8.2常用电缆故障测试方法有哪几种？各有什么特点？

8.2常用电缆故障测试方法有哪几种？各有什么特点？

   电缆线路的故障测试一般包括故障测距和精确定点，电缆故障测试方法是指故障点的初测即故障测距。根据测试仪器和设备的原理，大致分为电桥法和脉冲法两大类，其测试特点如下。

  （1）电桥法。是一种传统的测试方法，如惠斯顿直流单臂电桥、横河直流双臂电桥和根据单臂电桥原理制作的QF1-A型电缆探伤仪等，均可以用来进行电缆故障测试。

  电桥法是利用电桥平衡时，对应桥臂电阻的乘积相等，而电缆的长度和电阻成正比的原理进行测试的。

它的优点是操作简单，精度较高，主要不足是测试局限性较大。

对于短路（接地）电阻在100k以下的单相接地、相间短路、二相或三相短路接地等故障的测试误差一般在0.3%~0.5%，但是当短路（接地）电阻超过100k时，由于通过检流计的不平衡电流太小而呆滞，误差会很大。在测试前要对电缆加以交流或直流电压，将故障点的电阻烧低后再进行测量。对于用烧穿法无效的高阻短路（接地）故障不能用电桥法进行测试。

（即：适用于100kΩ以下的接地故障，100kΩ以上的，先烧穿，但误差较大）

  电缆断线故障和三相短路（接地）故障，虽然可以用QF1-A型电缆探伤仪进行测试，但是与其他测试设备相比，因其使用较复杂、误差较大而一般很少被采用，电桥法还不适用于闪络型电缆故障的测试。

  （2）脉冲法。是应用脉冲信号进行电缆故障测距的测试方法。它分低压脉冲法、脉冲电压法和脉冲电流法三种。

  1）低压脉冲法。是向故障电缆的导体输入一个脉冲信号，通过观察故障点发射脉冲与反射脉冲的时间差进行测距。

低压脉冲法具有操作简单、波形直观、对电缆线路技术资料的依赖性小等优点。

但其缺点是：对于电阻大于100的短路（接地）故障，因反射波的衰减较大而难以观察；由于受脉冲宽度的局限低压脉冲法存在测试盲区，如果故障点离测试端太近也观察不到反射波形；不适用于闪络型电缆故障。

  2）脉冲电压法。是对故障电缆加上直流高压或冲击高电压，使电缆故障点在高压下发生击穿放电，然后仪器通过观察放电电压脉冲在测试端到放电点之间往返一次的时间进行测距。

脉冲电压法基本上都融入了微电子技术，能直接从显示屏上读出故障点距离。DGC型、DCE型电缆故障遥测仪都属于这一类仪器。

  脉冲电压法的优点在于电缆故障点只要在高电压下存在充分放电现象，就可以测出故障点的距离，几乎适用于所有类型的电缆故障。

  脉冲电压法的缺点是测试信号来自高压回路，仪器与高压回路有电耦合，很容易发生高压信号串入导致仪器损坏。另外，故障放电时，特别是进行冲闪测试时，分压器耦合的电压波形变化不尖锐、不明显，分辨较困难。

  3）脉冲电流法。脉冲电流法与脉冲电压法区别在于：前者通过一线性电流耦合器测量电缆故障击穿时的电流脉冲信号，使测试接线更简单，电流耦合器输出的脉冲电流波形更容易分辨，由于信号来自低压回路，避免了高压信号串入对仪器的影响。是目前应用较为广泛的一种测试方法，如T-903型电缆故障测距仪。（以上文字内容节选自《电力电缆安装运行技术问答》）

扩展阅读：

DL/ T 849.1《电力设备专用测试仪器通用技术条件第1部分：电缆故障闪测仪》 

电缆故障粗测常见的几种行波测试方法

A.1  概述

电缆故障的探测工作分粗测和精测两个步骤，闪测仪主要用于电缆故障的粗测，而精测则借助于电缆路径仪和电缆故障定点仪。电缆故障粗测常见的几种行波测试方法有：低压脉冲法、脉冲电压法、脉冲电流法、弧反射法。低压脉冲法用于测量电缆的低阻、短路与开路故障，后三种方法则主要用于测量电缆的高阻故障。

A.2  低压脉冲法

测试时，仪器向待测电缆注入一低压脉冲，该脉冲沿电缆传播至阻抗不匹配点，如短路点、开路点、中间接头、电缆破损处等，脉冲将产生反射。通过采集入射脉冲和反射脉冲的波形，计算两者间的传输时间差，同时结合脉冲在待测电缆中的传输波速度，按式A.1可得出故障点与测试端的距离。

                                    L=υ·△t/2                                 (A.1)

式中：

L——故障点与测试端的距离；

υ——脉冲传输波速度；

△t——入射脉冲与反射脉冲的传输时间差。

通过识别反射脉冲的极性，可以判定故障的性质。低阻、短路故障的反射脉冲与入射脉冲极性相反，而开路故障反射脉冲与入射脉冲极性相同，图A.1为典型短路故障波形，图A.2为典型开路故障波形。

由式A.1可知，脉冲在电缆中的传输波速度对于准确地计算故障距离很关键。在不清楚电缆的波速度值的情况下，可依据电缆全长及入射脉冲与反射脉冲的传输时间差，按式A.2计算得到波速度值。

                               υ=2·L/△t                               (A.2)

式中：

υ——脉冲传输波速度；

L——已知电缆的全长；

△t——入射脉冲与反射脉冲的传输时间差。

A.3  脉冲电压法

通过直流高压源向故障电缆施加直流高压，使故障点击穿放电，故障点击穿放电后产生一电压行波信号，该信号在测量端和故障点之间往返传播，在直流高压源的高压端，通过仪器接收并测量出该电压行波信号往返一次的时间差，从而计算出故障距离的一种方法。该方法由于仪器侧与高压电源部分有直接电气连接，存在安全隐患，目前已逐步淘汰。

A.4  脉冲电流法

该方法分直流高压闪络测试法和冲击高压闪络测试法两种，分别简称为直闪法和冲闪法。

直闪法测试原理图如图A.3所示。测试时，调节调压器使储能电容器电压持续升高至一定数值，此时故障点击穿放电，闪测仪通过电流耦合器采集电缆故障击穿时产生的电流行波信号进行故障距离的测量。

直闪法脉冲电流行波网格图如图A.4所示。假定行波信号从测量端流向电缆故障点为正方向，待测电缆波阻抗为Z0。时间t＝0时，电缆故障点在外加电压-E作用下击穿形成短路电弧，故障点电压突跳为零，此时故障点处产生一个与-E相反的正突跳电压E，由于突跳电压E产生的电流行波是从故障点流向测量端，故其对应的电流i0＝-E/Z0；t＝τ时，电流行波i0到达测量端，而储能电容器C对高频电流行波信号呈短路状态，电流在测量端被全反射；t＝2τ时，电流行波i0又重新到达故障点，此时故障点被电弧短路，电流又被全反射回测量端；t＝3τ时，到达测量端并产生第二次反射。如此反复，直至整个瞬态过程结束。

由于测量端的电流是所有电流行波的和，在不考虑能量衰减的前提下，将图A.4时间轴上的电流行波逐点相加，可得到图A.5所示的幅值图形。

测量端电流初始值为2i0，即电流入射波i0到达测量端后，产生电流加倍，而电流耦合器的输出则只反映电流的突变成分，其波形如图A.6所示。

由图可见，t1＝τ与t2＝3τ时分别出现两个负脉冲，第一个负脉冲是故障点放电电流到达测量端引起；第二个负脉冲则是电流行波在故障点反射回到测量端引起。后续脉冲则是电流行波在故障点与测量端来回反射造成。图上任意相邻两个负脉冲间的时间差Δt即电流行波在故障点与测量端之间往返一次所需的时间，因而其故障距离计算公式为：

                                        L＝υ·Δt/2                                 (A.3)

式中：

L——故障点与测量端的距离；

υ——脉冲传输波速度；

△t——放电电流往返测量端与故障点的时间差。

冲闪法测试原理图如图A.7所示，与直闪法接线基本相同，不同在于储能电容器与待测电缆之间串接有一放电间隙。测量时，通过调节调压升压器对储能电容器充电，当电容器电压足够高时，球形间隙击穿，从而瞬间将直流高压施加于待测电缆。

冲闪法脉冲电流行波网格图如图A.8所示。假定行波信号从测量点流向电缆故障点为正方向，待测电缆波阻抗为Z0。球间隙击穿后，电压行波-E沿电缆向故障点运动，相应的电流行波i0＝-E/Z0。经时间τ后到达故障点，经放电延时td后，故障点开始击穿放电。故障点电压从-E突跳为零，产生如直闪法类似的行波过程，相应的测量端电流幅值图与线性耦合器输出波形分别见图A.9与图A.10。

图A.10中，线性电流耦合器输出波形的第一个脉冲是球间隙击穿时储能电容器对待测电缆放电引起；第二个脉冲则是由故障点放电电流行波在测量端全反射迭加引起，幅值是故障点放电电流幅值的两倍。后续脉冲则是电流行波在故障点与测量端来回反射造成。图上任意相邻两个负脉冲之间的时间差Δt即电流行波在故障点与测量端之间往返一次所需的时间，可用公式A.3来计算故障点与测量端的距离。

A.5  弧反射法

在电缆故障测试中，故障点被高压脉冲击穿时，一般都会产生电弧。由于电弧的电阻很小，因此可认为在电弧存在期间，故障性质转变为低阻甚至短路状态。弧反射法的工作原理等同于低压脉冲比较法。

如图A.11所示。测试时先用闪测仪向电缆发射一低压脉冲信号。对低压脉冲而言，电缆高阻故障呈现为无故障波形；再用高压信号发生器来击穿故障点，在起弧期间，闪测仪发射一低压脉冲信号。由于此时的故障性质实际上转变成了短路故障，因此可得到同低压脉冲法测短路故障相同的波形。具体而言，即是用高压信号发生器使电缆的高阻故障击穿放电，在高压电弧产生的同时，用延弧装置向待测电缆中注入一持续较大的能量来延长电弧维持的时间。在电弧持续时，通过滤波器向电缆发射一低压脉冲信号，记录下此时入射脉冲与反射脉冲波形，此波形可称为带电弧脉冲反射波形。由于电弧电阻很小，可认为是短路故障，因而记录下的带电弧脉冲反射波形极性与入射脉冲波形极性相反。

将上述两波形同时显示在仪器屏幕上，在故障点处将出现明显差异点，该差异点即为故障点，因而可以很容易地判断出故障点的位置