*章 3M2773電力電纜故障試驗儀概述

一、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(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(diǎn)

路徑探測

電纜路徑探測信號發(fā)生器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(jiǎn)單易用、小巧便攜，是傳統設備的換代產(chǎn)品。

二、3M2773電力電纜故障試驗儀功能特點(diǎn)

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(diǎn)

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(xiàn)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(xiàn)上采集信號，與高壓部分隔離，安全可靠。

定點(diǎn)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(shí)，判斷故障點(diǎn)的遠近。

可根據磁場(chǎng)波形的初始極性，在定點(diǎn)的同時(shí)進(jìn)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(dòng)功率匹配和保護，無(wú)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(jìn)行80％法或45°法測深。

大屏幕液晶顯示，界面友好、簡(jiǎn)單易用。

SD卡存儲測試波形，存儲容量大，可導入計算機進(jìn)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(kāi)啟不同的電源通路，盡量減小功耗；若15分鐘沒(méi)有任何操作，儀器將自動(dòng)關(guān)機；電池欠壓時(shí)也將自動(dòng)關(guān)機，以保護電池。

集成化設備，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：2m。

聲磁同步定點(diǎn)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(diǎn)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(kāi)路電壓≥100Vp-p；短路電流≥300mA；

根據實(shí)際負載全自動(dòng)匹配；自動(dòng)短路保護。

電源：

電池（M&T）：內置鋰離子電池組，標稱(chēng)電壓7.4V，容量3000mAH。

功耗：主機（M）400mA，可連續使用時(shí)間>6小時(shí)；

信號發(fā)生器（T）500mA?？蛇B續使用時(shí)間>5小時(shí)；

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

充電時(shí)間（M&T）：<4小時(shí)。

顯示方式：主機（M）320×240點(diǎn)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(diǎn)

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(wàn)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(xiàn)：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(xiàn)。

明確故障性質(zhì)后，需選擇不同的測距和定點(diǎn)方法，見(jiàn)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(diǎn)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備中，需另配）。

（2）音頻法定點(diǎn)低阻故障為備選方案，聲磁同步不成功時(shí)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(jiǎn)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(jiǎn)稱(chēng)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(xiàn)

脈沖電流測距，附件：脈沖電流耦合器

聲磁同步定點(diǎn)，附件：定點(diǎn)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(jiǎn)稱(chēng)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(xiàn)、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(guān)結構如圖2-1-1所示：

                 圖 2-1-1 主機外觀(guān)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(lái)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(jìn)入低壓脈沖測距模式（開(kāi)機默認）。

 脈沖電流  鍵：進(jìn)入脈沖電流測距模式。

 定點(diǎn)  鍵：進(jìn)入聲磁同步定點(diǎn)模式。

 路徑  鍵：進(jìn)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(jìn)行一次測試;

脈沖電流模式：按一下進(jìn)入等待觸發(fā)狀態(tài);

定點(diǎn)、路徑模式：無(wú)效。

 信號  指示燈：低壓脈沖模式：進(jìn)行測試時(shí)閃亮一次;

脈沖電流模式：觸發(fā)時(shí)閃亮一次;

定點(diǎn)模式：磁場(chǎng)觸發(fā)時(shí)閃亮一次;

路徑模式：無(wú)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，直接按鍵即執行基本功能：

范圍＋/－鍵：用來(lái)改變當前測試范圍（量程）。

鍵：用來(lái)移動(dòng)光標。

定位／確定鍵：定位功能：自動(dòng)移動(dòng)光標，定位故障點(diǎn)。

確定功能：當某些操作需要時(shí)，用來(lái)進(jìn)行確認。

 增益＋/－：用來(lái)調整信號增益。

 開(kāi)關(guān)鍵：長(cháng)按1秒鐘有效，用來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉儀器電源。

鍵：背光鍵，用來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉液晶屏背光。背光功能為按鍵抬起執行。

 存儲  鍵：用來(lái)存儲當前波形。

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

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，則執行鍵旁邊標注的上檔功能：

 波速  ＋/－鍵：用來(lái)調整電纜波速度。

鍵：比例縮放鍵，用于對波形的縮?。糯箫@示。

 光標切換  鍵：用來(lái)切換虛實(shí)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(shí)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。

3M2773頂部接口板見(jiàn)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(xiàn)；

             脈沖電流模式下，接脈沖電流耦合器。

定點(diǎn)插口：定點(diǎn)模式下，接定點(diǎn)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(lái)存儲測距波形。需要時(shí)將SD卡插入插槽，按壓到底；需要取出時(shí)，按一下SD卡，將自動(dòng)彈出。

主機側面接口板見(jiàn)圖2-1-4所示：

耳機插口：用來(lái)在定點(diǎn)、路徑模式下，接耳機監聽(tīng)聲音。

充電插口：用來(lái)接充電器，對儀器內置電池充電。

聲音增益：定點(diǎn)模式下，用來(lái)調整聲音信號增益。

磁場(chǎng)/路徑增益：定點(diǎn)模式下，用來(lái)調整磁場(chǎng)信號增益。路徑模式下，用來(lái)調整路徑信號增益。

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(guān)結構如圖2-2-1所示：

                    圖2-2-1 信號發(fā)生器外觀(guān)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容：

表頭：正常情況下用來(lái)顯示輸出電流，其滿(mǎn)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(shí)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(wú)法開(kāi)機，需充電后再使用。

 開(kāi)關(guān)  鍵：長(cháng)按1秒鐘有效，用來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉儀器電源。

 電池檢測  鍵：用來(lái)檢測電池電量水平，按下后觀(guān)察表頭顯示可判斷電池電量是否正常。本功能在開(kāi)機和關(guān)機狀態(tài)下均可使用，“電源“指示燈：用來(lái)表示電源狀態(tài)。開(kāi)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(dòng)關(guān)機，燈滅。

“信號”指示燈：用來(lái)表示信號輸出狀態(tài)。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(jiàn)圖2-1-4所示：

輸出模式選擇開(kāi)關(guān)：用來(lái)選擇連續或斷續輸出。斷續輸出時(shí)以輸出0.5秒，停止0.5秒的節奏發(fā)射信號。

輸出插口：用來(lái)接輸出連接線(xiàn)，對目標電纜發(fā)射信號。

充電插口：用來(lái)接充電器，對儀器內置電池充電。

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(xiàn)故障；還可用于測量電纜的長(cháng)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、3M2773工作原理

低壓脈沖法使用時(shí)域反射法（TDR）原理，又叫脈沖反射法。測試時(shí)向電纜注入一低壓脈沖，脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點(diǎn)，如短路點(diǎn)、故障點(diǎn)、中間接頭等，脈沖產(chǎn)生反射，回送到測量點(diǎn)被儀器記錄下來(lái),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(kāi)始計時(shí)，到接收到故障點(diǎn)的反射脈沖共需時(shí)Δt；脈沖行波傳播速度為V，則故障點(diǎn)距離Lx為： （3-1）

不匹配點(diǎn)的反射系數ρ為：   （3-2）

其中為故障點(diǎn)的輸入阻抗，為線(xiàn)路的特性阻抗。從式3-2可得到：斷線(xiàn)故障反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相同；而短路（混線(xiàn)）故障的反射脈沖與發(fā)射脈沖極性相反。因此通過(guò)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(xiàn)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(xiàn)：

首先用放電棒將電纜各相線(xiàn)對地充分放電；將低壓脈沖測試線(xiàn)的插頭接主機頂接口板的  測距  信號插口，測試線(xiàn)的的兩個(gè)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(xiàn)圖

2、選擇工作模式：

長(cháng)按  開(kāi)關(guān)  鍵打開(kāi)電源，按  低壓脈沖  鍵，進(jìn)入低壓脈沖測距模式（開(kāi)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(shí)選擇的范圍應大于電纜全長(cháng)至少幾百米，如：電纜全長(cháng)為800m，則應選擇2km范圍，而不應選擇1km。若發(fā)現可疑點(diǎn)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(huì )自動(dòng)進(jìn)行一次測試。

4、設定波速：

根據電纜的類(lèi)型設定合適的波速。

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(chǎng)家或不同批次的電纜，即使是相同型號，其波速也會(huì )有細微差別，當需要測距時(shí)，需根據已知的電纜全長(cháng)校準波速度，參見(jiàn)本節第11條。

5、測試：

按一次 測試  鍵，即進(jìn)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(jìn)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(dòng)進(jìn)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(dòng)到脈沖波形開(kāi)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(shí)，顯示的距離沒(méi)有意義。

自動(dòng)定位方法：按  定位/確認  鍵，儀器進(jìn)行自動(dòng)光標定位。如果自動(dòng)定位沒(méi)有得到正確結果，應進(jìn)行人工定標。

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

圖3-3-3典型的混線(xiàn)故障波形定位

6、波形縮放：

如果需要精細觀(guān)察，從而得到更高的測距分辨率，可以將波形進(jìn)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(wú)法進(jìn)行自動(dòng)定位。

6、波形暫存和比較：

通過(guò)比較電纜故障線(xiàn)對和完好線(xiàn)對的波形，可以更容易識別故障點(diǎn)。

波形比較方法：首先測試得到故障線(xiàn)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(xiàn)對的波形，按 比較 鍵，屏幕上將同時(shí)顯示兩條波形，屏幕上部顯示雙波形比較標志。通過(guò)比較兩波形的異同，可以幫助尋找故障點(diǎn)。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(diǎn)和參照點(diǎn)（如電纜接頭）的相對距離，操作如下：

3M2773開(kāi)機后默認實(shí)光標在*位置；調整虛光標將其移動(dòng)到參照點(diǎn)；按 光標切換  鍵，實(shí)光標和虛光標的位置互換，現在實(shí)光標位于參照點(diǎn)，虛光標位于*；調整虛光標移動(dòng)到故障點(diǎn)，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(cháng)，可以校準波速度。

用一段已知長(cháng)度的同類(lèi)型電纜，測量其對端開(kāi)路和短路波形并比較，將虛光標移動(dòng)到波形明顯分叉處，調整波速使得長(cháng)度測量值和已知長(cháng)度相同，則此時(shí)的波速為本條電纜的實(shí)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(shí)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(jìn)行計算機存檔管理，或需要進(jìn)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(jìn)行存檔、分析和打印。