*章 3M2773低壓電纜故障分析儀概述

一、用途

用于電力電纜的故障測試，是一套集成化設(shè)備，包括兩臺儀器及相關(guān)附件：

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(fā)生器（以下簡稱信號發(fā)生器）

信號發(fā)生器用于路徑探測的信號發(fā)射。ST系列綜合測試儀相對于傳統(tǒng)的分體設(shè)備，其設(shè)備件數(shù)、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(tǒng)設(shè)備的換代產(chǎn)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(luò)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(qū)分。

光標測量聲磁延時，判斷故障點的遠近。

可根據(jù)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(fā)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(diào)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(nèi)置大容量鋰離子電池供電，配快速充電器。

電源管理：根據(jù)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(guān)機；電池欠壓時也將自動關(guān)機，以保護電池。

集成化設(shè)備，小巧便攜。

三、3M2773技術(shù)指標(M為主機，T為信號發(fā)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(fā)射電壓：30V。

測距范圍：30km。

盲區(qū)：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(fā)生器（T）：

發(fā)射頻率：1kHz。

發(fā)射功率：≥3.5W。

輸出特性：開路電壓≥100Vp-p；短路電流≥300mA；

根據(jù)實際負載全自動匹配；自動短路保護。

電源：

電池（M&T）：內(nèi)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(xù)使用時間>6小時；

信號發(fā)生器（T）500mA?？蛇B續(xù)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(fā)生器（T）：表頭。

體積（M&T）：210mm×160mm×65mm。

質(zhì)量：主機（M）0.7kg；信號發(fā)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(zhì)診斷

故障測距

路徑探測

定點

2、故障性質(zhì)的診斷和測試方法的選擇。

在電纜發(fā)生故障后，須首先判斷電纜的故障性質(zhì)。

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(yīng)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(zhì)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(zhì)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(fā)生器（該高壓發(fā)生器不包含在本套設(shè)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(fā)生器。

第二章 3M2773組成和簡介

本綜合測試儀包括兩臺儀器及相關(guān)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(jù)不同功能使用相應(yīng)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(fā)生器（簡稱信號發(fā)生器）

信號發(fā)生器用于路徑探測的信號發(fā)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(jié)構(gòu)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(nèi)容：

液晶屏幕：

顯示各種信息，顯示的內(nèi)容在以后章節(jié)中有詳細介紹。

模式選擇鍵及相應(yīng)指示燈：

面板右上角區(qū)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(qū)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(fā)狀態(tài);

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(fā)時閃亮一次;

定點模式：磁場觸發(fā)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(guān)按鍵的基本功能：

面板左下角區(qū)域的按鍵基本是為了測距功能服務(wù)。按鍵上直接標注的功能為其基本功能定義，直接按鍵即執(zhí)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(diào)整信號增益。

 開關(guān)鍵：長按1秒鐘有效，用來打開或關(guān)閉儀器電源。

鍵：背光鍵，用來打開和關(guān)閉液晶屏背光。背光功能為按鍵抬起執(zhí)行。

 存儲  鍵：用來存儲當前波形。

 后翻  和  前翻  鍵：當調(diào)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(guān)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(zhí)行鍵旁邊標注的上檔功能：

 波速  ＋/－鍵：用來調(diào)整電纜波速度。

鍵：比例縮放鍵，用于對波形的縮?。糯箫@示。

 光標切換  鍵：用來切換虛實光標。

 暫存  鍵：在儀器內(nèi)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(diào)出  鍵：調(diào)出SD卡中存儲的歷史波形。

3M2773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(cè)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(jiān)聽聲音。

充電插口：用來接充電器，對儀器內(nèi)置電池充電。

聲音增益：定點模式下，用來調(diào)整聲音信號增益。

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

二、電纜路徑探測信號發(fā)生器（T：信號發(fā)生器）

信號發(fā)生器外觀結(jié)構(gòu)如圖2-2-1所示：

                    圖2-2-1 信號發(fā)生器外觀和接口

信號發(fā)生器面板如圖2-2-2所示：

              圖2-2-2 信號發(fā)生器面板

信號發(fā)生器面板上有以下內(nèi)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(qū)域表示電池電量正常，若指針位于黃色區(qū)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(qū)域，表示電池電量不足，可能無法開機，需充電后再使用。

 開關(guān)  鍵：長按1秒鐘有效，用來打開或關(guān)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(guān)機狀態(tài)下均可使用，“電源“指示燈：用來表示電源狀態(tài)。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(guān)機，燈滅。

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

主機側(cè)面接口板見圖2-1-4所示：

輸出模式選擇開關(guān)：用來選擇連續(xù)或斷續(xù)輸出。斷續(xù)輸出時以輸出0.5秒，停止0.5秒的節(jié)奏發(fā)射信號。

輸出插口：用來接輸出連接線，對目標電纜發(fā)射信號。

充電插口：用來接充電器，對儀器內(nèi)置電池充電。

第三章 低壓脈沖法測距

一、3M2773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(qū)分電纜的中間頭、T型接頭和終端頭。

二、3M2773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(chǎn)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(fā)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(shù)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(fā)射脈沖極性相同；而短路（混線）故障的反射脈沖與發(fā)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(zhì)。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、3M2773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(guān)  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(yīng)大于電纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應(yīng)選擇2km范圍，而不應(yīng)選擇1km。若發(fā)現(xiàn)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(shè)定波速：

根據(jù)電纜的類型設(shè)定合適的波速。

幾種常用電力電纜的波速為：

交聯(lián)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(chǎn)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(jù)已知的電纜全長校準波速度，參見本節(jié)第11條。

5、測試：

按一次 測試  鍵，即進行一次脈沖發(fā)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(diào)整增益：

增益是指儀器對信號的放大倍數(shù)，調(diào)節(jié)增益可以改變的波形幅值，一般要調(diào)到需要的波形幅值足夠大且不失真。

增益調(diào)整方法：按  增益  ＋/－鍵，可以調(diào)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(jié)果，應(yīng)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(tài)，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(nèi)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：

3M2773開機后默認實光標在*位置；調(diào)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(xiàn)在實光標位于參照點，虛光標位于*；調(diào)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(jù)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(diào)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(diào)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(shù)據(jù)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。

第四章 3M2773脈沖電流法測距

一、適用范圍

脈沖電流法用于電纜的高阻和閃絡(luò)性故障的測距，需要和高壓沖擊信號發(fā)生器配合使用。

二、工作原理

1、基本原理：

當電纜故障點絕緣電阻較大(大于10倍電纜特性阻抗,Rf＞10Zc≈200Ω)時，故障點的反射系數(shù)很小，造成反射脈沖無法分辨，因此低壓脈沖法無法測距。

使用高壓發(fā)生器向故障電纜施加高壓，使得故障點擊穿放電，放電脈沖在故障點和測試端之間來回反射，用儀器采樣記錄此信號并測量時間差，將得到故障點的距離。

有兩種方法可以采集放電脈沖信號：電壓取樣和電流取樣，采用電流取樣即為脈沖電流法：電流耦合器采集測試地（電纜金屬外皮）流回高壓儲能電容的電流，與高壓部分*隔離，安全可靠，波形較易識別。

2、直閃法：

直流高壓閃絡(luò)法（直閃法）用于測量閃絡(luò)性故障，即故障點絕緣電阻*，但在做耐壓試驗時電壓上升到一定水平產(chǎn)生閃絡(luò)擊穿的故障。

直閃法原理如圖4-2-1所示，其中T1為調(diào)壓器；T2為高壓變壓器，容量應(yīng)在1KVA左右；VD為高壓硅堆；C為高壓儲能電容器，容量在2μF以上；L為電流耦合器。調(diào)節(jié)T1調(diào)壓器，使得輸出電壓逐漸升高，直至故障點擊穿。

              圖4-2-1 直閃法原理圖

直閃法的波形如圖4-2-2所示:

        圖4-2-2 直閃法波形

3．沖閃法：

當電纜故障點的電阻不是很高時，故障點的泄漏電流較大，如果使用直閃法，因T2高壓變壓器的內(nèi)阻很大，輸出電壓將無法升高到閃絡(luò)電壓，這時必須使用沖擊高壓閃絡(luò)法（沖閃法）。沖閃法也適用于大多數(shù)閃絡(luò)型故障。

沖閃法原理如圖4-2-3所示，它與直閃法基本相同，區(qū)別在于在儲能電容C和電纜之間串入一球間隙G。調(diào)節(jié)T1調(diào)壓器對電容C充電，當電容電壓上升到一定程度時，球間隙G擊穿，電容C對電纜放電，由于電容的內(nèi)阻極小，輸出電壓將能足夠高并使得故障點擊穿。

              圖4-2-3 沖閃法原理圖

沖閃法的波形如圖4-2-4所示:

       圖4-2-4 沖閃法波形

三、測試步驟

1、接線：

使用脈沖電流法必須配合使用高壓沖擊信號發(fā)生器，推薦使用集成化的設(shè)備，操作簡單，安全可靠；也可以使用由分立器件組合成的高壓沖擊放電裝置。

測試接線如圖4-3-1所示。

              圖4-3-1 與其他高壓設(shè)備配合使用

以電纜相對地故障為例，將高壓發(fā)生器的高壓輸出線連接電纜故障相，測試地線連接電纜的金屬護套；將脈沖電流耦合器掛在測試地線上，耦合器輸出插頭接主機  測距  信號插口。

若電纜是相間故障，則需將高壓發(fā)生器測試地線連接另一故障相，并將其接地。

2、選擇工作模式：

按 脈沖電流 鍵，進入脈沖電流測距模式，其顯示界面和低壓脈沖法基本相同。

3、選擇測試范圍：

初始測試時選擇的范圍應(yīng)大于電纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應(yīng)選擇2km范圍，而不應(yīng)選擇1km。

若發(fā)現(xiàn)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。

如果確信故障點已經(jīng)放電（觀察高壓發(fā)生器的高壓表，發(fā)現(xiàn)放電時電壓跌落明顯，說明已放電），但仍然沒有得到放電波形，說明故障點的擊穿延時有可能較長，可以適當將范圍增大再測試。

4、設(shè)定波速：

根據(jù)電纜類型設(shè)定合適的波速。

5、測試并調(diào)整增益：

按 測試 鍵，儀器進入等待觸發(fā)狀態(tài)，當高壓發(fā)生器對電纜放電后，儀器觸發(fā)、采集并顯示波形。若波形過小須調(diào)高增益，反之調(diào)低，再重復測試，直至獲得滿意的脈沖電流波形。

6、故障點定位：

采集到波形后，按鍵將虛光標定位在*個放電脈沖起始點，再按 光標切換 鍵，將虛光標變?yōu)閷嵐鈽?，再移動虛光標移動到第二個脈沖起始點，其相對距離即為故障點。

按 定位／確定 鍵，儀器能自動進行計算和定標。

           圖4-3-3 典型的沖閃法波形

6、定標時的注意事項：

直閃法和沖閃法的區(qū)別在于沖閃波形往往有球間隙放電形成的脈沖，而且從球間隙放電到故障點擊穿有一定延時；

由于雜散電感的影響，往往在反射脈沖波頭有向上凸起，應(yīng)注意將虛光標定位于向上凸起的起始點；

利用比例放大功能定標；

反射波頭的凸起起始點有時不易定位，往往造成測距值略大于實際故障距離；

故障點必須擊穿才能正確測距，判斷故障點是否擊穿的方法：

故障點擊穿時，球間隙放電聲清脆響亮，火花較大。而沒擊穿時，一般球間隙放電聲嘶啞，不清脆，而且火花較弱。

電纜故障點擊穿時，電壓表指針擺動范圍較大。而未擊穿時，電壓表擺動較小，根據(jù)儀器記錄波形判斷。圖4-3-5為電纜未擊穿時的典型波形。              

圖 4-3-5 故障點未擊穿時的典型波形

第五章 聲磁同步定點

一、工作原理

3M2773采用波形顯示的聲磁同步法進行故障定點，是一種非常、且*性很好的定點方法，其原理基于傳統(tǒng)的聲測定點法，但有多項改進和提高。

當高壓發(fā)生器對故障電纜進行直流高壓沖擊，使故障點擊穿放電，放電產(chǎn)生的機械振動傳到地面，振動信號被高靈敏度的傳感器拾取，經(jīng)放大后用耳機監(jiān)聽，便可以聽到“啪、啪”的聲音。這就是傳統(tǒng)的聲測法定點的基本原理。

傳統(tǒng)的聲測法定點儀一般僅使用耳機監(jiān)聽，或輔以表頭指針擺動來分辨故障點放電聲音。由于放電聲一瞬既逝，而且和環(huán)境噪聲區(qū)別不大，往往給經(jīng)驗不是十分豐富的操作者帶來很大困難。

傳統(tǒng)聲測法經(jīng)改進后即為聲磁同步法，利用高壓沖擊放電瞬間的強大電磁場信號，觸發(fā)一個指示燈閃亮（或表針擺動），對聲音進行同步。若聽到“啪、啪”聲的同時看到指示燈閃亮（或表針擺動），表明聽到的聲音是故障點放電聲。聲磁同步法對聲測法改進很大，但仍然主要靠人耳對聲音進行判斷，仍然對操作者的經(jīng)驗有很高要求。

本儀器利用放電脈沖磁場作為同步信號，對聲音進行數(shù)字化采樣，將聲音波形顯示出來，波形可以持續(xù)保持，避免了聲音轉(zhuǎn)瞬即逝的缺點，而且故障點放電波形和噪聲有明顯的區(qū)別，更重要的是多次放電的聲音波形均非常相似，當觀察到多次放電的聲音波形相同時，可以明確判斷已經(jīng)采集到了放電聲音。

現(xiàn)場測試時，往往已經(jīng)聽到故障點放電聲，但僅靠聲音強弱仍很難判定故障點位置，特別是當電纜敷設(shè)在管道里面時，困難更大。通過檢測電磁信號和聲音信號之間的時間差，可以解決這個問題。由于電磁信號的傳播速度是光速，從電纜傳播到傳感器的時間可以忽略不計；而聲音傳播速度相比起來慢的多，為每秒幾百米的量級；因此，通過檢測電磁、聲音信號之間的時間差，可以判斷故障點的遠近。當不斷移動傳感器，找到聲磁時間差小的點，則其下方就是故障點。應(yīng)該指出，由于很難知道聲音在電纜周圍介質(zhì)中的傳播速度，也不知道電纜埋設(shè)的具體深度，所以不可能確切計算出傳感器和故障點之間的水平距離。

二、高壓發(fā)生器的接線方法

聲磁同步定點需要配合使用高壓沖擊信號發(fā)生器，并工作在周期放電狀態(tài)。

1、相線對鎧裝接法：

當發(fā)生相地故障、相間合并對地故障，或斷線合并接地故障，總之只要存在相對地絕緣損壞，均優(yōu)先采用相對鎧接法，其優(yōu)點為故障點放電聲的傳播衰減較小。

如圖5-2-1所示，將高壓發(fā)生器的高壓輸出連接電纜故障相，測試地連接電纜的金屬鎧裝。

                       圖5-2-1 相對鎧接法

2、相間接法：

當發(fā)生單純相間故障（沒有合并接地）時，使用相間接法。如圖5-2-2所示，將高壓發(fā)生器的高壓輸出和測試地連接兩故障相，其中一故障相需進行安全接地。

                        圖5-2-2 相間接法

3、斷線故障的接法：

對于單純斷線故障（沒有發(fā)生合并接地），接線示意圖如圖5-2-3所示：

                 圖5-2-3 斷線故障接線示意圖

將高壓發(fā)生器的高壓輸出線和測試地線分別接電纜的一完好相線和故障相線，在電纜的遠端將兩項短路。

三、定點步驟

1、連接傳感器和耳機：

將定點傳感器接主機定點信號插口，耳機接耳機插口。如圖5-3-1所示：

2、選擇工作模式：

按 定點 鍵，進入聲磁同步定點模式，其顯示界面如圖5-3-2所示：

       圖5-3-2 主機定點模式的配置

3、選擇定點區(qū)域：

在定點之前，首先應(yīng)明確電纜路徑。如果圖紙資料不完整，應(yīng)進行路徑探測，并做好標志。

根據(jù)測距結(jié)果，考慮電纜頭盤余量、地形因素，粗略確定故障點位置，由于不可避免的存在估算誤差，一般應(yīng)在（測距值 ± 50m）之間定點。

注意：在脈沖電流測距時，由于放電波形的起始處一般都有向上的小幅凸起，造成不易定位，一般測距值均略大于實際故障距離，長約10~20m。

在選定的區(qū)域，將傳感器平放于電纜正上方的地面，觀察波形并用耳機監(jiān)聽，開始定點。

4、調(diào)整磁場增益：

當高壓發(fā)生器開始對故障電纜周期放電后，調(diào)整儀器主機的“磁場增益”旋鈕，使“信號”指示燈的閃亮和高壓發(fā)生器的放電形成同步，正常同步時的磁場波形和圖5-3-2所示的非常相似。如果“信號”指示燈閃亮頻率很快（如1－2秒閃亮一次），而且磁場波形尖細，毛刺較多，這是由于磁場增益過大，造成電磁噪聲錯誤觸發(fā)，此時需要將磁場增益適當調(diào)小。

5、調(diào)整聲音增益：

當調(diào)整好磁場增益正常同步后，再調(diào)整“聲音增益”旋鈕。 當“信號”指示燈閃亮時，聲音信號同步采樣一次，波形更新。調(diào)整“聲音增益”旋鈕，使聲音波形足夠大且不失真。

聲音信號（包括噪聲）在不斷變化，要隨時看到真實的聲音波形，需要不斷地調(diào)整其增益，但根據(jù)經(jīng)驗，聲音信號增益可以調(diào)的較大，只要不是每次都失真即可，不必隨時調(diào)整。

6、尋找并逼近故障點：

以大約0.5~2m的間隔移動傳感器，如果連續(xù)幾次放電，均沒有看到如圖5-3-2所示的典型聲音波形，則應(yīng)繼續(xù)向前移動，直至多次放電的聲音波形都與典型波形非常相似,而且穩(wěn)定（除非當時有很大的噪聲出現(xiàn)），說明已經(jīng)到了故障點的附近，采集到了真正的故障點放電聲音信號。這時用耳機監(jiān)聽，會在“信號”指示燈閃亮的同時，聽到較沉悶的一聲“啪”。一般來說，靠觀察聲音波形得到的響應(yīng)范圍大于聽聲的響應(yīng)范圍，而且單純聽聲較難分辨。

7、測量聲磁延時，定位：

看到放電聲音波形后，按鍵移動光標，將其移動到聲音波形的起始點上，在聲音波形顯示區(qū)的右上角顯示聲磁延時值，如圖5-3-2所示。此延時值能代表故障點的遠近，但由于很難確知聲音在電纜周圍復雜介質(zhì)中的傳播速度，也不知道電纜埋設(shè)的具體深度，所以不能計算出傳感器和故障點之間的水平距離。

注意：光標在其它位置時，顯示的聲磁延時值沒有意義。

以較小的間隔不斷改變傳感器的位置，并測量聲磁延時，直至找到延時值小的點，其正下方即是故障點，誤差在0.2m之內(nèi)。

8、利用磁場極性進行輔助路徑探測：

在電纜的兩側(cè)，磁場波形的極性相反，可由此進行輔助路徑探測。此功能在終確定故障點位置時比較有用。

9、注意事項：

盡量不要將傳感器置于電纜本體上進行定點，否則會在電纜任何位置都能聽到微弱的啪啪聲，此為大電流瞬間放電形成的電應(yīng)力造成的震動，整條電纜上均存在，不能利用此信號進行定點。

有時電應(yīng)力震動也能傳到地面。在遠離故障點時，如果非常仔細的監(jiān)聽，有時能夠在電纜全長上都能聽到很微弱的啪啪聲，且不會隨傳感器位置的不同而發(fā)生變化，此即為電應(yīng)力震動，其與真正的故障放電聲差別很大，注意不要誤判。

第六章 路徑探測

一、工作原理

電纜路徑探測的基本原理，是用探測線圈感知加載在待測電纜上的交變電流引起的電磁場。進行路徑探測時，需要用信號發(fā)生器向電纜發(fā)射音頻信號，用主機進行接收。

二、信號發(fā)生器的接線和使用方法

1、芯線-大地接法

芯線-大地接法是對離線電纜（退出運行的不帶電電纜）進行路徑探測和鑒別的基本接線方式，信號強，并能大程度地抗干擾。

                   圖6-2-1 芯線－大地接線法

如圖6-2-1所示，將電纜金屬鎧裝（護層）兩端的接地線均解開，低壓電纜的零線和地線的接地也應(yīng)解開，將信號發(fā)生器輸出線的紅色鱷魚夾夾一條完好芯線，黑色鱷魚夾夾在打入地下的接地釬上。在電纜的對端，對應(yīng)芯線接打入地下的接地釬。

注意，盡量使用接地釬，而不要直接用接地網(wǎng)！至少在電纜的對端必須用接地釬，接地釬還需要離開接地網(wǎng)一段距離，否則會在其他電纜上造成地線回流，影響探測效果。

2、相線－護層接法：

                      圖6-2-2 相線－護層接法

如圖6-2-2所示，發(fā)射信號加在電纜一相和護層之間，對端相線和護層短路，護層兩端保持接地。

這種接法比較簡單，但輻射出的有效信號較小，如果是多條電纜并行敷設(shè)，信號也會傳播到其他電纜上，造成干擾。故此方法適用于簡單現(xiàn)場，若遇到多條電纜不易區(qū)分的問題，可換用芯線-大地接法。

3、連續(xù)／斷續(xù)輸出模式選擇

使用連續(xù)輸出模式能夠滿足絕大多數(shù)探測工作的需要；在干擾較大的場合可以考慮換用斷續(xù)輸出模式，有助于區(qū)分真實信號和背景噪聲。

需要時，操作信號發(fā)生器側(cè)接口板上的開關(guān)進行“連續(xù)”/“斷續(xù)”模式切換。

4、信號發(fā)射

接好線后，長按  開關(guān)  鍵打開電源，儀器根據(jù)負載情況進行實時全自動阻抗匹配，表頭顯示輸出電流的大小。

可以通過觀察電流大小，來判斷電纜電流回路的阻抗情況，電流大說明回路阻抗小，信號強，易于探測；反之說明阻抗大，信號弱，探測靈敏度降低；如果輸出電流很小，可能是因接線錯誤造成回路阻抗過大，或回路不通，可能無法探測。

5、電池檢測

需要檢測電池電量時，按  電池檢測  鍵，表頭顯示電池水平，指針位于綠色區(qū)域表示電池電量正常，若指針位于黃色區(qū)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(qū)域，表示電池電量不足，可能無法開機，需充電后再使用。

三、路徑探測步驟

1、連接傳感器和耳機：

將路徑傳感器接主機 路徑 信號插口，耳機接 耳機 插口。如圖6-3-1所示：

            圖6-3-1 主機路徑探測模式的配置

2、選擇工作模式：

按  路徑  鍵，進入路徑探測模式，其顯示界面如圖6-3-2所示：

              圖6-3-2 定點顯示界面

3、音峰法探測：

旋轉(zhuǎn)傳感器，使其軸線與提桿垂直、與地面水平，手提傳感器時，應(yīng)盡量保持傳感器軸線垂直于電纜，如圖6-3-3(a)所示。將傳感器橫切可能的電纜路徑，觀察信號幅值，越接近電纜，信號越強，耳機聲音也越大，當位于電纜正上方時，信號強，故為音峰法。信號的響應(yīng)曲線圖6-3-3（b）所示。

為了正確觀察信號幅值，應(yīng)調(diào)整信號增益：當傳感器位于電纜正上方信號強時，信號幅值在40~80%之間比較合適。如果信號幅值過大，應(yīng)逆時針旋轉(zhuǎn)“路徑增益”旋鈕以減小增益；反之應(yīng)調(diào)大增益。

   a）傳感器方向示意                (b) 信號響應(yīng)曲線

                  圖6-3-3 音峰法示意圖

4、音谷法探測：

旋轉(zhuǎn)傳感器，使其軸線與提桿同向、與地面垂直，如圖6-3-4(a)所示。手提傳感器橫切可能的電纜路徑，觀察信號幅值，在電纜正上方時信號弱，偏離電纜，信號會增強，越過某一點后信號再次減弱。信號的響應(yīng)曲線圖6-3-4(b)所示，為一馬鞍形曲線，因電纜正上方處于信號弱的谷值，故稱音谷法。

音谷法同樣須調(diào)整路徑信號增益，使得信號強時，信號幅值在40~80%之間。

  （a）傳感器方向示意              (b) 信號響應(yīng)曲線

                圖6-3-4 音谷法示意圖

5、80%法深度測量：

首先用音峰法找到信號幅值強的點，記下幅值數(shù)，然后左右水平移動傳感器，找到左右兩側(cè)信號幅值減弱到大幅值80％的點，則兩點之間的距離等于電纜深度，如圖6-3-5所示。注意：如果存在鄰近管線，由于其感應(yīng)電流的影響，大幅值點往往稍偏離待測電纜正上方，且兩側(cè)的大值到80％點的距離并不一定相等。

         圖6-3-5   80％法深度測量

6、45° 法深度測量：

在電纜兩側(cè)，分別反方向調(diào)整提桿，使傳感器軸線與地面成45°夾角，橫切電纜路徑，在兩側(cè)分別找到信號幅值弱的點，則兩點之間的距離為電纜深度的2倍，如圖6-3-6所示。

          圖6-3-6   45°法深度測量

第七章 3M2773維護

一、充電

當主機屏幕上顯示的電池水平很低，或信號發(fā)生器“電源”指示燈閃爍時，需要對其充電，在繼續(xù)使用一小段時間后，儀器將自動關(guān)機。

充電時，將充電器的輸出插頭插到儀器的 充電 插孔，充電器的電源插頭插市電220V插座，儀器開始充電，充電器的指示燈指示充電狀態(tài)，紅燈表示正在充電，綠燈表示充電完成。將放完電的電池充滿大約需要4小時，充不滿也可以使用，超過4小時也不會損壞電池。