電力電纜故障預(yù)定位（粗測）測試方法及工作原理
電纜故障測試的粗定位原理上主要分為：直流測距法和時域反射法。
直流測距法又分為：電阻（電壓）比較法和電橋法兩種。
時域反射法根據(jù)采樣方式的不同又分為：三次脈沖法、二次脈沖法、電流取樣法、電阻（電壓取樣法）。
一、 電阻（電壓）比較法：
接線圖如下，在測試端的芯線和外護(hù)套上接毫伏表（萬用表毫伏檔），表筆直接與芯線和外護(hù)套接緊，不要接到儀器輸出線的夾子上，避免接觸電阻影響毫伏表的測量結(jié)果；儀器設(shè)置在連續(xù)輸出檔，調(diào)整輸出電壓，使輸出電流達(dá)到A1（整數(shù)如100.0mA），這時讀取毫伏表上的讀數(shù)V，由于電壓表輸入電阻很高，因此，流經(jīng)項(xiàng)線的電流很小，可以認(rèn)為毫伏表的電位測量端到故障點(diǎn)的電位，因此，該讀數(shù)即為測量端到故障點(diǎn)兩點(diǎn)的電位差V1。再將儀器移到電纜的另一側(cè)（末端）進(jìn)行測量，讓輸出電流值與始端測量時的數(shù)值一致，這時毫伏表的讀數(shù)為V2；
故障點(diǎn)距離始端的距離Lx=（V1×L）/（V1＋V2）；
也可以用比例來表示故障點(diǎn)的距離（V1×100）/（V1＋V2）；
采用這種預(yù)定位的本公司的代表產(chǎn)品主要有“電纜外護(hù)套故障測試儀”
電橋法原理如下:將被測電纜故障相與非故障相短接,電橋兩臂分別接故障相與非故障相,調(diào)節(jié)電橋兩臂上的一個可調(diào)電阻器,使電橋平衡,利用比例關(guān)系和已知的電纜長度就能得出故障距離。
顯然 L1/L2=R1/R2
接入電橋后構(gòu)成如下電路 r1/r2=R1/R2 L1/L2
平衡后有 L1/L=r1/r0=P‰（千分之P）P為刻度盤讀數(shù)。
因此L1=P‰·L
采用這種預(yù)定位的本公司的代表產(chǎn)品主要有“電線電纜高阻故障定位儀（高壓電橋法）”
直流測距法的主要缺陷有：需要電纜全長數(shù)據(jù)，通過步行估計(jì)；需要在另一端短接電纜；開路故障不能定位。多點(diǎn)故障的無法測試。
三、低壓脈沖反射法原理：
適用于低阻( 低于10倍波阻抗) 、接地及開路故障，并可以測試電纜的全長和電波在電纜中的傳播速度。當(dāng)電纜發(fā)生低阻或接地故障時，故障點(diǎn)處的等效阻抗應(yīng)為故障電阻與電纜特性阻抗的并聯(lián)，故障電阻越小，反射波形越明顯。當(dāng)故障電阻為零時為全反射。由于測試端等效阻抗( 測試儀器的輸入阻抗) 大于電纜特性阻抗，所以在測試端產(chǎn)生同極性反射脈沖。而在低阻或接地故障處，由于故障電阻小于電纜特性阻抗，所以入射脈沖到達(dá)到故障點(diǎn)后產(chǎn)生反極性脈沖，并傳輸?shù)綔y試端，接收到的反極性脈沖的下降沿就對應(yīng)故障點(diǎn)的反射波。根據(jù)脈沖入射到返回所經(jīng)過的時間ΔT和電波在電纜中的傳播速度V，可以計(jì)算出傳播路徑的長度，進(jìn)而得到測試點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離S，具體計(jì)算公式為：S = 1/2(ΔT ×S)
通過反射脈沖的極性可以判斷故障的性質(zhì)。對于開路故障發(fā)射脈沖與反射脈沖同極性；而對于短路或低阻故障發(fā)射脈沖與反射脈沖反極性。當(dāng)電纜發(fā)生開路故障時，故障等效阻抗為故障電阻與電纜特性阻抗的串聯(lián)，開路即相當(dāng)于故障電阻為無窮大，這種情況入射脈沖將形成全反射，在測試端產(chǎn)生同極性反射脈沖，接收到同極性的脈沖的上升沿與故障點(diǎn)的反射波形對應(yīng)。電纜接頭處的特性阻抗通常會變大，在此處反射波和入射波同極性。而“T型頭”接頭處的等效阻抗較電纜特性阻抗小，所以在此處反射波和入射波極性相反。
電纜的高阻故障由于故障點(diǎn)的電阻較大（大于10倍的電纜波阻抗），低壓脈沖在故障點(diǎn)沒有明顯的反射。故不能用低壓脈沖法來測量，而只能由高壓設(shè)備發(fā)出高壓信號（沖閃時發(fā)出脈沖高壓），使故障點(diǎn)產(chǎn)生閃絡(luò)性放電，從而發(fā)生電壓突跳。這個突跳電壓在故障點(diǎn)和測試端之間來回反射，根據(jù)每一次往返所經(jīng)歷的時間和電波傳播速度，同樣用上面的公式計(jì)算出故障點(diǎn)的距離。低壓脈沖法由儀器內(nèi)部產(chǎn)生觸發(fā)，而閃絡(luò)法則由外部高壓產(chǎn)生觸發(fā)。此現(xiàn)象可以在不同情況下按采樣鍵得到反映，在低壓脈沖時按采樣波形馬上顯示出來，而高壓閃絡(luò)時按采樣鍵波形并不馬上反映出來，而是等外部高壓觸發(fā)打火后才顯示出來。此種代表性儀器為本公司生產(chǎn)的：電纜故障測試儀。
五、二次脈沖法：
二次脈沖法在電纜故障定位中的應(yīng)用的工作原理如下圖所示。首先使用一定電壓等級、一定能量的高壓脈沖在電纜的測試端施加給故障電纜，讓電纜的高阻故障點(diǎn)發(fā)生擊穿燃弧。同時，在測試端加入測量用的低壓脈沖，測量脈沖到達(dá)電纜的高阻故障點(diǎn)時，遇到電弧，在電弧的表面發(fā)生反射。由于燃弧時，高阻故障變成了瞬間的短路故障，低壓測量脈沖將發(fā)生明顯的阻抗特征變化，使得閃絡(luò)測量的波形變?yōu)榈蛪好}沖短路波形，使得波形判別特別簡單清晰。這就是我們稱之為的“二次脈沖法”。接收到的低壓脈沖反射波形相當(dāng)于一個線芯對地完全短路的波形。將釋放高壓脈沖時與未釋放高壓脈沖時所得到的低壓脈沖波形進(jìn)行疊加，2個波形會有一個發(fā)散點(diǎn)，這發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)的反射波形點(diǎn)。這種方法把低壓脈沖法和高壓閃絡(luò)技術(shù)結(jié)合在一起，使測試人員更容易判斷出故障點(diǎn)的位置。與傳統(tǒng)的測試方法相比,二次脈沖法的先進(jìn)之處，是將沖擊高壓閃絡(luò)法中的復(fù)雜波形簡化為最簡單的低壓脈沖短路故障波形，所以判讀極為簡單，可準(zhǔn)確標(biāo)定故障距離。
由于二次脈沖法固有的弊?。喝蓟r間短、燃弧不容易穩(wěn)定，現(xiàn)場測試時要通過多次實(shí)測波形的觀察，選擇合適的遲延時間，選出最適合判讀的測試波形，故障點(diǎn)發(fā)生在電纜始端或近始端，波形稍復(fù)雜一些，精確讀數(shù)會引入一定誤差。由于故障電纜的故障點(diǎn)被電弧回路，使芯線上存在幅度很大的衰減余弦振蕩波和故障點(diǎn)擊穿時在故障點(diǎn)和測試端來回反射的脈沖波。在余弦振蕩期間所有的脈沖波形均視為干擾信號，無法實(shí)施低壓脈沖法測試。只有在余弦振蕩結(jié)束后芯線上電壓趨于平穩(wěn)，而且在故障點(diǎn)電弧仍然存在期間才能進(jìn)行低壓脈沖測量。也就是說要避開大振蕩周期?，F(xiàn)場測試時要通過多次實(shí)測波形的觀察，選擇合適的遲延時間，選出最適合判讀的測試波形。所以，研制二次脈沖法的科研人員在此基礎(chǔ)上又在采樣軟件上進(jìn)行了改進(jìn)，再同一燃弧期間發(fā)送多個低壓脈沖，同時采集出多個二次脈沖波形同時顯示在屏幕上，以供操作人員進(jìn)行選擇，試圖解決二次脈沖法固有的操作復(fù)雜、難以同步等問題。但由于其原理的局限性，只是對其“二次脈沖法”有所改進(jìn)，無法從根本上解決二次脈沖法的局限性的問題，同時進(jìn)一步造成了操作人員使用儀器的復(fù)雜性。
七、三次脈沖法：
三次脈沖法是二次脈沖法的升級。其方法是首先在不擊穿被測電纜故障點(diǎn)的情況下，測得低壓脈沖的反射波形，緊接著用高壓脈沖擊穿電纜的故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧，在電弧電壓降到一定值時觸發(fā)中壓脈沖來穩(wěn)定和延長電弧時間。之后再發(fā)出低壓脈沖，從而得到故障點(diǎn)的反射波形，兩條波形疊加后同樣可以發(fā)現(xiàn)發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)對應(yīng)的位置。由于采用了中壓脈沖來穩(wěn)定和延長電弧時間，它比二次脈沖法更容易得到故障點(diǎn)波形。相對于二次脈沖法由于三次脈沖法不用選擇燃弧的同步時長，操作起來也更加簡便。三次脈沖代表性儀器為：三級多次電纜故障測試儀。
直流測距法又分為：電阻（電壓）比較法和電橋法兩種。
時域反射法根據(jù)采樣方式的不同又分為：三次脈沖法、二次脈沖法、電流取樣法、電阻（電壓取樣法）。
一、 電阻（電壓）比較法：
接線圖如下，在測試端的芯線和外護(hù)套上接毫伏表（萬用表毫伏檔），表筆直接與芯線和外護(hù)套接緊，不要接到儀器輸出線的夾子上，避免接觸電阻影響毫伏表的測量結(jié)果；儀器設(shè)置在連續(xù)輸出檔，調(diào)整輸出電壓，使輸出電流達(dá)到A1（整數(shù)如100.0mA），這時讀取毫伏表上的讀數(shù)V，由于電壓表輸入電阻很高，因此，流經(jīng)項(xiàng)線的電流很小，可以認(rèn)為毫伏表的電位測量端到故障點(diǎn)的電位，因此，該讀數(shù)即為測量端到故障點(diǎn)兩點(diǎn)的電位差V1。再將儀器移到電纜的另一側(cè)（末端）進(jìn)行測量，讓輸出電流值與始端測量時的數(shù)值一致，這時毫伏表的讀數(shù)為V2；
故障點(diǎn)距離始端的距離Lx=（V1×L）/（V1＋V2）；
也可以用比例來表示故障點(diǎn)的距離（V1×100）/（V1＋V2）；
采用這種預(yù)定位的本公司的代表產(chǎn)品主要有“電纜外護(hù)套故障測試儀”
電橋法原理如下:將被測電纜故障相與非故障相短接,電橋兩臂分別接故障相與非故障相,調(diào)節(jié)電橋兩臂上的一個可調(diào)電阻器,使電橋平衡,利用比例關(guān)系和已知的電纜長度就能得出故障距離。
顯然 L1/L2=R1/R2
接入電橋后構(gòu)成如下電路 r1/r2=R1/R2 L1/L2
平衡后有 L1/L=r1/r0=P‰（千分之P）P為刻度盤讀數(shù)。
因此L1=P‰·L
采用這種預(yù)定位的本公司的代表產(chǎn)品主要有“電線電纜高阻故障定位儀（高壓電橋法）”
直流測距法的主要缺陷有：需要電纜全長數(shù)據(jù)，通過步行估計(jì)；需要在另一端短接電纜；開路故障不能定位。多點(diǎn)故障的無法測試。
三、低壓脈沖反射法原理：
適用于低阻( 低于10倍波阻抗) 、接地及開路故障，并可以測試電纜的全長和電波在電纜中的傳播速度。當(dāng)電纜發(fā)生低阻或接地故障時，故障點(diǎn)處的等效阻抗應(yīng)為故障電阻與電纜特性阻抗的并聯(lián)，故障電阻越小，反射波形越明顯。當(dāng)故障電阻為零時為全反射。由于測試端等效阻抗( 測試儀器的輸入阻抗) 大于電纜特性阻抗，所以在測試端產(chǎn)生同極性反射脈沖。而在低阻或接地故障處，由于故障電阻小于電纜特性阻抗，所以入射脈沖到達(dá)到故障點(diǎn)后產(chǎn)生反極性脈沖，并傳輸?shù)綔y試端，接收到的反極性脈沖的下降沿就對應(yīng)故障點(diǎn)的反射波。根據(jù)脈沖入射到返回所經(jīng)過的時間ΔT和電波在電纜中的傳播速度V，可以計(jì)算出傳播路徑的長度，進(jìn)而得到測試點(diǎn)到故障點(diǎn)的距離S，具體計(jì)算公式為：S = 1/2(ΔT ×S)
通過反射脈沖的極性可以判斷故障的性質(zhì)。對于開路故障發(fā)射脈沖與反射脈沖同極性；而對于短路或低阻故障發(fā)射脈沖與反射脈沖反極性。當(dāng)電纜發(fā)生開路故障時，故障等效阻抗為故障電阻與電纜特性阻抗的串聯(lián)，開路即相當(dāng)于故障電阻為無窮大，這種情況入射脈沖將形成全反射，在測試端產(chǎn)生同極性反射脈沖，接收到同極性的脈沖的上升沿與故障點(diǎn)的反射波形對應(yīng)。電纜接頭處的特性阻抗通常會變大，在此處反射波和入射波同極性。而“T型頭”接頭處的等效阻抗較電纜特性阻抗小，所以在此處反射波和入射波極性相反。
電纜的高阻故障由于故障點(diǎn)的電阻較大（大于10倍的電纜波阻抗），低壓脈沖在故障點(diǎn)沒有明顯的反射。故不能用低壓脈沖法來測量，而只能由高壓設(shè)備發(fā)出高壓信號（沖閃時發(fā)出脈沖高壓），使故障點(diǎn)產(chǎn)生閃絡(luò)性放電，從而發(fā)生電壓突跳。這個突跳電壓在故障點(diǎn)和測試端之間來回反射，根據(jù)每一次往返所經(jīng)歷的時間和電波傳播速度，同樣用上面的公式計(jì)算出故障點(diǎn)的距離。低壓脈沖法由儀器內(nèi)部產(chǎn)生觸發(fā)，而閃絡(luò)法則由外部高壓產(chǎn)生觸發(fā)。此現(xiàn)象可以在不同情況下按采樣鍵得到反映，在低壓脈沖時按采樣波形馬上顯示出來，而高壓閃絡(luò)時按采樣鍵波形并不馬上反映出來，而是等外部高壓觸發(fā)打火后才顯示出來。此種代表性儀器為本公司生產(chǎn)的：電纜故障測試儀。
五、二次脈沖法：
二次脈沖法在電纜故障定位中的應(yīng)用的工作原理如下圖所示。首先使用一定電壓等級、一定能量的高壓脈沖在電纜的測試端施加給故障電纜，讓電纜的高阻故障點(diǎn)發(fā)生擊穿燃弧。同時，在測試端加入測量用的低壓脈沖，測量脈沖到達(dá)電纜的高阻故障點(diǎn)時，遇到電弧，在電弧的表面發(fā)生反射。由于燃弧時，高阻故障變成了瞬間的短路故障，低壓測量脈沖將發(fā)生明顯的阻抗特征變化，使得閃絡(luò)測量的波形變?yōu)榈蛪好}沖短路波形，使得波形判別特別簡單清晰。這就是我們稱之為的“二次脈沖法”。接收到的低壓脈沖反射波形相當(dāng)于一個線芯對地完全短路的波形。將釋放高壓脈沖時與未釋放高壓脈沖時所得到的低壓脈沖波形進(jìn)行疊加，2個波形會有一個發(fā)散點(diǎn)，這發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)的反射波形點(diǎn)。這種方法把低壓脈沖法和高壓閃絡(luò)技術(shù)結(jié)合在一起，使測試人員更容易判斷出故障點(diǎn)的位置。與傳統(tǒng)的測試方法相比,二次脈沖法的先進(jìn)之處，是將沖擊高壓閃絡(luò)法中的復(fù)雜波形簡化為最簡單的低壓脈沖短路故障波形，所以判讀極為簡單，可準(zhǔn)確標(biāo)定故障距離。
由于二次脈沖法固有的弊?。喝蓟r間短、燃弧不容易穩(wěn)定，現(xiàn)場測試時要通過多次實(shí)測波形的觀察，選擇合適的遲延時間，選出最適合判讀的測試波形，故障點(diǎn)發(fā)生在電纜始端或近始端，波形稍復(fù)雜一些，精確讀數(shù)會引入一定誤差。由于故障電纜的故障點(diǎn)被電弧回路，使芯線上存在幅度很大的衰減余弦振蕩波和故障點(diǎn)擊穿時在故障點(diǎn)和測試端來回反射的脈沖波。在余弦振蕩期間所有的脈沖波形均視為干擾信號，無法實(shí)施低壓脈沖法測試。只有在余弦振蕩結(jié)束后芯線上電壓趨于平穩(wěn)，而且在故障點(diǎn)電弧仍然存在期間才能進(jìn)行低壓脈沖測量。也就是說要避開大振蕩周期?，F(xiàn)場測試時要通過多次實(shí)測波形的觀察，選擇合適的遲延時間，選出最適合判讀的測試波形。所以，研制二次脈沖法的科研人員在此基礎(chǔ)上又在采樣軟件上進(jìn)行了改進(jìn)，再同一燃弧期間發(fā)送多個低壓脈沖，同時采集出多個二次脈沖波形同時顯示在屏幕上，以供操作人員進(jìn)行選擇，試圖解決二次脈沖法固有的操作復(fù)雜、難以同步等問題。但由于其原理的局限性，只是對其“二次脈沖法”有所改進(jìn)，無法從根本上解決二次脈沖法的局限性的問題，同時進(jìn)一步造成了操作人員使用儀器的復(fù)雜性。
七、三次脈沖法：
三次脈沖法是二次脈沖法的升級。其方法是首先在不擊穿被測電纜故障點(diǎn)的情況下，測得低壓脈沖的反射波形，緊接著用高壓脈沖擊穿電纜的故障點(diǎn)產(chǎn)生電弧，在電弧電壓降到一定值時觸發(fā)中壓脈沖來穩(wěn)定和延長電弧時間。之后再發(fā)出低壓脈沖，從而得到故障點(diǎn)的反射波形，兩條波形疊加后同樣可以發(fā)現(xiàn)發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)對應(yīng)的位置。由于采用了中壓脈沖來穩(wěn)定和延長電弧時間，它比二次脈沖法更容易得到故障點(diǎn)波形。相對于二次脈沖法由于三次脈沖法不用選擇燃弧的同步時長，操作起來也更加簡便。三次脈沖代表性儀器為：三級多次電纜故障測試儀。
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