电缆故障测试技术讲议Word文档下载推荐.docx
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（一）据电缆故障点的绝缘电阻分类
1、开路（断路）故障：
凡是电缆绝缘电阻无穷大或虽与正常电阻的绝缘电阻值相同，但电压不能馈至用户端的故障。
（低压脉冲测试时故障有反射，且反射波与发射波同相）
2、低阻（短路）故障：
凡是电缆故障点的绝缘电阻小于该电缆的特性阻抗，甚至直流电阻为零的故障均称为低阻故障或短路故障（低压脉冲测试时故障有反射，且反射波与发射波反相）。
3、阻故障：
电缆故障点的直流电阻大于该电缆的特性阻抗的故障均称为高阻故障（低压脉冲测试时故障无反射）。
高阻故障可分为两种故障形式：
●高阻泄漏性故障：
在做电缆高压绝缘试验时，泄漏电流随试验电压的升高而增加，试验电压升高到额定值时（有时还远远达不到额定值），而泄漏电流超过了允许值。
●高阻闪络性故障：
试验电压升至某值时，泄漏电流突然升高，监视泄漏电流的表针闪络性摆动，电压稍下降时，此现象消失，但电缆绝缘仍有极高的阻值。
（二）据电缆故障发生的方式分类
1、击穿故障
电缆在做预防性试验时，由于较高直流电压的作用，使电缆隐患处被击穿。
这种故障多为相对地的闪络性高阻故障。
2、行击穿故障
这种故障是电缆运行在工作电压时所发生的故障，一般多为相间或相对地的高阻或低阻故障。
（三）根据故障发生的部位分类
1、本体故障
由于各种原因，诸如人为因素，如过负荷运行，外力破坏等，还有物理化学性腐蚀，自然老化等造成的各种性质的故障。
2、接头故障
电缆始终端头，中间接头等部位发生的故障。
一般多见于泄漏性高阻故障
四、电缆故障测试仪的功能：
1、测试各种电压等级电缆的各类故障，及同轴电缆、通信电缆的开路、短路故障。
2、测试电缆的埋设路径走向及埋设深度。
3、测试电波在电缆中的传播速度。
4、对电缆的信息资料进行管理。
五、电缆故障的测试程序
追踪仪查找埋地电力电缆故障一般要经过以下步骤：
Ø
分析电缆故障性质，了解故障电缆的类型；
不同性质的电缆故障要用不同的方法测试，而不同介质的电缆则有不同的测试速度。
不同耐压等级的电缆则有不同的耐压要求。
而被测试电缆的接头位置及最近是否在电缆上方施过工。
这些在测试前都必须做到心中有数。
用电缆仪主机的低压脉冲法测试电缆长度、校对电缆的电波传输速度；
测试电缆全长可以让我们更加了解故障电缆的具体情况，可以判断是高阻还是低阻故障，可以判断固有的电波速度是否准确（准确的电波传输速度是提高测试精度的保证。
当速度不准确时，可反算速度。
）。
这些都可以用低压脉冲测试法来解决。
如下图，当用低压脉冲分别测试电缆的故障相与好相并比较时：
当L>
L1时；
表示故障点有反射。
故障可由低压脉冲测试，L1即为故障反射距离。
当L=L1时；
表示故障相的故障为高阻故障，低压脉冲测试时无法观察到故障反射。
只能观察到全长的反射。
L：
好相测量的电缆全长。
L1：
故障相测量的反射长度
选择合适的测试方法，用电缆仪主机进行电缆故障粗测；
对不同电缆故障要用不同的方法，低阻故障（开路、短路等）要用低压脉冲法测试；
而高阻故障（泄漏、闪络等）则要用闪络法方法测试。
选定方法后测出电缆故障的大致位置。
选择合适的测试方法，用追踪仪主机对电缆进行故障距离粗测。
低阻故障用低压脉冲法测量，高阻故障用高压闪络法测量。
故障性质
绝缘电阻
故障的击穿情况
开路
●在直流或高压脉冲作用下击穿
低阻
小于10Z
●绝缘电阻不是太低时，可用高压脉冲击穿
高阻
大于10Z
●高压脉冲击穿
闪络
●直流或高压脉冲作用下击穿
注：
表中Z为电缆的波阻抗值，电力电缆波阻抗一般为10—40之间。
低压脉冲法测试比较简单，在此不多赘言。
而高压闪络法测量则需要注意接线及所加直流电压的高低。
接线时请严格按照接线图3或图6来接线，特别是地线的连接（高压设备的地线必须接被测电缆的铅包接地处，追踪仪的主机绝对不能接到PT和电容器的地线上，它必须单独接到电缆铅包接地处，以防仪器损坏。
在测试前应先断开主机电源，试升压冲击放电数次，无异常时方可接入仪器。
所加电压的高低主要取决于电缆的耐压等级及绝缘介质。
如10KV油禁纸电缆和交联乙烯电缆的最高耐压分别为50KV和35KV，一般不得超过电缆的最高耐压。
用路径仪探测埋地电缆的走向；
定点前首先必须知道电缆的路径，若已知路径可省去此步骤。
用定点仪对故障点精确定位；
按定点放电方式接好高压设备，根据电缆的性质及电缆的耐压等级来决定升压程度。
对电缆故障点进行精测。
为了保护仪器，定点时请卸掉主机和电感及水电阻等按图7接线。
如果故障点在距测试端很近时，特别是在电缆的测试端头时，采用图7定位时，因球隙放电声音比故障点放电声音还大，很难区分真假声音，在这种情况下可将高压设备移至另一端的方法来定位。
对电缆故障测试结果进行误差分析，做好测试完的记录。
此步工作对以后的电缆维护及管理是非常重要和必须的。
六、低压脉冲测量法：
●应用范围
用低压脉冲法可以直观地看到低阻、短路故障及断路故障。
据统计这类故障约占电缆故障的10%。
对于判断结构较为复杂的电缆线路往往具有相当重要的参考价值（如线路上有T接头，或中间有环型接头等）。
●工作原理
测试时，在电缆故障相上加上低压脉冲，该脉冲沿电缆传播直到阻抗失配的地方，如中间接头、T型接头、短路点、断路点和终端头等等，在这些点上都会引起电波的反射，反射脉冲回到电缆测试端时被追踪仪接收。
追踪仪可以适时显示这一变化过程。
根据电缆的测试波形我们可以判断故障的性质，当发射脉冲与反射脉冲同相时，表示是断路故障或终端头开路。
当发射脉冲与反射脉冲反相时，则是短路接地或低阻故障。
凡是电缆故障点绝缘电阻下降到该电缆的特性阻抗，甚至电流电阻为零的故障均称为低阻故障或短路故障（注：
这个概念是从采用低压脉冲反射法的角度，考虑到阻抗不同对反射脉冲的极性变化的影响而定义的）。
下面给出一个电缆特性阻抗的参考值：
铝芯240平方毫米截面积的电力电缆的特性阻抗约为10Ω：
铝芯35平方毫米截面积的电力电缆的特性阻抗约为40Ω。
其余截面的铝芯电力电缆的特性阻抗可据此估算。
凡是电缆绝缘电阻无穷大或虽与正常电缆的绝缘电阻值相同，但电压却不能馈至用户端的故障均称为开路（断路）故障。
故障距离是由发射脉冲与反射脉冲之间的时间差得来的，这就涉及到电波在电缆中的传播速度问题，从有关的理论和实验中得知，电波在电缆中的传播速度只与介质有关，而与其横截面积大小无关。
因此只要知道电缆的介质传播速度和追踪仪接受到的发射脉冲到反射脉冲的时间差，就可利用下式计算出故障距离。
S=V·
△t/2
●发射脉冲的选择
电缆故障测量仪器使用的电压脉冲一般有矩形、指数、钟形（升余弦）等。
由于矩形脉冲形成比较容易，故应用比较多，我们也是采用此方式。
脉冲总有一定的时间宽度，假定为，则在时刻以内到来的反射脉冲与发射脉冲相重叠，无法区分开来，因此不能测出故障点的距离来，出现了盲区。
假设发射脉冲宽度为0.2uS，电缆电波速度是160m/us，其测量盲区就是16M，仪器发射脉冲越宽，测试盲区越大。
从减小盲区的角度看，发射脉冲的宽度窄一些好，但脉宽越窄，它所包含的高频成分越丰富，而线路高频损耗大，使反射脉冲幅度过小，畸变严重，远距离的测试效果不佳。
为了解决这个问题，脉冲反射仪器将脉冲宽度分为两个范围。
既“远近”键，近键为脉宽0.2us、幅度180V；
远键为脉宽2us、幅度280V。
当故障距离比较大（400M）时，选远键。
反之选近键。
七、高压闪络测量法：
电力电缆的高阻故障（高阻故障：
故障点的直流电阻大于该电缆的特性阻抗的故障为高阻故障）几乎占全部故障率的90%以上。
在未经“烧穿”处理之前，绝大部分故障都不适合直接采用低压脉冲法或电桥法测试，这往往给现场电气工程技术人员在故障处理方面带来很多困难。
虽然有一部分高阻故障利用交流或直流“烧穿”设备可以使故障点因电流通过而发热碳化使电阻值变低，以适合低压脉冲或电桥法测量。
然而大量的实践证明，并不是所有的高阻故障都能用“烧穿”法烧成低阻故障的。
有的接头故障长期烧而不穿，有的阻值甚至越烧越高。
为了解决这样的问题就必须采用高压闪络测量法。
就大部分故障本质来说，基本都属于绝缘体的损坏。
高阻故障是由于绝缘介质的抗电强度下降所致。
因为故障点的阻值高，测量电流小，所以即使用足够灵敏的仪表也难以测量。
对于脉冲法，由于故障点等效阻抗几乎等于电缆特性阻抗，所以反射系数几乎等于零，因得不到反射脉冲而无法测量。
但从介质的电击穿现象出发，只要对电缆加足够高的电压（当然低于最高试验电压），故障点就会发生击穿现象。
在击穿的瞬间，故障点被放电电弧短路，所以在故障点放电前后，就产生电压的跃变。
由于介质击穿，其电离过程需要一定的时间，而弧光放电一般要持续数百微秒到几个毫秒，因此跃变电压在放电期间就以波的形式在故障点和电缆端头之间来回反射。
如果在电缆的端头（始端或终端），把瞬间跃变电压及来回反射的波形记录下来，便可测量出电波来回反射的时间；
再根据电波在电缆中的传播速度，就可以算出故障点到端头的距离。
基于这个物理机理产生了闪络测试法。
按图20电源接上后，实验变压器PT对电容器C充电。
当电压高到一定数值时，球间隙J被击穿，电容器C上的电压通过球间隙的短路电弧和一小电感L直接加到电缆的测量端。
这个冲击电波沿电缆向故障点传播。
只要电压的峰值足够大，故障点就会因电离而放电（注：
因为欲使故障点闪络放电，不但需要足够高的电压，还需要一定的电压持续时间）。
故障点放电所产生的短路电弧使沿电缆送去的电压波反射回去。
因此，电压波就在电缆端头和故障点之间来回反射。
为了使反射波不至于被测试端并联的大电容C短路，在电缆和球间隙之间串接一电感线圈L（几微享到几十微享）组成电感微分电路。
因为电感对突跳电压有较大的阻抗，有了它，就可以借助于追踪仪主机观察到来回反射的电压波形。
图21是个实测波形。
从波形中可以看出在电缆里衰减的余弦振荡及叠加在余弦振荡上的快变化脉冲。
对波形中的慢变化的衰减余弦振荡可以这样解释：
故障点放电所形成的短路电弧使电缆相当于一根短路线，球间隙击穿瞬时就是充电电容器C对短路线放电的过程。
由于短路线可等效成一个电感，因而它们相当于电感—电容充放电振荡回路。
考虑到回路的损耗，得到的就是一个衰减的余弦振荡，如图21所示。
图21观察到的波形为闪络全过程，图22观察到的波形为左图扩展后的波形。
实际上，我们用来测量故障点距离的不是这个衰减振荡的慢过程，而是叠加在这个慢过程上的一些快速尖脉冲。
把余弦振荡的前面一段加以扩展，其波形如上右图所示。
只要测试出波形的第一个上突跳的拐点A到第一个负脉冲下突跳拐点B间的时间间隔，便可利用公式
S=V·
△t/2（m）
算出测试端到故障点的距离。
闪络测量法的巨大优点在于几乎能适应任何类型的故障。
大量实践证明，闪络测量法是对付那些被人们用别的方法测不出来而被称之为最顽固的故障的最强有力手段。
所以目前在我国凡是具有电力电缆故障闪络测试仪的单位均无一例外地把闪络法作为最主要的测试方法。
●故障点击穿的判别
在冲击高压闪络法测试中的一个关键的问题是判断故障点是否击穿放电。
很多人由于缺乏实践经验，往往以为球间隙放电就可以从屏面上看到正确波形了。
其实这种想法是片面的。
球间隙的击穿与否只与两球间的距离及所加电压幅度有关，距离越大，击穿所需的电压就越高，通过球间隙加到电缆上的电压就越高。
而电缆故障点能否被击穿仅取决于电缆上得到的冲击电压的高低。
球间隙太小，击穿时加到电缆上的电压可能低到无法电离击穿故障点，这种情况下，球间隙看来是被击穿了，但是电缆故障点并没有被击穿，因此就无阶跃电压反射回来。
在屏幕上仅能看到负高压在传到电缆终端被反射的终端反射波，无法测出故障距离。
故障点未被击穿的典型波形如图23所示。
从图23中可以看出，电缆故障点未被击穿时，波形上的向下波动仅是终端反射波的作用，并且可以看出从波形起点（下突跳点）到第一反射波之间的时间间隔正好代表了电缆全长。
如果电缆没有故障或冲击电压过低或储能电容C过小，电缆就不会出现闪络现象。
这时电缆相当于开路线，即可等效为电容，球间隙击穿瞬间，一方面储能电容C对电缆的等效电容充电，另一方面这个等效电容与储能电容C并联，并通过电阻分压器R1、R2放电。
其过程呈指数衰减波形，如上图所示，仅能看到电缆终端反射波形。
一旦在屏上出现图23的波形时，则表示电缆故障点未被击穿，所加冲击电压太低，需加大球间隙距离，增加冲击电压幅度，直至有大余弦振荡信号出现，便可扩展波形仔细分析，读出距离来。
1、从波形上可以准确地判定电缆故障点击穿与否。
2、另外，还可以从球间隙放电的声音来判断，当球间隙放电声嘶哑、不清脆，而且火花较弱，放电时间较长，电缆故障点一般未被击穿。
3、另外，从串入高压变压器PT次级上的电流表在球间隙击穿瞬间进所摆动的幅度大小也可用来判别故障点放电与否，一般电流表摆动在5~10mA范围时，表明电缆故障点未被击穿。
如果电流表指针在30~80mA范围内摆动，且球间隙放电声清脆响亮，一般可说明故障点被击穿（有时故障点电阻值较低，冲闪电流表指针摆动范围也大，球间隙放电声也大，但故障点却不一定被击穿，不过此种情况不多见）。
此时可按测试步骤测试故障距离。
●故障点靠近测试终端的波形
在用冲击电压闪络法测试时，在显示屏面上，对于故障点在电缆终端或接近终端
端头的情况，显示的波形往往与基本波形有所不同，图24（a）是实测波形。
从图24（a）中的波形可以看出，第一个正脉冲前还有一个负尖峰，后面的波形也有相应的变化。
这给缺乏实测经验的人往往造成判读上的困难，不知道从何处读起。
前面己经说过，电缆在加冲击负高压时，故障点处负高压上升有一个过程，故障点的电离放电也有一段迟延时间，所以在故障点放电之前，冲击电压波已经在终端头被反射，并越过故障点传向测试端。
在此之后故障点才被电离击穿，形成正向阶跃电压向测试端传输。
因此在第一回波的正脉冲前出现了负尖峰。
这一波形在故障点与测试端间来回反射，使以后的第二、第三、……回波也相应变化，增加了波形的复杂性。
如果两个回波的时间差从第一回波正脉冲前的负尖峰下降拐点算起的话，将会造成相当大的测量误差。
只能从第一回波的正突跳拐点算起直到第二回波的负突跳拐点这段时间才是正确的。
图24故障点在终端或接近终端的测试波形
图25终端接跨线时的接线图
为了避免故障点放电前冲击电压波在终端头的反射，可象图25那样，在故障相终端头与任一无故障相连一跨接线。
这样，冲击电压波到终端时将沿跨接线传至无故障相，不会有终端反射的情况，第一个回波前的负尖峰就消失了，如图24（b）所示。
如果所加的电压不够高，即使故障点离终端还有相当一段距离，也可能会出现冲击电压波在终端头反射后到达故障点才放电的情况，这主要是故障点电离击穿延时太长的缘故。
这时的波形和图24（a）类似，所以当出现上述波形时，应当具体情况具体分析。
如果是冲击电压不够高引起波形畸变，只要适当提高冲击电压即可得到正常的测试波形。
●故障点靠近测试始端的波形
故障点就在测试端的电缆头或接近测试端（10~30m）时，要精确读数往往是很困难的，一般用平均值来估读故障点的距离。
对于冲击高压闪络法来说，除记录速度的限制外，还因为前面一个回波会影响后面一个回波的波形，使整个波形比较混乱。
故障点越靠近测量端，波形中的快速振荡过程就越密集，如果故障点就在电缆端头上，波形中就再不会有快速尖脉冲存在，而几乎是一典型的光滑的大余弦振荡波形（由于引线的杂散电感分布，在大余弦振荡的前一部分也可能有十分模糊、无法辨清的毛刺），如图26所示。
对于近距离故障，波形读数的精确与否是有技巧的。
为了更精确些，可以读2~5uS时间内小振荡的周期数或反射波的次数，再简单换算一下便可以得到故障距离了。
例如图27所示的闪络故障波形，闪络产生的振荡在一定时间内振荡了5周，即波形在电缆中来回反射了10次，而这段时间内对应的距离为342M，故实际故障点距离点距测试端的距离为
lx=342/10=34（M）
近距离测试时估出的相对误差可能会大一些，但由于故障点距离很近，绝对误差不大，不会给定点带来很大困难。
只是在定点时，由于球间隙离定点位置较近，地震波的声音往往由于球间隙放电打火声而被淹没，无法判断地震波。
此时可将球间隙（高压部件）移至故障电缆终端，高压设备仍留在始端，让高压经过一无故障相送至球间隙一端，再让球间隙的另一端与故障相连接。
这样，当高压击穿球间隙产生冲击高压送至故障相时，测试端避免了球间隙打火声引起的干扰，便于判断故障点的地震波。
具体接法见图15所示。
八、各种标准波形
在实际测试中我们将遇到各种各样的波形，如何分析波形是很关键的，波形变化有一定的规律，只要我们多看多比较就会很快掌握，下面是我们由实际波形的变化得出的一组标准波形。
低压脉冲测试波形
高压闪络测试波形
●故障在测试始端的波形
故障在中间段的波形
●故障在测试终端的波形
1.
故障未放电时波形
闪络法测试波形的变化规律图
下图是我们根据闪络测试法的波形而绘制的变化规律图，只要仔细观查分析就可看出它们中的变化规律。
希望使用者一定要掌握标准波形以及它们在不同区间的变化规律。
九、测试中的基本问题
如何判断高阻和低阻故障？
电缆故障点的绝缘电阻小于或等于该电缆的特性阻抗时称为低阻故障，反之称为高阻故障（此定义是从采用脉冲反射法的角度，考虑到阻抗不同对反射脉冲的极性变化的影响而定的）。
当用低压脉冲法测试时故障点有反射（且发射波与反射波反向）此故障为低阻故障。
反之为高阻故障。
下图为用低压脉冲测试故障相的波形，请您判断故障为何种故障？
故障相测试波形①为高阻；
故障相测试波形②为低阻或短路；
故障相测试波形③为开路。
本套仪器的测试盲区为多少？
如何消除盲区？
对于追踪仪主机来说，测试“盲区”为发射脉冲的宽度，因为当反射脉冲在发射脉冲宽度之内反射，两波形重叠判断起来比较困难。
见下图所示：
由左图可以看出由于反射波在“盲区”之内反射，两波形重叠到一块波形变宽，反射波拐点无法判断，产生了测试“盲区”。
本套仪器的主机测试“盲区”大约为20米（根据发射脉宽和电波的传播速度得来的）。
消除“盲区”有两个基本方法：
⑴将测量终点改为测试点，这样就消除了故障点距离测试点很近的测试“盲区”。
⑵将故障在发射脉宽内反射的测试波形与正常的波形相比较，通过比较就可判断反射波的拐点（如下图）。
低压脉冲法测试时为什么要选择远近键？
我们知道电波在电缆中传输是有损耗的，而脉冲宽度越宽幅度越大损耗越小。
主机的远近键选择实际上就是选择发射脉冲的脉宽及幅度的大小（远键：
发射脉冲的脉宽为2us幅度280V。
近键：
发射脉冲的宽度为0.2uS幅度180V）。
当故障点距离测试端较近时，若用宽脉冲（远键）测试，故障点就可能在“盲区”之内反射，给测试带来困难。
当故障点距离测试点较远时，若用窄脉冲（近键）测试，由于电缆比较长电波损耗比较大，故障点就可能无反射。
因此我们用低压脉冲测试时要选择远近键，一般故障距离小于400米时选择“近键”。
大于400米时选择“远键”。
电缆的电波传播速度是由什么来决定的？
电缆的故障距离是由测量脉冲与回波脉冲之间的时间差推算出来的。
S=V△•t
时间差△t可由机器接收并测量，而电缆的电波传播速度V与什么有关呢？
从有关的理论和大量的实际测量中得知，电波在电缆中传播，其传播速度只与绝缘介质有关，而与其截面积大小和芯线的材料无关。
机器主机中已置入了一些常见电缆的电波传播速度，这些速度值是经过大量实践得来的，而对于一些特别电缆则必须重新测量电波在该电缆内的传波速度。
高阻故障主要分为哪两类？
它们的特点是什么？
高阻故障分为高阻泄漏和闪络性故障。
泄漏性高阻故障：
当电缆的泄漏电流值随所加的直流电压的升高而连续增大，并远远超过被测电缆本身所要求的规范值。
即电缆绝缘介质损坏并形成固定的电阻通道，但阻值比较高。
见图29。
闪络性高阻故障：
在电缆的预试电压范围内，当电缆的预试电压加到某一定数值时，电缆的泄漏电流值突然增大，其值远远超过被测电缆所要求的规范值。
这种故障的绝缘介质虽然损坏，但却没有形成固定的电阻通道。
高阻故障的本质表现在图29等效电路中的“高阻泄漏电阻”上，“高阻泄漏电阻”的阻值直接决定了高阻故障的特性。
1当R近似无穷大时，故障点J两端的直流电压可以增至相当高而泄漏电流还不至于超过额定值，完全可能在电压升至额定值前被击穿，并形成闪络性故障。
2当R小于一定值时，此时作耐压试验，由于R的存在而产生较大的泄漏电流，泄漏电流将在高压电源的内阻上产生较大的压降，而使J两端的电压无法升高，J可能无法被击穿。
欲升高电压，泄漏电流势必增加，因此可能因泄漏电流大大超过允许值而使继电器保护动作，J也就不会出现闪络现象。
3当R等于或小于被测电缆的特性阻抗时，故障性质便变成低阻故障了。
追踪仪的测试误差都与什么有关？
追踪仪的主机是粗测设备，它的误差与下列因数有关：
1仪器本身产生的测试误差。
本仪器的标准时基信号是由25MHz晶体震荡器产生的，它的误差反映在仪器上就是游标每走一格时的误差。
当侧试图形放大到
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