精確定點是故障探測的關鍵。目前，比較常用的方法是沖擊放電聲測法、 主要用于低阻故障定點的音頻感應法以及我公司創新的快速磁場預定位法。實際應用中，通常因電纜故障點環境困素復雜，如振動噪聲過大、電纜埋設深度過深等，造成聲測法定點困難，成為快速找到故障點的主要矛盾。利用我公司創新的快速磁場預定位法后，將大大提高定點的速度。

 

聲磁同步檢測法（詳見第六章），提高了抗振動噪聲干擾的能力；通過檢測接收到的磁聲信號的時間差，可以估計故障點距離探頭的位置；比較在電纜兩側接收到脈沖磁場的初始極性，亦可以在進行故障定點的同時尋找電纜路徑。

 

快速磁場預定位法，利用延弧、續弧技術，在拉弧期間注入音頻信號，通過檢測音頻信號，查找故障點。此方法發展了傳統的音頻法，克服了音頻感應法只能測試低阻故障的局限，發揚了音頻感應法方便、快捷的優點。會大大提高定點的速度，為技術人員提供便利。

 

    3. 新一代智能化電纜故障探測儀器

 

    現代微電子技術的發展，促進了電纜故障探測儀器的進步。儀器正向智能化方向發展，能對采集的信號進行復雜的數學處理，自動計算故障點；記憶測量波形；打印輸出波形及測量結果；并具有體積小、攜帶方便、操作簡單等優點。西安光大百納電子科技有限公司提供的CD系列電纜故障測試儀與電纜故障定點儀，是這種發展的一個代表，正迅速在全國推廣，受到了廣大用戶的歡迎。