低壓電纜故障分析儀

*章

一、3M2773低壓電纜故障分析儀用途

用于電力電纜的故障測試，是一套集成化設備，包括兩臺儀器及相關附件：

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主機有以下功能：

低壓脈沖測距

脈沖電流測距

聲磁同步定點

路徑探測

電纜路徑探測信號發生器（以下簡稱信號發生器）

信號發生器用于路徑探測的信號發射。ST系列綜合測試儀相對于傳統的分體設備，其設備件數、體積、重量均大幅縮減，且功能強大、簡單易用、小巧便攜，是傳統設備的換代產品。

二、3M2773低壓電纜故障分析儀功能特點

功能全面：

低壓脈沖故障測距

脈沖電流故障測距

聲磁同步定點

電纜路徑探測

故障測距功能：

低壓脈沖法：適用于低阻、短路、斷線故障的測距。

脈沖電流法：適用于高阻、閃絡型故障的測距，使用電流耦合器從地線上采集信號，與高壓部分隔離，安全可靠。

定點功能：

聲磁同步接收，抗干擾能力強。

聲磁信號波形顯示，信號和噪聲易于區分。

光標測量聲磁延時，判斷故障點的遠近。

可根據磁場波形的初始極性，在定點的同時進行路徑探測。

路徑探測功能：

信號發生器：

大容量鋰離子電池供電，擺脫市電束縛。

全自動功率匹配和保護，無需人工調整。

較大功率輸出。

音峰／音谷法路徑探測。

信號幅值顯示。

可進行80％法或45°法測深。

大屏幕液晶顯示，界面友好、簡單易用。

SD卡存儲測試波形，存儲容量大，可導入計算機進行存檔、分析和打印。

內置大容量鋰離子電池供電，配快速充電器。

電源管理：根據不同功能開啟不同的電源通路，盡量減小功耗；若15分鐘沒有任何操作，儀器將自動關機；電池欠壓時也將自動關機，以保護電池。

集成化設備，小巧便攜。

三、3M2773技術指標(M為主機，T為信號發生器，M&T為共同特性)

測距功能（M）：

測距模式：低壓脈沖、脈沖電流。

采樣頻率：100MHz。

分辨率：低壓脈沖模式1m；脈沖電流模式4m。

低壓脈沖模式發射電壓：30V。

測距范圍：30km。

盲區：2m。

聲磁同步定點功能（M）：

聲音信號通頻帶：中心頻率400Hz，帶寬200Hz。

信號增益：80dB。

定點精度：0.1m。

路徑探測功能（M）：

接收頻率：1kHz。

增益：80dB。

路徑探測信號發生器（T）：

發射頻率：1kHz。

發射功率：≥3.5W。

輸出特性：開路電壓≥100Vp-p；短路電流≥300mA；

根據實際負載全自動匹配；自動短路保護。

電源：

電池（M&T）：內置鋰離子電池組，標稱電壓7.4V，容量3000mAH。

功耗：主機（M）400mA，可連續使用時間>6小時；

信號發生器（T）500mA。可連續使用時間>5小時；

充電器（M&T）：輸入AC220V±10%，50Hz；標稱輸出8.4V，DC1A。

充電時間（M&T）：<4小時。

顯示方式：主機（M）320×240點陣大屏幕液晶；信號發生器（T）：表頭。

體積（M&T）：210mm×160mm×65mm。

質量：主機（M）0.7kg；信號發生器（T）0.7kg。

使用條件（M&T）：溫度:-10℃－40℃，濕度5-90％RH，海拔<4500m。

四、3M2773基本測試步驟

1、一般步驟：

故障性質診斷

故障測距

路徑探測

定點

2、故障性質的診斷和測試方法的選擇。

在電纜發生故障后，須首先判斷電纜的故障性質。

首先用兆歐表在電纜的一端測量各相對地及相間的絕緣電阻。如果兆歐表的測量值為零，則可能還有零到上百kΩ的電阻，故還須用萬用表測量電阻值；如各相對地及相間絕緣電阻很高，絕緣正常，則應測試導體是否斷線：在電纜的一端將三相短接并對地短路，在另一端重復測量，判斷是否斷線。

明確故障性質后，需選擇不同的測距和定點方法，見下表：

表1-4-2：故障性質和測試方法選擇表

備注： 
（1） 表中陰影部分表示：脈沖電流測距和聲磁同步定點需要配套使用高壓沖擊信號發生器（該高壓發生器不包含在本套設備中，需另配）。

（2）音頻法定點低阻故障為備選方案，聲磁同步不成功時選用，需配套使用路徑探測信號發生器。

第二章 3M2773組成和簡介

包括兩臺儀器及相關附件：

1.ST-400電力電纜故障綜合測試儀（簡稱主機）

主機有以下功能，并根據不同功能使用相應附件：

低壓脈沖測距，附件：低壓脈沖測試線

脈沖電流測距，附件：脈沖電流耦合器

聲磁同步定點，附件：定點傳感器、耳機

路徑探測，附件：路徑傳感器、耳機

2.電纜路徑探測信號發生器（簡稱信號發生器）

信號發生器用于路徑探測的信號發射，附件：輸出連接線、接地釬。

3. 通用附件：充電器。

一、電力電纜故障綜合測試儀（M：主機）

主機外觀結構如圖2-1-1所示：

圖 2-1-1 主機外觀和接口

主機面板如圖2-1-2所示：

圖2-1-2 主機面板

主機面板上有以下內容：

液晶屏幕：

顯示各種信息，顯示的內容在以后章節中有詳細介紹。

模式選擇鍵及相應指示燈：

面板右上角區域的按鍵用來選擇儀器測試模式，選中后按鍵旁邊的指示燈亮。

低壓脈沖  鍵：進入低壓脈沖測距模式（開機默認）。

脈沖電流  鍵：進入脈沖電流測距模式。

定點  鍵：進入聲磁同步定點模式。

路徑  鍵：進入路徑探測接收模式。

測試鍵和信號指示燈（面板右下角區域）：

測試  鍵：低壓脈沖模式：按一下進行一次測試;

脈沖電流模式：按一下進入等待觸發狀態;

定點、路徑模式：無效。

信號  指示燈：低壓脈沖模式：進行測試時閃亮一次;

脈沖電流模式：觸發時閃亮一次;

定點模式：磁場觸發時閃亮一次;

路徑模式：無效。

測距模式（低壓脈沖/脈沖電流）相關按鍵的基本功能：

面板左下角區域的按鍵基本是為了測距功能服務。按鍵上直接標注的功能為其基本功能定義，直接按鍵即執行基本功能：

范圍＋/－鍵：用來改變當前測試范圍（量程）。

鍵：用來移動光標。

定位／確定鍵：定位功能：自動移動光標，定位故障點。

確定功能：當某些操作需要時，用來進行確認。

增益＋/－：用來調整信號增益。

開關鍵：長按1秒鐘有效，用來打開或關閉儀器電源。

鍵：背光鍵，用來打開和關閉液晶屏背光。背光功能為按鍵抬起執行。

存儲  鍵：用來存儲當前波形。

后翻  和  前翻  鍵：當調出SD卡已存儲的波形時，用來選擇需要查看的波形，后翻選擇上一個，前翻選擇下一個。

測距模式相關按鍵的上檔（Shift）功能：

按住Shift鍵（基本功能的鍵）不放，再按其它鍵，則執行鍵旁邊標注的上檔功能：

波速  ＋/－鍵：用來調整電纜波速度。

鍵：比例縮放鍵，用于對波形的縮小／放大顯示。

光標切換  鍵：用來切換虛實光標。

暫存  鍵：在儀器內存中暫存當前波形，以備雙波形比較。

比較  鍵：同時顯示當前波形和暫存波形，以便比較兩波形的異同。

調出  鍵：調出SD卡中存儲的歷史波形。

儀器頂部接口板見圖2-2-2所示：

圖2-1-3 主機頂接口板

測距插口：低壓脈沖模式下，接低壓脈沖測試線；

脈沖電流模式下，接脈沖電流耦合器。

定點插口：定點模式下，接定點傳感器。

路徑插口：路徑模式下，接路徑傳感器。

SD存儲卡插槽：SD卡用來存儲測距波形。需要時將SD卡插入插槽，按壓到底；需要取出時，按一下SD卡，將自動彈出。

主機側面接口板見圖2-1-4所示：

耳機插口：用來在定點、路徑模式下，接耳機監聽聲音。

充電插口：用來接充電器，對儀器內置電池充電。

聲音增益：定點模式下，用來調整聲音信號增益。

磁場/路徑增益：定點模式下，用來調整磁場信號增益。路徑模式下，用來調整路徑信號增益。

二、電纜路徑探測信號發生器（T：信號發生器）

信號發生器外觀結構如圖2-2-1所示：

圖2-2-1 信號發生器外觀和接口

信號發生器面板如圖2-2-2所示：

圖2-2-2 信號發生器面板

信號發生器面板上有以下內容：

表頭：正常情況下用來顯示輸出電流，其滿幅值為500mA；

按  電池檢測  鍵則顯示電池水平，指針位于綠色區域表示電池電量正常，若指針位于黃色區域，表示電池欠壓，仍可工作一小段時間，建議充電；若指針低于黃色區域，表示電池電量不足，可能無法開機，需充電后再使用。

開關  鍵：長按1秒鐘有效，用來打開或關閉儀器電源。

電池檢測  鍵：用來檢測電池電量水平，按下后觀察表頭顯示可判斷電池電量是否正常。本功能在開機和關機狀態下均可使用，“電源“指示燈：用來表示電源狀態。開機后，本指示燈亮。若電池電量正常，則常亮；若電池欠壓，則閃爍；若嚴重欠壓，則自動關機，燈滅。

“信號”指示燈：用來表示信號輸出狀態。若選擇“連續”輸出模式，則常亮；若選擇“斷續”輸出模式，則閃爍。

主機側面接口板見圖2-1-4所示：

輸出模式選擇開關：用來選擇連續或斷續輸出。斷續輸出時以輸出0.5秒，停止0.5秒的節奏發射信號。

輸出插口：用來接輸出連接線，對目標電纜發射信號。

充電插口：用來接充電器，對儀器內置電池充電。

第三章 低壓脈沖法測距

一、適用范圍

低壓脈沖法用于電纜的低阻、短路及斷線故障；還可用于測量電纜的長度、波速度；也可用于區分電纜的中間頭、T型接頭和終端頭。

二、工作原理

低壓脈沖法使用時域反射法（TDR）原理，又叫脈沖反射法。測試時向電纜注入一低壓脈沖，脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如短路點、故障點、中間接頭等，脈沖產生反射，回送到測量點被儀器記錄下來,如圖3-2-1所示：

圖3-2-1 低壓脈沖法原理圖

從儀器發射脈沖開始計時，到接收到故障點的反射脈沖共需時Δt；脈沖行波傳播速度為V，則故障點距離Lx為： （3-1）

不匹配點的反射系數ρ為：  （3-2）

其中為故障點的輸入阻抗，為線路的特性阻抗。從式3-2可得到：斷線故障反射脈沖與發射脈沖極性相同；而短路（混線）故障的反射脈沖與發射脈沖極性相反。因此通過識別反射脈沖的極性，可以判定故障的性質。如圖3-2-1和圖3-2-2所示：

圖3-2-1 斷線故障反射波形          圖3-2-2低阻/短路故障反射波形

三、測試步驟

1、接線：

首先用放電棒將電纜各相線對地充分放電；將低壓脈沖測試線的插頭接主機頂接口板的  測距  信號插口，測試線的的兩個夾鉗接故障相和地（或兩故障相），如圖3-4-1所示：

圖3-3-1 低壓脈沖法接線圖

2、選擇工作模式：

長按  開關  鍵打開電源，按  低壓脈沖  鍵，進入低壓脈沖測距模式（開機默認），低壓脈沖法的顯示界面如圖3-3-2所示：

圖3-3-2 低壓脈沖法顯示界面

3、選擇測試范圍：

初始測試時選擇的范圍應大于電纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應選擇2km范圍，而不應選擇1km。若發現可疑點較近，為了得到更高的測距分辨率，可以適當將范圍縮小。每改變一次范圍，儀器會自動進行一次測試。

4、設定波速：

根據電纜的類型設定合適的波速。

幾種常用電力電纜的波速為：

交聯聚乙烯電纜：波速170m/us

油浸紙電纜：波速160m/us

聚乙烯全塑電纜：波速201m/us

橡膠電纜：波速220m/us

不同生產廠家或不同批次的電纜，即使是相同型號，其波速也會有細微差別，當需要測距時，需根據已知的電纜全長校準波速度，參見本節第11條。

5、測試：

按一次 測試  鍵，即進行一次脈沖發射，“信號”指示燈閃爍，儀器接收和處理脈沖反射信號，并進行顯示。

6、調整增益：

增益是指儀器對信號的放大倍數，調節增益可以改變的波形幅值，一般要調到需要的波形幅值足夠大且不失真。

增益調整方法：按  增益  ＋/－鍵，可以調整信號增益。每改變一次增益，儀器自動進行一次測試。

6、光標定位：

反射脈沖波形的起始位置是故障位置。將光標移動到脈沖波形開始有明顯變化的位置（如圖3.4.2虛光標位置），屏幕右上角顯示的距離就是故障距離。

注意：光標在其他位置時，顯示的距離沒有意義。

自動定位方法：按  定位/確認  鍵，儀器進行自動光標定位。如果自動定位沒有得到正確結果，應進行人工定標。

手動光標定位方法：按鍵，可以左右移動光標。圖3-3-3為一個典型的混線故障波形，虛線光標位置即為故障點距離：320m。因為波形向下，故判斷為混線故障；若波形向上，則為斷線故障。

圖3-3-3典型的混線故障波形定位

6、波形縮放：

如果需要精細觀察，從而得到更高的測距分辨率，可以將波形進行水平縮放。

波形縮放方法：按鍵將波形放大；按鍵將波形縮小。

在波形放大狀態，無法進行自動定位。

6、波形暫存和比較：

通過比較電纜故障線對和完好線對的波形，可以更容易識別故障點。

波形比較方法：首先測試得到故障線對波形，按 暫存 鍵，將當前波形在儀器內存中暫存，屏幕左上角顯示暫存標志。然后在條件不變的情況下測試一條完好線對的波形，按 比較 鍵，屏幕上將同時顯示兩條波形，屏幕上部顯示雙波形比較標志。通過比較兩波形的異同，可以幫助尋找故障點。如圖3-3-4所示：

圖3-3-4波形比較

7、相對距離測量：

若需得到故障點和參照點（如電纜接頭）的相對距離，操作如下：

開機后默認實光標在*位置；調整虛光標將其移動到參照點；按 光標切換  鍵，實光標和虛光標的位置互換，現在實光標位于參照點，虛光標位于*；調整虛光標移動到故障點，顯示的距離值即為兩者之間的相對距離，如圖3-3-5所示。

圖3-3-5 相對距離測量

7、波速度校準：

根據已知的電纜全長，可以校準波速度。

用一段已知長度的同類型電纜，測量其對端開路和短路波形并比較，將虛光標移動到波形明顯分叉處，調整波速使得長度測量值和已知長度相同，則此時的波速為本條電纜的實際波速。

8、波形存儲和查看：

按  存儲  鍵將在SD卡中存儲當前測試的波形，按  調出  鍵（即同時按  Shift 鍵和  存儲  鍵）后，屏幕顯示后一次存儲的波形，用 后翻  和  前翻  鍵可以選擇顯示其他波形。

若需要進行計算機存檔管理，或需要進一步分析以及打印，需將SD卡取出，插入讀卡器并和計算機連接，將SD卡中存儲的波形數據導入計算機，在后臺軟件的支持下可以進行存檔、分析和打印。