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高壓閃絡(luò)法電纜故障測(cè)試技術(shù)學(xué)習(xí)資料

一、電力電纜故障發(fā)生的原因：

使電纜發(fā)生故障的原因是多方面的，現(xiàn)將常見(jiàn)的幾種主要原因歸納如下：

• 機(jī)械損傷：很多故障是由于電纜安裝時(shí)不小心造成的機(jī)械損傷或安裝后靠近電纜施工造成的機(jī)械損傷引起的。如果損傷輕微，在幾個(gè)月甚至幾年后損傷的部位才發(fā)展到絕緣破壞。導(dǎo)致?lián)p傷部位*崩潰形成故障。
• 電纜外皮的電腐蝕：如果電力電纜埋設(shè)在強(qiáng)力電場(chǎng)的地面下（如大型行車(chē)、電力機(jī)車(chē)軌道附近），往往出現(xiàn)電纜外皮鉛包腐蝕致穿的現(xiàn)象，導(dǎo)致潮氣侵入，絕緣破壞。
• 化學(xué)腐蝕：電纜埋設(shè)在有酸堿作業(yè)的地區(qū)或有苯蒸氣的煤氣站附近，往往造成電纜鎧裝和鉛包大面積長(zhǎng)距離被腐蝕。
• 地面下沉：此現(xiàn)象往往發(fā)生在電纜穿越公路、鐵路及高大建筑物時(shí)，由于地面的下沉而使電纜垂直受力形變，導(dǎo)致電纜鎧裝、鉛包破裂甚至折斷而造成各種類(lèi)型的故障。
• 電纜絕緣物的流失：電纜敷設(shè)時(shí)地溝凸凹不平，或處在電桿上的戶外頭，由于電纜的起伏、高低落差懸殊，高處的電纜絕緣油流向低處而使高處電纜絕緣性下降導(dǎo)致故障發(fā)生。
• 長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行：由于過(guò)荷運(yùn)行，電纜的溫度會(huì)隨之升高，尤其在炎熱的夏季，電纜的溫升常常導(dǎo)致電纜薄弱處和對(duì)接頭處首先被擊穿。在夏季，電纜故障率高原因正在于此。
• 震動(dòng)破裂：鐵路軌道下運(yùn)行的電纜，由于劇烈的震動(dòng)導(dǎo)致電纜外皮產(chǎn)生彈性疲勞而破裂，形成故障。
• 拙劣的工藝、拙劣的接頭和不按技術(shù)要求敷設(shè)電纜往往都是形成電纜故障的重要原因。
• 在潮濕的氣候條件下做接頭，使接頭封裝物內(nèi)混入水蒸氣，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后往往形成閃絡(luò)性故障。

三、電纜故障的性質(zhì)與分類(lèi)

電力電纜故障的分類(lèi)方法比較多，通常有以下幾種方法：

• 據(jù)電纜故障點(diǎn)的絕緣電阻分類(lèi)

1開(kāi)路（斷路）故障：

凡是電纜絕緣電阻無(wú)窮大或雖與正常電阻的絕緣電阻值相同，但電壓不能饋至用戶端的故障。（低壓脈沖測(cè)試時(shí)故障有反射，且反射波與發(fā)射波同相）

2低阻（短路）故障：

凡是電纜故障點(diǎn)的絕緣電阻小于該電纜的特性阻抗，甚至直流電阻為零的故障均稱(chēng)為低阻故障或短路故障（低壓脈沖測(cè)試時(shí)故障有反射，且反射波與發(fā)射波反相）。

3高阻故障：

電纜故障點(diǎn)的直流電阻大于該電纜的特性阻抗的故障均稱(chēng)為高阻故障（低壓脈沖測(cè)試時(shí)故障無(wú)反射）。                                                                                                                       

高阻故障可分為兩種故障形式：

• 高阻泄漏性故障：在做電纜高壓絕緣試驗(yàn)時(shí)，泄漏電流隨試驗(yàn)電壓的升高而增加，試驗(yàn)電壓升高到額定值時(shí)（有時(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到額定值），而泄漏電流超過(guò)了允許值。

• 高阻閃絡(luò)性故障：試驗(yàn)電壓升至某值時(shí)，泄漏電流突然升高，監(jiān)視泄漏電流的表針閃絡(luò)性擺動(dòng)，電壓稍下降時(shí)，此現(xiàn)象消失，但電纜絕緣仍有*的阻值。

• 據(jù)電纜故障發(fā)生的方式分類(lèi)

1擊穿故障

    電纜在做預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，由于較高直流電壓的作用，使電纜隱患處被擊穿。這種故障多為相對(duì)地的閃絡(luò)性高阻故障。

2行擊穿故障

    這種故障是電纜運(yùn)行在工作電壓時(shí)所發(fā)生的故障，一般多為相間或相對(duì)地的高阻或低阻故障。

（三）根據(jù)故障發(fā)生的部位分類(lèi)

1、本體故障

    由于各種原因，諸如人為因素，如過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，外力破壞等，還有物理化學(xué)性腐蝕，自然老化等造成的各種性質(zhì)的故障。

2、接頭故障

電纜始終端頭，中間接頭等部位發(fā)生的故障。一般多見(jiàn)于泄漏性高阻故障

四、電纜故障測(cè)試儀的功能：

• 測(cè)試各種電壓等級(jí)電纜的各類(lèi)故障，及同軸電纜、通信電纜的開(kāi)路、短路故障。
• 測(cè)試電纜的埋設(shè)路徑走向及埋設(shè)深度。
• 測(cè)試電波在電纜中的傳播速度。
• 對(duì)電纜的信息資料進(jìn)行管理。

五、電纜故障的測(cè)試程序

追蹤儀查找埋地電力電纜故障一般要經(jīng)過(guò)以下步驟：

• 分析電纜故障性質(zhì)，了解故障電纜的類(lèi)型；

   不同性質(zhì)的電纜故障要用不同的方法測(cè)試，而不同介質(zhì)的電纜則有不同的測(cè)試速度。不同耐壓等級(jí)的電纜則有不同的耐壓要求。而被測(cè)試電纜的接頭位置及zui近是否在電纜上方施過(guò)工。這些在測(cè)試前都必須做到心中有數(shù)。

• 用電纜儀主機(jī)的低壓脈沖法測(cè)試電纜長(zhǎng)度、校對(duì)電纜的電波傳輸速度；

   測(cè)試電纜全長(zhǎng)可以讓我們更加了解故障電纜的具體情況，可以判斷是高阻還是低阻  故障，可以判斷固有的電波速度是否準(zhǔn)確（準(zhǔn)確的電波傳輸速度是提高測(cè)試精度的保證。當(dāng)速度不準(zhǔn)確時(shí)，可反算速度。）。這些都可以用低壓脈沖測(cè)試法來(lái)解決。

 如下圖，當(dāng)用低壓脈沖分別測(cè)試電纜的故障相與好相并比較時(shí)：

  當(dāng)L>L1時(shí)；表示故障點(diǎn)有反射。故障可由低壓脈沖測(cè)試，L1即為故障反射距離。

當(dāng)L=L1時(shí)；表示故障相的故障為高阻故障，低壓脈沖測(cè)試時(shí)無(wú)法觀察到故障反射。只能觀察到全長(zhǎng)的反射。                       

 L：好相測(cè)量的電纜全長(zhǎng)。L1：故障相測(cè)量的反射長(zhǎng)度

• 選擇合適的測(cè)試方法，用電纜儀主機(jī)進(jìn)行電纜故障粗測(cè)；

對(duì)不同電纜故障要用不同的方法，低阻故障（開(kāi)路、短路等）要用低壓脈沖法測(cè)試；而高阻故障（泄漏、閃絡(luò)等）則要用閃絡(luò)法方法測(cè)試。選定方法后測(cè)出電纜故障的大致位置。選擇合適的測(cè)試方法，用追蹤儀主機(jī)對(duì)電纜進(jìn)行故障距離粗測(cè)。

低阻故障用低壓脈沖法測(cè)量，高阻故障用高壓閃絡(luò)法測(cè)量。

注：表中Zo為電纜的波阻抗值，電力電纜波阻抗一般為10—40W之間。

低壓脈沖法測(cè)試比較簡(jiǎn)單，在此不多贅言。而高壓閃絡(luò)法測(cè)量則需要注意接線及所加直流電壓的高低。接線時(shí)請(qǐng)嚴(yán)格按照接線圖3或圖6來(lái)接線，特別是地線的連接（高壓設(shè)備的地線必須接被測(cè)電纜的鉛包接地處，追蹤儀的主機(jī)不能接到PT和電容器的地線上，它必須單獨(dú)接到電纜鉛包接地處，以防儀器損壞。）。在測(cè)試前應(yīng)先斷開(kāi)主機(jī)電源，試升壓沖擊放電數(shù)次，無(wú)異常時(shí)方可接入儀器。所加電壓的高低主要取決于電纜的耐壓等級(jí)及絕緣介質(zhì)。如10KV油禁紙電纜和交聯(lián)乙烯電纜的zui高耐壓分別為50KV和35KV，一般不得超過(guò)電纜的zui高耐壓。

• 用路徑儀探測(cè)埋地電纜的走向；

定點(diǎn)前首先必須知道電纜的路徑，若已知路徑可省去此步驟。

• 用定點(diǎn)儀對(duì)故障點(diǎn)定位；

按定點(diǎn)放電方式接好高壓設(shè)備，根據(jù)電纜的性質(zhì)及電纜的耐壓等級(jí)來(lái)決定升壓程度。對(duì)電纜故障點(diǎn)進(jìn)行精測(cè)。

為了保護(hù)儀器，定點(diǎn)時(shí)請(qǐng)卸掉主機(jī)和電感及水電阻等按圖7接線。

如果故障點(diǎn)在距測(cè)試端很近時(shí)，特別是在電纜的測(cè)試端頭時(shí)，采用圖7定位時(shí)，因球隙放電聲音比故障點(diǎn)放電聲音還大，很難區(qū)分真假聲音，在這種情況下可將高壓設(shè)備移至另一端的方法來(lái)定位。

•  對(duì)電纜故障測(cè)試結(jié)果進(jìn)行誤差分析，做好測(cè)試完的記錄。

此步工作對(duì)以后的電纜維護(hù)及管理是非常重要和必須的。

六、低壓脈沖測(cè)量法：

• 應(yīng)用范圍

 用低壓脈沖法可以直觀地看到低阻、短路故障及斷路故障。

據(jù)統(tǒng)計(jì)這類(lèi)故障約占電纜故障的10%。

對(duì)于判斷結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的電纜線路往往具有相當(dāng)

重要的參考價(jià)值（如線路上有T接頭，或中間有環(huán)型接頭等）。

• 工作原理

    測(cè)試時(shí)，在電纜故障相上加上低壓脈沖，該脈沖沿電纜傳播直到阻抗失配的地方，如中間接頭、T型接頭、短路點(diǎn)、斷路點(diǎn)和終端頭等等，在這些點(diǎn)上都會(huì)引起電波的反射，反射脈沖回到電纜測(cè)試端時(shí)被追蹤儀接收。追蹤儀可以適時(shí)顯示這一變化過(guò)程。

    根據(jù)電纜的測(cè)試波形我們可以判斷故障的性質(zhì)，當(dāng)發(fā)射脈沖與反射脈沖同相時(shí)，表示是斷路故障或終端頭開(kāi)路。當(dāng)發(fā)射脈沖與反射脈沖反相時(shí)，則是短路接地或低阻故障。

  凡是電纜故障點(diǎn)絕緣電阻下降到該電纜的特性阻抗，甚至電流電阻為零的故障均稱(chēng)為低阻故障或短路故障（注：這個(gè)概念是從采用低壓脈沖反射法的角度，考慮到阻抗不同對(duì)反射脈沖的極性變化的影響而定義的）。

下面給出一個(gè)電纜特性阻抗的參考值：鋁芯240平方毫米截面積的電力電纜的特性阻抗約為10Ω：鋁芯35平方毫米截面積的電力電纜的特性阻抗約為40Ω。其余截面的鋁芯電力電纜的特性阻抗可據(jù)此估算。

    凡是電纜絕緣電阻無(wú)窮大或雖與正常電纜的絕緣電阻值相同，但電壓卻不能饋至用戶端的故障均稱(chēng)為開(kāi)路（斷路）故障。

     故障距離是由發(fā)射脈沖與反射脈沖之間的時(shí)間差得來(lái)的，這就涉及到電波在電纜中的傳播速度問(wèn)題，從有關(guān)的理論和實(shí)驗(yàn)中得知，電波在電纜中的傳播速度只與介質(zhì)有關(guān)，而與其橫截面積大小無(wú)關(guān)。因此只要知道電纜的介質(zhì)傳播速度和追蹤儀接受到的發(fā)射脈沖到反射脈沖的時(shí)間差，就可利用下式計(jì)算出故障距離。

                           S= V·△t /2

• 發(fā)射脈沖的選擇

電纜故障測(cè)量?jī)x器使用的電壓脈沖一般有矩形、指數(shù)、鐘形（升余弦）等。由于矩形脈沖形成比較容易，故應(yīng)用比較多，我們也是采用此方式。

脈沖總有一定的時(shí)間寬度，假定為t，則在t時(shí)刻以內(nèi)到來(lái)的反射脈沖與發(fā)射脈沖相重疊，無(wú)法區(qū)分開(kāi)來(lái)，因此不能測(cè)出故障點(diǎn)的距離來(lái)，出現(xiàn)了盲區(qū)。假設(shè)發(fā)射脈沖寬度為0.2uS，電纜電波速度是160m/us，其測(cè)量盲區(qū)就是16M，儀器發(fā)射脈沖越寬，測(cè)試盲區(qū)越大。從減小盲區(qū)的角度看，發(fā)射脈沖的寬度窄一些好，但脈寬越窄，它所包含的高頻成分越豐富，而線路高頻損耗大，使反射脈沖幅度過(guò)小，畸變嚴(yán)重，遠(yuǎn)距離的測(cè)試效果不佳。為了解決這個(gè)問(wèn)題，脈沖反射儀器將脈沖寬度分為兩個(gè)范圍。既“遠(yuǎn)近”鍵，近鍵為脈寬0.2us、幅度180V；遠(yuǎn)鍵為脈寬2us、幅度280V。當(dāng)故障距離比較大（400M）時(shí)，選遠(yuǎn)鍵。反之選近鍵。

七、高壓閃絡(luò)測(cè)量法：

• 應(yīng)用范圍

    電力電纜的高阻故障（高阻故障：故障點(diǎn)的直流電阻大于該電纜的特性阻抗的故障為高阻故障）幾乎占全部故障率的90%以上。在未經(jīng)“燒穿”處理之前，絕大部分故障都不適合直接采用低壓脈沖法或電橋法測(cè)試，這往往給現(xiàn)場(chǎng)電氣工程技術(shù)人員在故障處理方面帶來(lái)很多困難。雖然有一部分高阻故障利用交流或直流“燒穿”設(shè)備可以使故障點(diǎn)因電流通過(guò)而發(fā)熱碳化使電阻值變低，以適合低壓脈沖或電橋法測(cè)量。然而大量的實(shí)踐證明，并不是所有的高阻故障都能用“燒穿”法燒成低阻故障的。有的接頭故障長(zhǎng)期燒而不穿，有的阻值甚至越燒越高。為了解決這樣的問(wèn)題就必須采用高壓閃絡(luò)測(cè)量法。

• 工作原理

    就大部分故障本質(zhì)來(lái)說(shuō)，基本都屬于絕緣體的損壞。高阻故障是由于絕緣介質(zhì)的抗電強(qiáng)度下降所致。因?yàn)楣收宵c(diǎn)的阻值高，測(cè)量電流小，所以即使用足夠靈敏的儀表也難以測(cè)量。對(duì)于脈沖法，由于故障點(diǎn)等效阻抗幾乎等于電纜特性阻抗，所以反射系數(shù)幾乎等于零，因得不到反射脈沖而無(wú)法測(cè)量。但從介質(zhì)的電擊穿現(xiàn)象出發(fā)，只要對(duì)電纜加足夠高的電壓（當(dāng)然低于zui高試驗(yàn)電壓），故障點(diǎn)就會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象。在擊穿的瞬間，故障點(diǎn)被放電電弧短路，所以在故障點(diǎn)放電前后，就產(chǎn)生電壓的躍變。由于介質(zhì)擊穿，其電離過(guò)程需要一定的時(shí)間，而弧光放電一般要持續(xù)數(shù)百微秒到幾個(gè)毫秒，因此躍變電壓在放電期間就以波的形式在故障點(diǎn)和電纜端頭之間來(lái)回反射。如果在電纜的端頭（始端或終端），把瞬間躍變電壓及來(lái)回反射的波形記錄下來(lái)，便可測(cè)量出電波來(lái)回反射的時(shí)間；再根據(jù)電波在電纜中的傳播速度，就可以算出故障點(diǎn)到端頭的距離。基于這個(gè)物理機(jī)理產(chǎn)生了閃絡(luò)測(cè)試法。

按圖20電源接上后，實(shí)驗(yàn)變壓器PT對(duì)電容器C充電。當(dāng)電壓高到一定數(shù)值時(shí)，球間隙J被擊穿，電容器C上的電壓通過(guò)球間隙的短路電弧和一小電感L直接加到電纜的測(cè)量端。這個(gè)沖擊電波沿電纜向故障點(diǎn)傳播。只要電壓的峰值足夠大，故障點(diǎn)就會(huì)因電離而放電（注：因?yàn)橛构收宵c(diǎn)閃絡(luò)放電，不但需要足夠高的電壓，還需要一定的電壓持續(xù)時(shí)間）。故障點(diǎn)放電所產(chǎn)生的短路電弧使沿電纜送去的電壓波反射回去。因此，電壓波就在電纜端頭和故障點(diǎn)之間來(lái)回反射。為了使反射波不至于被測(cè)試端并聯(lián)的大電容C短路，在電纜和球間隙之間串接一電感線圈L（幾微享到幾十微享）組成電感微分電路。因?yàn)殡姼袑?duì)突跳電壓有較大的阻抗，有了它，就可以借助于追蹤儀主機(jī)觀察到來(lái)回反射的電壓波形。

 圖21是個(gè)實(shí)測(cè)波形。從波形中可以看出在電纜里衰減的余弦振蕩及疊加在余弦振蕩上的快變化脈沖。

對(duì)波形中的慢變化的衰減余弦振蕩可以這樣解釋?zhuān)汗收宵c(diǎn)放電所形成的短路電弧使電纜相當(dāng)于一根短路線，球間隙擊穿瞬時(shí)就是充電電容器C對(duì)短路線放電的過(guò)程。由于短路線可等效成一個(gè)電感，因而它們相當(dāng)于電感—電容充放電振蕩回路?？紤]到回路的損耗，得到的就是一個(gè)衰減的余弦振蕩，如圖21所示。

圖21觀察到的波形為閃絡(luò)全過(guò)程，圖22觀察到的波形為左圖擴(kuò)展后的波形。實(shí)際上，我們用來(lái)測(cè)量故障點(diǎn)距離的不是這個(gè)衰減振蕩的慢過(guò)程，而是疊加在這個(gè)慢過(guò)程上的一些快速尖脈沖。把余弦振蕩的前面一段加以擴(kuò)展，其波形如上右圖所示。只要測(cè)試出波形的*個(gè)上突跳的拐點(diǎn)A到*個(gè)負(fù)脈沖下突跳拐點(diǎn)B間的時(shí)間間隔，便可利用公式

                            S=V·△t /2（m）

    算出測(cè)試端到故障點(diǎn)的距離。

    閃絡(luò)測(cè)量法的巨大優(yōu)點(diǎn)在于幾乎能適應(yīng)任何類(lèi)型的故障。大量實(shí)踐證明，閃絡(luò)測(cè)量法是對(duì)付那些被人們用別的方法測(cè)不出來(lái)而被稱(chēng)之為zui頑固的故障的zui強(qiáng)有力手段。所以目前在我國(guó)凡是具有電力電纜故障閃絡(luò)測(cè)試儀的單位均無(wú)一例外地把閃絡(luò)法作為zui主要的測(cè)試方法。

• 故障點(diǎn)擊穿的判別

   在沖擊高壓閃絡(luò)法測(cè)試中的一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題是判斷故障點(diǎn)是否擊穿放電。很多人由于缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，往往以為球間隙放電就可以從屏面上看到正確波形了。其實(shí)這種想法是片面的。球間隙的擊穿與否只與兩球間的距離及所加電壓幅度有關(guān)，距離越大，擊穿所需的電壓就越高，通過(guò)球間隙加到電纜上的電壓就越高。而電纜故障點(diǎn)能否被擊穿僅取決于電纜上得到的沖擊電壓的高低。球間隙太小，擊穿時(shí)加到電纜上的電壓可能低到無(wú)法電離擊穿故障點(diǎn)，這種情況下，球間隙看來(lái)是被擊穿了，但是電纜故障點(diǎn)并沒(méi)有被擊穿，因此就無(wú)階躍電壓反射回來(lái)。在屏幕上僅能看到負(fù)高壓在傳到電纜終端被反射的終端反射波，無(wú)法測(cè)出故障距離。故障點(diǎn)未被擊穿的典型波形如圖23所示。

    從圖23中可以看出，電纜故障點(diǎn)未被擊穿時(shí)，波形上的向下波動(dòng)僅是終端反射波的作用，并且可以看出從波形起點(diǎn)（下突跳點(diǎn)）到*反射波之間的時(shí)間間隔正好代表了電纜全長(zhǎng)。

     如果電纜*或沖擊電壓過(guò)低或儲(chǔ)能電容C過(guò)小，電纜就不會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象。這時(shí)電纜相當(dāng)于開(kāi)路線，即可等效為電容，球間隙擊穿瞬間，一方面儲(chǔ)能電容C對(duì)電纜的等效電容充電，另一方面這個(gè)等效電容與儲(chǔ)能電容C并聯(lián)，并通過(guò)電阻分壓器R1、R2放電。其過(guò)程呈指數(shù)衰減波形，如上圖所示，僅能看到電纜終端反射波形。

    一旦在屏上出現(xiàn)圖23的波形時(shí)，則表示電纜故障點(diǎn)未被擊穿，所加沖擊電壓太低，需加大球間隙距離，增加沖擊電壓幅度，直至有大余弦振蕩信號(hào)出現(xiàn)，便可擴(kuò)展波形仔細(xì)分析，讀出距離來(lái)。

    1、從波形上可以準(zhǔn)確地判定電纜故障點(diǎn)擊穿與否。2、另外，還可以從球間隙放電的聲音來(lái)判斷，當(dāng)球間隙放電聲嘶啞、不清脆，而且火花較弱，放電時(shí)間較長(zhǎng)，電纜故障點(diǎn)一般未被擊穿。3、另外，從串入高壓變壓器PT次級(jí)上的電流表在球間隙擊穿瞬間進(jìn)所擺動(dòng)的幅度大小也可用來(lái)判別故障點(diǎn)放電與否，一般電流表擺動(dòng)在5~10mA范圍時(shí)，表明電纜故障點(diǎn)未被擊穿。如果電流表指針在30~80mA范圍內(nèi)擺動(dòng)，且球間隙放電聲清脆響亮，一般可說(shuō)明故障點(diǎn)被擊穿（有時(shí)故障點(diǎn)電阻值較低，沖閃電流表指針擺動(dòng)范圍也大，球間隙放電聲也大，但故障點(diǎn)卻不一定被擊穿，不過(guò)此種情況不多見(jiàn)）。此時(shí)可按測(cè)試步驟測(cè)試故障距離。

• 故障點(diǎn)靠近測(cè)試終端的波形

  在用沖擊電壓閃絡(luò)法測(cè)試時(shí)，在顯示屏面上，對(duì)于故障點(diǎn)在電纜終端或接近終端

端頭的情況，顯示的波形往往與基本波形有所不同，圖24（a）是實(shí)測(cè)波形。

從圖24（a）中的波形可以看出，*個(gè)正脈沖前還有一個(gè)負(fù)尖峰，后面的波形也有相應(yīng)的變化。這給缺乏實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)的人往往造成判讀上的困難，不知道從何處讀起。前面己經(jīng)說(shuō)過(guò)，電纜在加沖擊負(fù)高壓時(shí)，故障點(diǎn)處負(fù)高壓上升有一個(gè)過(guò)程，故障點(diǎn)的電離放電也有一段遲延時(shí)間，所以在故障點(diǎn)放電之前，沖擊電壓波已經(jīng)在終端頭被反射，并越過(guò)故障點(diǎn)傳向測(cè)試端。在此之后故障點(diǎn)才被電離擊穿，形成正向階躍電壓向測(cè)試端傳輸。因此在*回波的正脈沖前出現(xiàn)了負(fù)尖峰。這一波形在故障點(diǎn)與測(cè)試端間來(lái)回反射，使以后的第二、第三、……回波也相應(yīng)變化，增加了波形的復(fù)雜性。如果兩個(gè)回波的時(shí)間差從*回波正脈沖前的負(fù)尖峰下降拐點(diǎn)算起的話，將會(huì)造成相當(dāng)大的測(cè)量誤差。只能從*回波的正突跳拐點(diǎn)算起直到第二回波的負(fù)突跳拐點(diǎn)這段時(shí)間才是正確的。

圖24  故障點(diǎn)在終端或接近終端的測(cè)試波形

                   圖25  終端接跨線時(shí)的接線圖    

     為了避免故障點(diǎn)放電前沖擊電壓波在終端頭的反射，可象圖25那樣，在故障相終端頭與任一*相連一跨接線。這樣，沖擊電壓波到終端時(shí)將沿跨接線傳至*相，不會(huì)有終端反射的情況，*個(gè)回波前的負(fù)尖峰就消失了，如圖24（b）所示。

    如果所加的電壓不夠高，即使故障點(diǎn)離終端還有相當(dāng)一段距離，也可能會(huì)出現(xiàn)沖擊電壓波在終端頭反射后到達(dá)故障點(diǎn)才放電的情況，這主要是故障點(diǎn)電離擊穿延時(shí)太長(zhǎng)的緣故。這時(shí)的波形和圖24（a）類(lèi)似，所以當(dāng)出現(xiàn)上述波形時(shí)，應(yīng)當(dāng)具體情況具體分析。如果是沖擊電壓不夠高引起波形畸變，只要適當(dāng)提高沖擊電壓即可得到正常的測(cè)試波形。

• 故障點(diǎn)靠近測(cè)試始端的波形

    故障點(diǎn)就在測(cè)試端的電纜頭或接近測(cè)試端（10~30m）時(shí)，要讀數(shù)往往是很困難的，一般用平均值來(lái)估讀故障點(diǎn)的距離。

    對(duì)于沖擊高壓閃絡(luò)法來(lái)說(shuō)，除記錄速度的限制外，還因?yàn)榍懊嬉粋€(gè)回波會(huì)影響后面一個(gè)回波的波形，使整個(gè)波形比較混亂。故障點(diǎn)越靠近測(cè)量端，波形中的快速振蕩過(guò)程就越密集，如果故障點(diǎn)就在電纜端頭上，波形中就再不會(huì)有快速尖脈沖存在，而幾乎是一典型的光滑的大余弦振蕩波形（由于引線的雜散電感分布，在大余弦振蕩的前一部分也可能有十分模糊、無(wú)法辨清的毛刺），如圖26所示。

 對(duì)于近距離故障，波形讀數(shù)的與否是有技巧的。為了更些，可以讀2~5uS時(shí)間內(nèi)小振蕩的周期數(shù)或反射波的次數(shù)，再簡(jiǎn)單換算一下便可以得到故障距離了。

   例如圖27所示的閃絡(luò)故障波形，閃絡(luò)產(chǎn)生的振蕩在一定時(shí)間內(nèi)振蕩了5周，即波形在電纜中來(lái)回反射了10次，而這段時(shí)間內(nèi)對(duì)應(yīng)的距離為342M，故實(shí)際故障點(diǎn)距離點(diǎn)距測(cè)試端的距離為

                      lx=342/10=34（M）

 近距離測(cè)試時(shí)估出的相對(duì)誤差可能會(huì)大一些，但由于故障點(diǎn)距離很近，誤差不大，不會(huì)給定點(diǎn)帶來(lái)很大困難。只是在定點(diǎn)時(shí)，由于球間隙離定點(diǎn)位置較近，地震波的聲音往往由于球間隙放電打火聲而被淹沒(méi)，無(wú)法判斷地震波。此時(shí)可將球間隙（高壓部件）移至故障電纜終端，高壓設(shè)備仍留在始端，讓高壓經(jīng)過(guò)一*相送至球間隙一端，再讓球間隙的另一端與故障相連接。這樣，當(dāng)高壓擊穿球間隙產(chǎn)生沖擊高壓送至故障相時(shí)，測(cè)試端避免了球間隙打火聲引起的干擾，便于判斷故障點(diǎn)的地震波。具體接法見(jiàn)圖15所示。

八、各種標(biāo)準(zhǔn)波形

在實(shí)際測(cè)試中我們將遇到各種各樣的波形，如何分析波形是很關(guān)鍵的，波形變化有一定的規(guī)律，只要我們多看多比較就會(huì)很快掌握，下面是我們由實(shí)際波形的變化得出的一組標(biāo)準(zhǔn)波形。

• 低壓脈沖測(cè)試波形

• 高壓閃絡(luò)測(cè)試波形

• 故障在測(cè)試始端的波形

故障在中間段的波形

• 故障在測(cè)試終端的波形

故障未放電時(shí)波形

閃絡(luò)法測(cè)試波形的變化規(guī)律圖

下圖是我們根據(jù)閃絡(luò)測(cè)試法的波形而繪制的變化規(guī)律圖，只要仔細(xì)觀查分析就可看出它們中的變化規(guī)律。希望使用者一定要掌握標(biāo)準(zhǔn)波形以及它們?cè)诓煌瑓^(qū)間的變化規(guī)律。

九、測(cè)試中的基本問(wèn)題

• 如何判斷高阻和低阻故障？

    電纜故障點(diǎn)的絕緣電阻小于或等于該電纜的特性阻抗時(shí)稱(chēng)為低阻故障，反之稱(chēng)為高阻故障（此定義是從采用脈沖反射法的角度，考慮到阻抗不同對(duì)反射脈沖的極性變化的影響而定的）。

當(dāng)用低壓脈沖法測(cè)試時(shí)故障點(diǎn)有反射(且發(fā)射波與反射波反向)此故障為低阻故障。反之為高阻故障。

故障相測(cè)試波形①為高阻；

故障相測(cè)試波形②為低阻或短路；故障相測(cè)試波形③為開(kāi)路。

• 本套儀器的測(cè)試盲區(qū)為多少？如何消除盲區(qū)？

對(duì)于追蹤儀主機(jī)來(lái)說(shuō)，測(cè)試“盲區(qū)”為發(fā)射脈沖的寬度，因?yàn)楫?dāng)反射脈沖在發(fā)射脈沖寬度之內(nèi)反射，兩波形重疊判斷起來(lái)比較困難。見(jiàn)下圖所示：由左圖可以看出由于反射波在“盲區(qū)”之內(nèi)反射，兩波形重疊到一塊波形變寬，反射波拐點(diǎn)無(wú)法判斷，產(chǎn)生了測(cè)試“盲區(qū)”。本套儀器的主機(jī)測(cè)試“盲區(qū)”大約為20米（根據(jù)發(fā)射脈寬和電波的傳播速度得來(lái)的）。

消除“盲區(qū)”有兩個(gè)基本方法：

⑴將測(cè)量終點(diǎn)改為測(cè)試點(diǎn)，這樣就消除了故障點(diǎn)距離測(cè)試點(diǎn)很近的測(cè)試“盲區(qū)”。

⑵將故障在發(fā)射脈寬內(nèi)反射的測(cè)試波形與正常的波形相比較，通過(guò)比較就可判斷反射波的拐點(diǎn)（如下圖）。

• 低壓脈沖法測(cè)試時(shí)為什么要選擇遠(yuǎn)近鍵？

    我們知道電波在電纜中傳輸是有損耗的，而脈沖寬度越寬幅度越大損耗越小。主機(jī)的遠(yuǎn)近鍵選擇實(shí)際上就是選擇發(fā)射脈沖的脈寬及幅度的大?。ㄟh(yuǎn)鍵：發(fā)射脈沖的脈寬為2us幅度280V。近鍵：發(fā)射脈沖的寬度為0.2uS幅度180V）。

 當(dāng)故障點(diǎn)距離測(cè)試端較近時(shí)，若用寬脈沖（遠(yuǎn)鍵）測(cè)試，故障點(diǎn)就可能在“盲區(qū)”之內(nèi)反射，給測(cè)試帶來(lái)困難。

當(dāng)故障點(diǎn)距離測(cè)試點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，若用窄脈沖（近鍵）測(cè)試，由于電纜比較長(zhǎng)電波損耗比較大，故障點(diǎn)就可能無(wú)反射。

因此我們用低壓脈沖測(cè)試時(shí)要選擇遠(yuǎn)近鍵，一般故障距離小于400米時(shí)選擇“近鍵”。大于400米時(shí)選擇“遠(yuǎn)鍵”。

• 電纜的電波傳播速度是由什么來(lái)決定的？

電纜的故障距離是由測(cè)量脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差推算出來(lái)的。

                     S=V△•t

時(shí)間差△t可由機(jī)器接收并測(cè)量，而電纜的電波傳播速度V與什么有關(guān)呢？從有關(guān)的理論和大量的實(shí)際測(cè)量中得知，電波在電纜中傳播，其傳播速度只與絕緣介質(zhì)有關(guān)，而與其截面積大小和芯線的材料無(wú)關(guān)。

機(jī)器主機(jī)中已置入了一些常見(jiàn)電纜的電波傳播速度，這些速度值是經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐得來(lái)的，而對(duì)于一些特別電纜則必須重新測(cè)量電波在該電纜內(nèi)的傳波速度。

• 高阻故障主要分為哪兩類(lèi)？它們的特點(diǎn)是什么？

高阻故障分為高阻泄漏和閃絡(luò)性故障。

泄漏性高阻故障：當(dāng)電纜的泄漏電流值隨所加的直流電壓的升高而連續(xù)增大，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)被測(cè)電纜本身所要求的規(guī)范值。即電纜絕緣介質(zhì)損壞并形成固定的電阻通道，但阻值比較高。見(jiàn)圖29。

閃絡(luò)性高阻故障：在電纜的預(yù)試電壓范圍內(nèi)，當(dāng)電纜的預(yù)試電壓加到某一定數(shù)值時(shí)，電纜的泄漏電流值突然增大，其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)被測(cè)電纜所要求的規(guī)范值。這種故障的絕緣介質(zhì)雖然損壞，但卻沒(méi)有形成固定的電阻通道。

高阻故障的本質(zhì)表現(xiàn)在圖29等效電路中的“高阻泄漏電阻”上，“高阻泄漏電阻”的阻值直接決定了高阻故障的特性。

• 當(dāng)R近似無(wú)窮大時(shí)，故障點(diǎn)J兩端的直流電壓可以增至相當(dāng)高而泄漏電流還不至于超過(guò)額定值，*可能在電壓升至額定值前被擊穿，并形成閃絡(luò)性故障。
• 當(dāng)R小于一定值時(shí)，此時(shí)作耐壓試驗(yàn)，由于R的存在而產(chǎn)生較大的泄漏電流，泄漏電流將在高壓電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生較大的壓降，而使J兩端的電壓無(wú)法升高，J可能無(wú)法被擊穿。欲升高電壓，泄漏電流勢(shì)必增加，因此可能因泄漏電流大大超過(guò)允許值而使繼電器保護(hù)動(dòng)作，J也就不會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象。
• 當(dāng)R等于或小于被測(cè)電纜的特性阻抗時(shí)，故障性質(zhì)便變成低阻故障了。

• 追蹤儀的測(cè)試誤差都與什么有關(guān)？

追蹤儀的主機(jī)是粗測(cè)設(shè)備，它的誤差與下列因數(shù)有關(guān)：

• 儀器本身產(chǎn)生的測(cè)試誤差。

本儀器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)是由25MHz晶體震蕩器產(chǎn)生的，它的誤差反映在儀器上就是游標(biāo)每走一格時(shí)的誤差。當(dāng)側(cè)試圖形放大到zui大時(shí)，游標(biāo)每移動(dòng)一格就是3.2米。此誤差很小一般可忽略不計(jì)。

• 電纜的電波傳輸速度V帶來(lái)的誤差。

   電纜的測(cè)試距離與電波的傳輸速度有關(guān)，傳輸速度V一般zui大可引起2%的相對(duì)誤差，對(duì)于千米以下的中短距離故障，一般可滿足粗測(cè)要求，但對(duì)于千米以上的遠(yuǎn)距離故障可能就會(huì)引起較大的誤差。因此測(cè)故障前應(yīng)校對(duì)一下被測(cè)電纜的長(zhǎng)度和電波傳輸速度。

• 測(cè)試波形定位時(shí)產(chǎn)生的誤差。

    當(dāng)故障距離測(cè)試點(diǎn)很近時(shí)，測(cè)試波形反射比較密集，嚴(yán)重畸變產(chǎn)生較大相對(duì)誤差，這時(shí)可以用多波累加法來(lái)判斷。當(dāng)故障距離測(cè)試點(diǎn)較遠(yuǎn)時(shí)，由于回波在電纜中來(lái)回反射可能產(chǎn)生波形衰減較大，而引起波形畸變幅度很小，給準(zhǔn)確定位帶來(lái)了困難。

• 放電不充分產(chǎn)生的離散誤差。

    在測(cè)試中常常出現(xiàn)離散現(xiàn)象，即每次沖擊每次采樣得到的讀數(shù)都不大一致，這主要是由于故障點(diǎn)放電不穩(wěn)定造成的，一般只要提高沖擊電壓就可改進(jìn)。

• 地下電纜的實(shí)際距離與地面距離的誤差。

    用追蹤儀主機(jī)測(cè)試電纜故障時(shí)，得到的距離數(shù)字是電纜故障點(diǎn)到測(cè)試端的實(shí)際電纜長(zhǎng)度，而在地上丈量時(shí)對(duì)電纜的余留、彎曲等因素很難估算，因此產(chǎn)生很大誤差。這類(lèi)誤差是整個(gè)測(cè)試過(guò)程中引起誤差的主要因素。

• 測(cè)試中怎樣選擇測(cè)試方法？

測(cè)試中我們首先要分清故障是什么性質(zhì)的故障，若是低阻或開(kāi)路、短路故障則選擇低壓脈沖法，而高阻故障就必須用高壓閃絡(luò)法（當(dāng)用低壓脈沖測(cè)試時(shí)，電纜故障相有反射且反射距離小于電纜全長(zhǎng)時(shí)應(yīng)為低阻或短路開(kāi)路故障。測(cè)試中無(wú)反射或反射與全長(zhǎng)一致時(shí)，就可以判斷此故障為高阻故障）。換句話來(lái)說(shuō)首先我們用低壓脈沖法來(lái)測(cè)試，若低壓脈沖法能解決的故障都用低壓脈沖法，而低壓脈沖法解決不了的故障才選擇高壓閃絡(luò)法。

   從一定意義上來(lái)說(shuō)，高壓閃絡(luò)法可測(cè)試所有的故障，無(wú)論開(kāi)路、短路、低阻還是高阻。因?yàn)槭┘痈邏褐灰收宵c(diǎn)放電，追蹤儀主機(jī)就可接收到放電過(guò)程并計(jì)算距離。但若低壓脈沖法能解決的故障我們還是喜歡用低壓脈沖法來(lái)解決。

• 用高壓閃絡(luò)法測(cè)試時(shí)應(yīng)注意哪些安全問(wèn)題？

• 測(cè)試時(shí)，在可能的條件下應(yīng)盡可能使高壓產(chǎn)生器用的市電與測(cè)試儀器所用的市電分開(kāi)，不要用同一相電源。因?yàn)楦邏寒a(chǎn)生器產(chǎn)生的高壓會(huì)有部分反流進(jìn)入市電而影響測(cè)試和安全。
• 應(yīng)嚴(yán)格按要求連好地線，否則可能會(huì)擊壞儀器和測(cè)試設(shè)備。連線見(jiàn)下圖。

• 從上圖可以看出高壓產(chǎn)生設(shè)備的地線和追蹤儀的地線是分別直接和電纜的鉛包地線相連的，這種連接法zui安全。也就是說(shuō)高壓沖擊電流是經(jīng)電纜外皮地線通過(guò)高壓設(shè)備自己的地線構(gòu)成回路，而不經(jīng)過(guò)追蹤儀的地線。這樣，當(dāng)故障點(diǎn)擊穿時(shí)，強(qiáng)大的瞬時(shí)電流在地線上形成的電位差不至于經(jīng)過(guò)追蹤儀的地線而使儀器處于瞬時(shí)過(guò)壓狀態(tài)，將儀器燒壞。
• 在沖擊高壓時(shí)，必須考慮到被測(cè)電纜的電壓等級(jí)，不得使用超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的電壓對(duì)電纜加壓。                                  
• 每次使用追蹤儀時(shí)，必須對(duì)水阻分壓器R1、 R2的阻值進(jìn)行核查，以防止由于R2開(kāi)路或R1的阻值過(guò)小而使取樣電壓過(guò)高的進(jìn)入儀器輸入端的情況發(fā)生。

• 如何判斷故障點(diǎn)是否擊穿放電？若故障點(diǎn)未擊穿能否長(zhǎng)時(shí)間的帶機(jī)測(cè)量？

故障點(diǎn)是否被擊穿取決于沖擊能量的大小，而沖擊能量的大小取決于電壓和脈沖電容

                      W=CV²/2

   當(dāng)能量未達(dá)到一定值時(shí), 即使球隙放電，故障點(diǎn)也不一定放電。而有許多人由于缺乏經(jīng)驗(yàn)往往以為球間隙放電就可以從屏幕上看到的波形上測(cè)距離了，其實(shí)不然。球間隙的擊穿與否只與兩球間的距離及所加電壓幅度有關(guān)。距離越大，擊穿所需的電壓就越高，通過(guò)球間隙加到電纜上的電壓就越高。而電纜故障點(diǎn)能否被擊穿僅取決于電纜上得到的沖擊電壓的高低。球間隙太小，擊穿時(shí)加到電纜上的電壓就可能低到無(wú)法電離擊穿故障點(diǎn)。在這種情況下，球間隙是被擊穿了，但電纜故障點(diǎn)卻未被擊穿。

判斷故障點(diǎn)是否被擊穿有以下方法：

①從波形上判斷。

從上圖中可以看出，波形沒(méi)有正向階躍電壓，而且波形幅度很小，波形上的向下波動(dòng)僅是終端反射波的作用，從波形起始點(diǎn)（下突跳點(diǎn)）到*反射波之間的時(shí)間間隔正好代表了電纜全長(zhǎng)。

②從球間隙的放電聲音及放電間隔上判斷。

當(dāng)球間隙放電聲音嘶啞，不清脆，火花較弱，并且放電間隔很長(zhǎng)（有時(shí)達(dá)到6-7秒放一次電）。這時(shí)故障點(diǎn)一般未被擊穿。

③通過(guò)串入高壓變壓器PT次級(jí)上的電流表來(lái)判斷。

        當(dāng)球間隙放電時(shí)串接到PT上的電流表就擺動(dòng)，我們可以根據(jù)電流表擺動(dòng)的幅度的大小來(lái)判斷是否放電。一般電流表擺動(dòng)在5~10mA范圍內(nèi)時(shí)，表明故障點(diǎn)未被擊穿。如果電流表指針在30~80mA范圍內(nèi)擺動(dòng)，且球間隙放電聲響亮清脆，一般可以說(shuō)故障點(diǎn)被擊穿了。

     測(cè)試時(shí)，若故障點(diǎn)沒(méi)有放電或放電不充分，切忌帶機(jī)一直加高壓沖擊測(cè)量。因?yàn)楫?dāng)故障點(diǎn)沒(méi)有放電或放電不充分時(shí)，沖擊電壓主要通過(guò)水電阻R1及電阻R2放電，時(shí)間稍長(zhǎng)后R1發(fā)熱，使得阻值下降，引起R2開(kāi)路，導(dǎo)致儀器損壞

Ø 用低壓脈沖法測(cè)試時(shí)，電纜接頭是否一定會(huì)有反射？

    很多人以為用低壓脈沖測(cè)試時(shí)，電纜接頭一定會(huì)有反射。其實(shí)不然，我們知道低壓脈沖發(fā)射波能否被反射與電纜的絕緣阻抗有很大的關(guān)系，它還與測(cè)試儀器的靈敏度.測(cè)試儀器與被測(cè)電纜的匹配狀況.被測(cè)電纜的衰減狀況有關(guān)。當(dāng)電纜接頭處的絕緣電阻很高時(shí)，即使接頭處有故障（此時(shí)接頭故障我們可認(rèn)為是高阻故障）也不一定反射。

• 電纜接頭故障有何特殊性？

    故障點(diǎn)發(fā)生在電纜本體時(shí)，一般來(lái)說(shuō)是容易判斷的，只要用閃絡(luò)法就可出現(xiàn)典型測(cè)試波形。但是如果故障點(diǎn)發(fā)生在電纜接頭或終端頭時(shí)，往往會(huì)發(fā)生判斷困難，而且還會(huì)發(fā)生一些無(wú)法解釋的反?，F(xiàn)象。

接頭故障在測(cè)試中有可能會(huì)發(fā)生以下幾種情況：

• 初測(cè)時(shí)，故障點(diǎn)電阻值較低，無(wú)法作耐壓試驗(yàn)，而加上沖擊高壓后，絕緣電阻會(huì)越來(lái)越高，而且用主機(jī)觀察時(shí)往往發(fā)現(xiàn)*點(diǎn)的反射回波，也就是故障點(diǎn)未被電離擊穿。

    ②在作沖擊高壓閃絡(luò)測(cè)量時(shí)，從球間隙的聲音來(lái)判斷，清脆響亮，似乎故障點(diǎn)是被擊穿了的，但從主機(jī)上觀察不到故障點(diǎn)反射波（這往往是故障點(diǎn)擊穿電弧爬距太大造成的）。

    ③作高壓預(yù)試時(shí)泄漏電流很大，閃絡(luò)電壓加到預(yù)試zui大值時(shí)還未出現(xiàn)故障回波，并且隨著沖擊電流的加大，泄漏電流反而變小，絕緣電阻反而越高。

 一般在測(cè)試時(shí)出現(xiàn)上述反常現(xiàn)象，則應(yīng)考慮到故障點(diǎn)可能在接頭處，應(yīng)用特殊的方法來(lái)處理。如用高壓沖擊電流“燒穿”，或加大貯能電容的容量，提高沖擊電壓等等。

• 故障點(diǎn)有很大的放電聲，但主機(jī)上看到的波形卻是未擊穿的波形。這是為什么？

這有可能是由于故障電纜鎧裝及鉛包破裂而未及時(shí)處理，時(shí)間一長(zhǎng)潮氣往往從破裂處滲透進(jìn)去，形成大面積受潮。實(shí)踐證明，在這種情況下，用高壓閃絡(luò)法測(cè)試時(shí)，從火花放電球間隙發(fā)出的聲音及沖擊電流數(shù)值來(lái)看，都可判斷為故障點(diǎn)已被電離擊穿，而實(shí)際沒(méi)有觀察到回波。屏幕上看到的測(cè)試波形近似未擊穿的波形。但是在故障點(diǎn)處往往能聽(tīng)到相當(dāng)大的放電聲，并能看到故障點(diǎn)處的火花放電現(xiàn)象。在實(shí)測(cè)中這種情況雖然不多，但在似乎能夠判斷出故障點(diǎn)擊穿放電，但又未觀察到故障回波時(shí)，可考慮到電纜受潮這一因素。

用閃絡(luò)法測(cè)試時(shí)，波形變化是有一定規(guī)律的，下面我們用圖來(lái)說(shuō)明這種變化規(guī)律。

下列是一系列實(shí)際測(cè)試波形圖，請(qǐng)判斷起終點(diǎn)。

十、電纜實(shí)測(cè)波形

    下面所列的波形均為實(shí)際測(cè)試波形，希望廣大用戶在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)照經(jīng)典波形深刻體會(huì)，找出規(guī)律，zui終作到熟練判斷。