陜西意聯(lián)電氣設(shè)備有限公司
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隨著城市的快速發(fā)展。電纜使用越來(lái)越頻繁，電纜的安全運(yùn)行就成為每個(gè)供電部門(mén)保障的重點(diǎn)。電纜故障不可避免，如何快速解決電纜故障成為搶修人員的面臨的主要工作內(nèi)容。
一、電纜的分類(lèi)：
電纜根據(jù)絕緣介質(zhì)不同分為：交聯(lián)電纜、聚氯乙烯電纜、油浸紙電纜、不滴流電纜（也稱(chēng)之為少油電纜），橡套電纜等；根據(jù)電壓不同分為：高壓電纜、低壓電纜、控制電纜、通訊電纜等；
二、電纜故障分類(lèi)：
電纜故障的形成主要是機(jī)械拉傷、化學(xué)腐蝕、電纜長(zhǎng)時(shí)間過(guò)流，或者地基沉降等因素造成的。電纜故障分為兩大類(lèi)：低阻故障和高阻故障。高阻故障又分為 ：閃絡(luò)性故障和泄漏性故障，相地閃絡(luò)性故障相當(dāng)于相線和地之間形成一個(gè)間隙。如圖：
伏安特性如下圖：
泄漏性故障，相當(dāng)于相地之間形成一個(gè)大電阻，這個(gè)電阻小于電纜的絕緣電阻，如圖：
泄漏性故障示意圖
伏安特性如下圖：
這在測(cè)試電纜故障中有什么實(shí)際意義？這說(shuō)明電纜故障要打穿放電，需要加足夠的電壓，只有電壓達(dá)到一定程度，電纜故障才能被擊穿。低阻故障：絕緣阻值小于100歐姆的故障，這種故障粗測(cè)非常簡(jiǎn)單，但是放電聲較小或者沒(méi)有，定點(diǎn)相對(duì)比較麻煩。
三、電纜故障測(cè)試儀的組成：
電纜故障測(cè)試儀組成：主機(jī)、路徑儀、定點(diǎn)儀、高壓設(shè)備和放電電容。電纜儀的主機(jī)：用來(lái)測(cè)試電纜長(zhǎng)度、電纜故障的大概位置；路徑儀：用來(lái)測(cè)試電纜的走向和埋設(shè)深度；定點(diǎn)儀也是后解決問(wèn)題的關(guān)鍵設(shè)備：用來(lái)經(jīng)確定點(diǎn)電纜故障位置；高壓設(shè)備和放電電容：用來(lái)給故障電纜打壓，是故障點(diǎn)放電，故障點(diǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，為故障定點(diǎn)創(chuàng)造條件。
電纜故障測(cè)試儀主機(jī)：
目前，常用的電纜測(cè)試主機(jī)有兩種原理設(shè)計(jì)的，一種為電橋原理的，另一種為雷達(dá)原理的，也叫時(shí)域反射法原理。這兩種原理的設(shè)備都很成熟，雷達(dá)法原理的主機(jī)通常稱(chēng)為閃測(cè)儀或者沖閃儀，是目前電纜測(cè)試的主流設(shè)備。電橋測(cè)試電纜故障時(shí)，要求電纜要有一根好相，而且電纜的尾端需要好相和壞相跨接，并且要求跨接線的截面積和電纜的截面積相當(dāng)。而閃測(cè)儀就沒(méi)有那么多限制，也不需要尾端短接，工作量相對(duì)較少。但是，在測(cè)試有些電纜故障時(shí)，由于電纜介質(zhì)或者是電纜結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，閃測(cè)儀采不出測(cè)試波形，這時(shí)就需要電橋進(jìn)行輔助測(cè)試，另外，測(cè)試110KV電纜外護(hù)套故障時(shí)，需要電橋進(jìn)行測(cè)距。綜上所述，要想粗測(cè)電纜故障位置，除了需要閃測(cè)儀，有時(shí)還需要電橋。
幾種主流的閃測(cè)儀：
1、 液晶顯示閃測(cè)儀如圖：
這是一款全功能、小型化的電纜故障測(cè)試儀，特點(diǎn)是體積小、重量輕、操作簡(jiǎn)單、耗電量小、待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、開(kāi)機(jī)速度快。
2、 觸摸屏閃測(cè)儀如圖：
3、 多次脈沖閃測(cè)儀如圖：
多次脈沖電纜故障測(cè)試儀是近年來(lái)比較流行的閃測(cè)儀，優(yōu)點(diǎn)是將沖閃波形（相對(duì)不規(guī)則）轉(zhuǎn)換為低壓脈沖波形，使波形易于識(shí)別。缺點(diǎn)：需要增加多次脈沖產(chǎn)生器，將多脈沖產(chǎn)生器串接到高壓發(fā)生器和故障電纜之間，利用閃測(cè)儀在多脈沖產(chǎn)生器上進(jìn)行采集波形，這樣就必須升高電纜故障的擊穿電壓，這樣才能采集到的多次脈沖的故障波。
電橋：電橋分為高壓電橋和低壓電橋，低壓電橋在電纜故障測(cè)試中極少使用。下面是幾種高壓電橋7000V一體電橋,需要知道電纜長(zhǎng)度，手動(dòng)計(jì)算電纜故障位置。
配合不同的外部電源，可以高升到35KV。需要預(yù)置電纜長(zhǎng)度，自動(dòng)顯示
路徑儀：隨著數(shù)字技術(shù)快速發(fā)展，設(shè)備的快速更新，路徑分為了兩種，一種是傳統(tǒng)的模擬電路的路徑儀，一種是全數(shù)字的金屬管線探測(cè)儀代替了路徑儀。
1、 傳統(tǒng)的路徑儀如圖：
這是發(fā)射部分。接收部分多種多樣，例如下圖：
金屬管線探測(cè)儀是一款功能強(qiáng)大的儀器，可以使用多種模式（直連法、感應(yīng)法、耦合法）測(cè)試金屬管線的路徑，可以測(cè)試帶電電纜或者不帶電路徑、埋設(shè)深度、還可以帶電識(shí)別電纜，可以查找金屬性接地故障（需要配備A字架）。全數(shù)字顯示，聲音提示，操作簡(jiǎn)單。
定點(diǎn)儀：定點(diǎn)儀種類(lèi)眾多，外形各異，定點(diǎn)儀的重要指標(biāo)是靈敏度和抗干擾能力，將信噪比做的合適，就是一部好的定點(diǎn)儀。
參考圖如下：
聲磁同步定點(diǎn)儀，帶有光柱顯示。
跨步電壓法定點(diǎn)儀，用來(lái)測(cè)試金屬性接地故障。
四、電纜故障測(cè)試儀的高壓附件：
電纜故障測(cè)試的高壓配件主要有試驗(yàn)變壓器和電容，根據(jù)不同的組合形成多種樣式的產(chǎn)品。
1、 基本型：3KVA/50KV或者5KVA/50KV直流試驗(yàn)變壓器,操作箱、35KV/2ｕF或者30KV/2ｕF脈沖電容器。這些設(shè)備非常常見(jiàn)。
2、 設(shè)備升級(jí)（1）：利用電子技術(shù)將直流試驗(yàn)變壓器、操作箱的功能一體化集成，體積小、重量輕的升壓設(shè)備。如圖：
目前，經(jīng)常使用的有兩個(gè)規(guī)格：25KV、35KV兩種，輸出電流在40mA左右，重量8公斤左右，代替了數(shù)十公斤的試驗(yàn)變壓器和操作箱。這種設(shè)備功率較小，適合于低壓或者電纜較短的高壓電纜故障（例如：1公里以?xún)?nèi)）
3、 設(shè)備升級(jí)（2）：利用電子技術(shù)，將試驗(yàn)變壓器、操作箱、電容器、球間隙集成在一起，實(shí)現(xiàn)遙控/手動(dòng)一體化操作，遙控距離不小于1000米，自動(dòng)升壓、自動(dòng)放電，多種功能為一體的小型化設(shè)備。如圖：
內(nèi)置電容20KV/4ｕF，電壓輸出20KV，短路電流40mA，重量8公斤。
4、 升級(jí)設(shè)備（3）：將干式變壓器或者油式變壓器，操作箱、電容器、球間隙，組合在一起，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)升壓、自動(dòng)放電、有線控制一體化設(shè)備。如圖：
輸出電壓70KV,短路電流100mA，電容30KV/1ｕF或者30KV/2ｕF，重量55公斤左右。
五、電纜故障測(cè)試基本步驟：
首先，判斷故障是相間故障還是相地故障，然后利用絕緣電阻測(cè)試儀和萬(wàn)用表判斷是高阻故障還是低阻故障，大于100歐姆為高阻故障，反之為低阻故障。利用閃測(cè)儀和電纜好相測(cè)試電纜的長(zhǎng)度，這個(gè)過(guò)程大約需要幾分鐘，就可以完成。閃測(cè)儀是用來(lái)測(cè)試發(fā)射波和反射波時(shí)間差的，電波在電纜中的傳播速度是做實(shí)驗(yàn)測(cè)量出來(lái)的，根據(jù)時(shí)間乘以速度，計(jì)算出電纜的長(zhǎng)度，這些過(guò)程是在閃測(cè)儀的內(nèi)部完成的，我們只需要確定測(cè)試波形起點(diǎn)和終點(diǎn)，電纜的長(zhǎng)度就在閃測(cè)儀上顯示出來(lái)了。
有人會(huì)問(wèn)，這樣的測(cè)試結(jié)果是否會(huì)有誤差，如果有誤差，大概是多少？這樣的測(cè)試結(jié)果是有誤差的。閃測(cè)儀計(jì)算發(fā)射波和反射波之間的時(shí)間差，這個(gè)誤差可以忽略不計(jì)，主要的誤差在于電波在電纜中的傳播速度，傳播速度主要受到電纜絕緣介質(zhì)有關(guān)，而和電纜的截面積無(wú)關(guān)，和電纜的導(dǎo)體的材料也無(wú)關(guān)。高壓電纜現(xiàn)在主要使用的是交聯(lián)乙烯電纜，這個(gè)電纜的傳播速度大概為172米/微秒，這個(gè)傳播速度經(jīng)過(guò)我們長(zhǎng)期的實(shí)踐驗(yàn)證是比較準(zhǔn)確的，誤差很小。以前使用的油浸紙電纜傳播速度為160米/微秒，這個(gè)數(shù)值也非常準(zhǔn)確，誤差很小，只是現(xiàn)在這種電纜很少使用了。而現(xiàn)在使用低壓電纜中塑料電纜、橡套電纜，傳播速度相差很大，每個(gè)廠家的電纜傳播速度都有差異，而且差異比較大，這是測(cè)試誤差的主要因素。
如何減少傳播速度引起的誤差，可以使用以下方法：閃測(cè)儀中有一項(xiàng)功能，測(cè)速度，也就是測(cè)電波在電纜中的傳播速度，首先找一盤(pán)已知長(zhǎng)度的電纜，將電纜全長(zhǎng)輸入閃測(cè)儀中，利用閃測(cè)儀采樣，就能測(cè)試出電纜的傳播速度。接線方式及測(cè)試波形如下：
圖的上半部是接線圖，非常簡(jiǎn)單，將測(cè)試線的紅夾子接到電纜的好相，黑夾子接到電纜的另一個(gè)好相或者電纜的鎧裝，利用閃測(cè)儀低壓脈沖法進(jìn)行采樣，得出下半部的波形，這是個(gè)正脈沖的波形圖，脈沖1，是閃測(cè)儀發(fā)射的脈沖，脈沖2和3是反射脈沖，脈沖2是一次反射波，脈沖3是二次反射波，我們測(cè)試的是發(fā)射波的上升沿和反射波上升沿的時(shí)間差，如果設(shè)置了速度，得出的就是全長(zhǎng)，如果輸入了全長(zhǎng)，得出的就是傳播速度。上面的波形圖是以正面沖為例的，如果是負(fù)脈沖的閃測(cè)儀，就是測(cè)試發(fā)射脈沖的下降沿和發(fā)射波的下降沿的時(shí)間差，或者說(shuō)測(cè)試時(shí)間差用的是發(fā)射波和反射波的前沿（原理：S=V*t）。通過(guò)這樣的方法，平時(shí)將經(jīng)常用到的電纜的傳播速度測(cè)試出來(lái)，并且記錄下來(lái)，在以后發(fā)生故障時(shí)使用，這樣就會(huì)將測(cè)試誤差降到低。
測(cè)試低阻（短路）故障波形圖：
脈沖1為發(fā)射波，脈沖2為反射波，發(fā)射波與反射波極性相反，這種波形一旦出現(xiàn)，就證明電纜是短路故障，S就是故障距離。如果是高阻故障，就需要使用升壓設(shè)備，將故障點(diǎn)瞬間擊穿，然后利用閃測(cè)儀采集波形，分析波形，判斷故障距離，接線圖及波形圖如下:
這是標(biāo)準(zhǔn)波形
下面是實(shí)測(cè)波形
這幾個(gè)波形相對(duì)比較容易判別，拐點(diǎn)比較容易判斷。這是一個(gè)正方向波形圖。
這個(gè)波形是反向的（與電流取樣器有關(guān)，可以調(diào)整一下電流取樣器，使波形反過(guò)來(lái)），這個(gè)波形相對(duì)比較難以判斷，這臺(tái)閃測(cè)儀的軟件中帶有波形局部放大功能，能夠減少粗測(cè)的誤差。
這是一個(gè)多周期測(cè)試波形，我們選擇了其中一個(gè)周期進(jìn)行了標(biāo)注，為了減少誤差，也可以標(biāo)注多個(gè)周期，然后取平均值。
為什么要列舉這么多的波形，主要是為了大家在實(shí)際測(cè)試故障中，找一個(gè)和標(biāo)準(zhǔn)波形比較相近的波形，進(jìn)行故障標(biāo)注，這樣測(cè)試誤差就會(huì)很小。至于為什么要這樣標(biāo)注故障的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，請(qǐng)參看關(guān)于長(zhǎng)線原理，波反射原理的相關(guān)書(shū)籍。
如果經(jīng)過(guò)加壓以后，沒(méi)有采集到能夠判斷距離的波形，這時(shí)需要分析，是否是電壓不夠高，故障點(diǎn)沒(méi)有擊穿引起的還是地線衰減太大引起的。怎么判斷故障點(diǎn)是否擊穿，主要看放電電流，如果瞬間放電電流大于15A以上，我個(gè)人認(rèn)為故障點(diǎn)已經(jīng)擊穿，如果沒(méi)有擊穿，就需要繼續(xù)升高電壓，直到放電的瞬間電流超過(guò)15A。如果放電電流已經(jīng)足夠大，仍舊采集不到可以標(biāo)注的波形，就要考慮是否是地線衰減過(guò)大引起的，這些情況多出現(xiàn)在塑料電纜或者橡套電纜、有些專(zhuān)用電纜中，這些就需要借助高壓電橋進(jìn)行粗測(cè)。高壓電橋還可以測(cè)試110KV電纜的外護(hù)套故障。
經(jīng)過(guò)以上幾步的測(cè)試，基本上可以測(cè)試出電纜故障的大概位置，也就是完成了粗測(cè)。然后需要測(cè)試電纜的路徑，也就是電纜走向。這個(gè)部分沒(méi)有難點(diǎn)，無(wú)論是路徑儀還是管線儀，都是有發(fā)射部分、接收部分，用接收機(jī)接收發(fā)射信號(hào)，通過(guò)聲音或者數(shù)字找出電纜的位置以及埋設(shè)深度。
后就是定點(diǎn)。利用皮尺或者計(jì)米器測(cè)量到粗測(cè)的位置，給電纜上加壓，利用定點(diǎn)儀拾取電纜故障的放電聲音，找到聲音大點(diǎn)，就是故障點(diǎn)。
