**章概述
一、用途
用于电力电缆的故障测试,是一套集成化设备,包括两台仪器及相关附件:
1. (以下简称主机)
主机有以下功能:
l 低压脉冲测距
l 脉冲电流测距
l 声磁同步定点
l 路径探测
2. ST-500电缆路径探测信号发生器(以下简称信号发生器)
信号发生器用于路径探测的信号发射。
相对于传统的分体设备,其设备件数、体积、重量均大幅缩减,且功能强大、简单易用、小巧便携,是传统设备的换代产品。
二、功能特点
1. 功能全:
l 低压脉冲故障测距
l 脉冲电流故障测距
l 声磁同步精准定点
l 电缆路径探测
2. 故障测距功能:
l 低压脉冲法:适用于低阻、短路、断线故障的精准测距。
l 脉冲电流法:适用于高阻、闪络型故障的测距,使用电流耦合器从地线上采集信号,与高压部分隔离,**可靠。
3. 精准定点功能:
l 声磁同步接收,抗干扰能力强。
l 声磁信号波形显示,信号和噪声易于区分。
l 光标测量声磁延时,精准判断故障点的远近。
l 可根据磁场波形的初始极性,在定点的同时进行路径探测。
4. 路径探测功能:
l 信号发生器:
Ø 大容量锂离子电池供电,摆脱市电束缚。
Ø 全自动功率匹配和保护,无需人工调整。
Ø 较大功率输出。
l 音峰/音谷法路径探测。
l 信号幅值显示。
l 可进行80%法或45°法测深。
5. 大屏幕液晶显示,界面友好、简单易用。
6. SD卡存储测试波形,存储容量大,可导入计算机进行存档、分析和打印。
7. 内置大容量锂离子电池供电,配快速充电器。
8. 电源管理:根据不同功能开启不同的电源通路,尽量减小功耗;若15分钟没有任何操作,仪器将自动关机;电池欠压时也将自动关机,以保护电池。
9. 集成化设备,小巧便携。
三、技术指标 (M为主机,T为信号发生器,M&T为共同特性)
1. 测距功能(M):
(1) 测距模式:低压脉冲、脉冲电流。
(2) 采样频率:100MHz。
(3) 分辨率:低压脉冲模式1m;脉冲电流模式4m。
(4) 低压脉冲模式发射电压:30V。
(5) 测距范围:30km。
(6) 盲区:2m。
2. 声磁同步定点功能(M):
(1) 声音信号通频带:中心频率400Hz,带宽200Hz。
(2) 信号增益:80dB。
(3) 定点精度:0.1m。
3. 路径探测功能(M):
(1) 接收频率:1kHz。
(2) 增益:80dB。
4. 路径探测信号发生器(T):
(1) 发射频率:1kHz。
(2) 发射功率:≥3.5W。
(3) 输出特性:开路电压≥100Vp-p;短路电流≥300mA;
根据实际负载全自动匹配;自动短路保护。
5. 电源:
(1) 电池(M&T):内置锂离子电池组,标称电压7.4V,容量3000mAH。
(2) 功耗:主机(M)400mA,可连续使用时间>6小时;
信号发生器(T)500mA。可连续使用时间>5小时;
(3) 充电器(M&T):输入AC220V±10%,50Hz;标称输出8.4V,DC1A。
(4) 充电时间(M&T):<4小时。
6. 显示方式:主机(M)320×240点阵大屏幕液晶;信号发生器(T):表头。
7. 体积(M&T):210mm×160mm×65mm。
8. 质量:主机(M)0.7kg���信号发生器(T)0.7kg。
9. 使用条件(M&T):温度:-10℃-40℃,湿度5-90%RH,海拔<4500m。
四、基本测试步骤
1、一般步骤:
(1) 故障性质诊断
(2) 故障测距
(3) 路径探测
(4) 精准定点
2、故障性质的诊断和测试方法的选择。
在电缆发生故障后,须首先判断电缆的故障性质。
首先用兆欧表在电缆的一端测量各相对地及相间的绝缘电阻。如果兆欧表的测量值为零,则可能还有零到上百kΩ的电阻,故还须用万用表测量电阻值;如各相对地及相间绝缘电阻很高,绝缘正常,则应测试导体是否断线:在电缆的一端将三相短接并对地短路,在另一端重复测量,判断是否断线。
明确故障性质后,需选择不同的测距和定点方法,见下表:
表1-4-2:故障性质和测试方法选择表
|
故障
性质
|
故障表现形式
|
测距方法
|
定点方法
|
1
|
低阻
|
兆欧表测量:0
万用表测量:< 200Ω
|
低压脉冲
|
音频法(备选)
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声磁同步
|
2
|
断线
|
导体不连续
|
声磁同步
|
3
|
高阻
|
兆欧表测量:>0
或:
兆欧表测量:0
万用表测量:≥ 200Ω
|
脉冲电流
|
4
|
闪络
|
兆欧表测量:绝缘正常
耐压试验:不通过
|
备注:(1)表中阴影部分表示:脉冲电流测距和声磁同步定点需要配套使用高压冲击信号发生器(该高压发生器不包含在本套设备中,需另配)。
(2)音频法定点低阻故障为备选方案,声磁同步不成功时选用,需配套使用路径探测信号发生器。
**章仪器组成和简介
包括两台仪器及相关附件:
1.ST-400电力电缆故障综合测试仪(简称主机)
主机有以下功能,并根据不同功能使用相应附件:
l 低压脉冲测距,附件:低压脉冲测试线
l 脉冲电流测距,附件:脉冲电流耦合器
l 声磁同步定点,附件:定点传感器、耳机
l 路径探测,附件:路径传感器、耳机
2. ST-500电缆路径探测信号发生器(简称信号发生器)
信号发生器用于路径探测的信号发射,附件:输出连接线、接地钎。
3. 通用附件:充电器。
一、(M:主机)
主机外观结构如图2-1-1所示:
图2-1-1 主机外观和接口
主机面板如图2-1-2所示:
图2-1-2 主机面板
主机面板上有以下内容:
1. 液晶屏幕:
显示各种信息,显示的内容在以后章节中有详细介绍。
2. 模式选择键及相应指示灯:
面板右上角区域的按键用来选择仪器测试模式,选中后按键旁边的指示灯亮。
(1) 低压脉冲 键:进入低压脉冲测距模式(开机默认)。
(2) 脉冲电流 键:进入脉冲电流测距模式。
(3) 定点 键:进入声磁同步精准定点模式。
(4) 路径 键:进入路径探测接收模式。
3. 测试键和信号指示灯(面板右下角区域):
(1) 测试 键:低压脉冲模式:按一下进行一次测试;
脉冲电流模式:按一下进入等待触发状态;
定点、路径模式:无效。
(2) 信号 指示灯:低压脉冲模式:进行测试时闪亮一次;
脉冲电流模式:触发时闪亮一次;
定点模式:磁场触发时闪亮一次;
路径模式:无效。
4. 测距模式(低压脉冲/脉冲电流)相关按键的基本功能:
面板左下角区域的按键基本是为了测距功能服务。按键上直接标注的功能为其基本功能定义,直接按键即执行基本功能:
(1) 范围 +/-键:用来改变当前测试范围(量程)。
(2)
和
键:用来移动光标。
(3) 定位/确定 键:定位功能:自动移动光标,定位故障点。
确定功能:当某些操作需要时,用来进行确认。
(4) 增益 +/-:用来调整信号增益。
(5) 开关 键:长按1秒钟有效,用来打开或关闭仪器电源。
(6)
键:背光键,用来打开和关闭液晶屏背光。背光功能为按键抬起执行。
(7) 存储 键:用来存储当前波形。
(8) 后翻 和 前翻 键:当调出SD卡已存储的波形时,用来选择需要查看的波形,后翻选择上一个,前翻选择下一个。
5. 测距模式相关按键的上档(Shift)功能:
按住Shift键(基本功能的
键)不放,再按其它键,则执行键旁边标注的上档功能:
(1) 波速 +/-键:用来调整电缆波速度。
(2)
和
键:比例缩放键,用于对波形的缩小/放大显示。
(3) 光标切换 键:用来切换虚实光标。
(4) 暂存 键:在仪器内存中暂存当前波形,以备双波形比较。
(5) 比较 键:同时显示当前波形和暂存波形,以便比较两波形的异同。
(6) 调出 键:调出SD卡中存储的历史波形。
仪器顶部接口板见图2-2-2所示:
图2-1-3 主机顶接口板
6. 测距插口:低压脉冲模式下,接低压脉冲测试线;
脉冲电流模式下,接脉冲电流耦合器。
7. 定点插口:定点模式下,接定点传感器。
图2-1-4 主机侧接口板
8. 路径插口:路径模式下,接路径传感器。
9. SD存储卡插槽:SD卡用来存储测距波形。需要时将SD卡插入插槽,按压到底;需要取出时,按一下SD卡,将自动弹出。
主机侧面接口板见图2-1-4所示:
10.耳机插口:用来在定点、路径模式下,接耳机监听声音。
11.充电插口:用来接充电器,对仪器内置电池充电。
12.声音增益:定点模式下,用来调整声音信号增益。
13.磁场/路径增益:定点模式下,用来调整磁场信号增益。
路径模式下,用来调整路径信号增益。
二、ST-500电缆路径探测信号发生器(T:信号发生器)
信号发生器外观结构如图2-2-1所示:
图2-2-1 信号发生器外观和接口
信号发生器面板如图2-2-2所示:
图2-2-2 信号发生器面板
信号发生器面板上有以下内容:
1. 表头:正常情况下用来显示输出电流,其满幅值为500mA;
按 电池检测 键则显示电池水平,指针位于绿**域表示电池电量正常,若指针位于黄**域,表示电池欠压,仍可工作一小段时间,建议充电;若指针低于黄**域,表示电池电量不足,可能无法开机,需充电后再使用。
2. 开关 键:长按1秒钟有效,用来打开或关闭仪器电源。
图2-2-3 信号发生器侧接口板
3. 电池检测 键:用来检测电池电量水平,按下后观察表头显示可判断电池电量是否正常。本功能在开机和关机状态下均可使用,
4. “电源“指示灯:用来表示电源状态。开机后,本指示灯亮。若电池电量正常,则常亮;若电池欠压,则闪烁;若严重欠压,则自动关机,灯灭。
5. “信号”指示灯:用来表示信号输出状态。若选择“连续”输出模式,则常亮;若选择“断续”输出模式,则闪烁。
主机侧面接口板见图2-1-4所示:
6. 输出模式选择开关:用来选择连续或断续输出。断续输出时以输出0.5秒,停止0.5秒的节奏发射信号。
7. 输出插口:用来接输出连接线,对目标电缆发射信号。
8. 充电插口:用来接充电器,对仪器内置电池充电。
第三章低压脉冲法测距
一、ST电力电缆故障综合测试仪适用范围
低压脉冲法用于电缆的低阻、短路及断线故障;还可用于测量电缆的长度、波速度;也可用于区分电缆的中间头、T型接头和终端头。
二、ST电力电缆故障综合测试仪工作原理
低压脉冲法使用时域反射法(TDR)原理,又叫脉冲反射法。测试时向电缆注入一低压脉冲,脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点,如短路点、故障点、中间接头等,脉冲产生反射,回送到测量点被仪器记录下来,如图3-2-1所示:
图3-2-1 低压脉冲法原理图
从ST电力电缆故障综合测试仪发射脉冲开始计时,到接收到故障点的反射脉冲共需时Δt;脉冲行波传播速度为V,则故障点距离Lx为:
(3-1)
(3-2)
其中为故障点的输入阻抗,
为线路的特性阻抗。从式3-2可得到:断线故障反射脉冲与发射脉冲极性相同;而短路(混线)故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反。因此通过识别反射脉冲的极性,可以判定故障的性质。如图3-2-1和图3-2-2所示:
三、测试步骤
1、ST电力电缆故障综合测试仪接线:
首先用放**将电缆各相线对地充分放电;将低压脉冲测试线的插头接主机顶接口板的 测距 信号插口,测试线的的两个夹钳接故障相和地(或两故障相),如图3-4-1所示:
图3-3-1 低压脉冲法接线图
2、选择工作模式:
长按 开关 键打开电源,按 低压脉冲 键,进入低压脉冲测距模式(开机默认),低压脉冲法的显示界面如图3-3-2所示:
图3-3-2 低压脉冲法显示界面
3、选择测试范围:
初始测试时选择的范围应大于电缆全长至少几百米,如:电缆全长为800m,则应选择2km范围,而不应选择1km。若发现可疑点较近,为了得到更高的测距分辨率,可以适当将范围缩小。每改变一次范围,仪器会自动进行一次测试。
4、设定波速:
根据电缆的类型设定合适的波速。
几种常用电力电缆的波速为:
l 交联聚乙烯电缆:波速170m/us
l 油浸纸电缆:波速160m/us
l 聚乙烯全塑电缆:波速201m/us
l 橡胶电缆:波速220m/us
不同生产厂家或不同批次的电缆,即使是相同型号,其波速也会有细微差别,当需要精准测距时,需根据已知的电缆全长校准波速度,参见本节第11条。
5、测试:
按一次测试 键,即进行一次脉冲发射,“信号”指示灯闪烁,仪器接收和处理脉冲反射信号,并进行显示。
6、调整增益:
增益是指仪器对信号的放大倍数,调节增益可以改变的波形幅值,一般要调到需要的波形幅值足够大且不失真。
增益调整方法:按 增益 +/-键,可以调整信号增益。每改变一次增益,仪器自动进行一次测试。
6、光标定位:
反射脉冲波形的起始位置是故障位置。将光标移动到脉冲波形开始有明显变化的位置(如图3.4.2虚光标位置),屏幕右上角显示的距离就是故障距离。
注意:光标在其他位置时,显示的距离没有意义。
自动定位方法:按 定位/确认 键,仪器进行自动光标定位。如果自动定位没有得到正确结果,应进行人工定标。
手动光标定位方法:按
和
键,可以左右移动光标。图3-3-3为一个典型的混线故障波形,虚线光标位置即为故障点距离:320m。因为波形向下,故判断为混线故障;若波形向上,则为断线故障。
图3-3-3典型的混线故障波形定位
6、波形缩放:
如果需要精细观察,从而得到更高的测距分辨率,可以将波形进行水平缩放。
波形缩放方法:按放大键将波形放大;按缩小键将波形缩小。
在波形放大状态,无法进行自动定位。
6、波形暂存和比较:
通过比较电缆故障线对和完好线对的波形,可以更容易识别故障点。
波形比较方法:首先测试得到故障线对波形,按暂存键,将当前波形在仪器内存中暂存,屏幕左上角显示暂存标志。然后在条件不变的情况下测试一条完好线对的波形,按比较键,屏幕上将同时显示两条波形,屏幕上部显示双波形比较标志。通过比较两波形的异同,可以帮助寻找故障点。如图3-3-4所示:
图3-3-4波形比较
7、相对距离测量:
若需得到故障点和参照点(如电缆接头)的相对距离,操作如下:
ST电力电缆故障综合测试仪开机后默认实光标在***位置;调整虚光标将其移动到参照点;按光标切换 键,实光标和虚光标的位置互换,现在实光标位于参照点,虚光标位于***;调整虚光标移动到故障点,显示的距离值即为两者之间的相对距离,如图3-3-5所示。
图3-3-5 相对距离测量
7、波速度校准:
根据已知的电缆全长,可以精准校准波速度。
用一段已知长度的同类型电缆,测量其对端开路和短路波形并比较,将虚光标移动到波形明显分叉处,调整波速使得长度测量值和已知长度相同,则此时的波速为本条电缆的实际波速。
8、波形存储和查看:
按 存储 键将在SD卡中存储当前测试的波形,按 调出 键(即同时按 Shift 键和 存储 键)后,屏幕显示*后一次存储的波形,用后翻 和 前翻 键可以选择显示其他波形。
若需要进行计算机存档管理,或需要进一步分析以及打印,需将SD卡取出,插入卡器并和计算机连接,将SD卡中存储的波形数据导入计算机,在后台软件的支持下可以进行存档、分析和打印。
第四章脉冲电流法测距
一、适用范围
脉冲电流法用于电缆的高阻和闪络性故障的测距,需要和高压冲击信号发生器配合使用。
二、工作原理
1、ST电力电缆故障综合测试仪基本原理:
当电缆故障点绝缘电阻较大(大于10倍电缆特性阻抗,Rf>10Zc≈200Ω)时,故障点的反射系数很小,造成反射脉冲无法分辨,因此低压脉冲法无法测距。
使用高压发生器向故障电缆施加高压,使得故障点击穿放电,放电脉冲在故障点和测试端之间来回反射,用仪器采样记录此信号并测量时间差,将得到故障点的距离。
有两种方法可以采集放电脉冲信号:电压取样和电流取样,采用电流取样即为脉冲电流法:电流耦合器采集测试地(电缆金属外皮)流回高压储能电容的电流,与高压部分完全隔离,**可靠,波形较易识别。
2、直闪法:
直流高压闪络法(直闪法)用于测量闪络性故障,即故障点绝缘电阻极高,但在做耐压试验时电压上升到一定水平产生闪络击穿的故障。
直闪法原理如图4-2-1所示,其中T1为调压器;T2为高压变压器,容量应在1KVA左右;VD为高压硅堆;C为高压储能电容器,容量在2μF以上;L为电流耦合器。调节T1调压器,使得输出电压逐渐升高,直至故障点击穿。
图4-2-1 直闪法原理图
直闪法的波形如图4-2-2所示:
图4-2-2 直闪法波形
3.冲闪法:
当电缆故障点的电阻不是很高时,故障点的泄漏电流较大,如果使用直闪法,因T2高压变压器的内阻很大,输出电压将无法升高到闪络电压,这时必须使用冲击高压闪络法(冲闪法)。冲闪法也适用于大多数闪络型故障。
冲闪法原理如图4-2-3所示,它与直闪法基本相同,区别在于在储能电容C和电缆之间串入一球间隙G。调节T1调压器对电容C充电,当电容电压上升到一定程度时,球间隙G击穿,电容C对电缆放电,由于电容的内阻极小,输出电压将能足够高并使得故障点击穿。
图4-2-3 冲闪法原理图
冲闪法的波形如图4-2-4所示:
图4-2-4 冲闪法波形
三、测试步骤
1、ST电力电缆故障综合测试仪接线:
使用脉冲电流法必须配合使用高压冲击信号发生器,推荐使用集成化的设备,操作简单,**可靠;也可以使用由分立器件组合成的高压冲击放电装置。
测试接线如图4-3-1所示。
图4-3-1 与其他高压设备配合使用
以电缆相对地故障为例,将高压发生器的高压输出线连接电缆故障相,测试地线连接电缆的金属护套;将脉冲电流耦合器挂在测试地线上,耦合器输出插头接主机 测距 信号插口。
若电缆是相间故障,则需将高压发生器测试地线连接另一故障相,并将其接地。
接线注意事项
l 接线前须对电缆充分放电!
l 高压发生器的保护地必须接好,并不得直接接测试地!
l 耦合器的箭头必须指向电缆地方向。
l 耦合器挂接的测试地线越直越好(尤其在耦合器附近)。
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2、选择工作模式:
按脉冲电流键,进入脉冲电流测距模式,其显示界面和低压脉冲法基本相同。
3、选择测试范围:
初始测试时选择的范围应大于电缆全长至少几百米,如:电缆全长为800m,则应选择2km范围,而不应选择1km。
若发现可疑点较近,为了得到更高的测距分辨率,可以适当将范围缩小。
如果确信故障点已经放电(观察高压发生器的高压表,发现放电时电压跌落明显,说明已放电),但仍然没有得到放电波形,说明故障点的击穿延时有可能较长,可以适当将范围增大再测试。
4、设定波速:
根据电缆类型设定合适的波速。
5、测试并调整增益:
按测试键,仪器进入等待触发状态,当高压发生器对电缆放电后,仪器触发、采集并显示波形。若波形过小须调高增益,反之调低,再重复测试,直至获得满意的脉冲电流波形。
6、故障点定位:
采集到波形后,按 和 键 将虚光标定位在**个放电脉冲起始点,再按光标切换键,将虚光标变为实光标,再移动虚光标移动到**个脉冲起始点,其相对距离即为故障点。
按定位/确定键,仪器能自动进行计算和定标。
图4-3-2为一组典型的直闪法波形:
图4-3-2典型的直闪法波形
图4-3-3为一组典型的冲闪法波形:
图4-3-3 典型的冲闪法波形
6、定标时的注意事项:
(1) 直闪法和冲闪法的区别在于冲闪波形往往有球间隙放电形成的脉冲,而且从球间隙放电到故障点击穿有一定延时;
(2) 由于杂散电感的影响,往往在反射脉冲波头有向上凸起,应注意将虚光标定位于向上凸起的起始点;
(3) 利用比例放大功能精准定标;
(4) 反射波头的凸起起始点有时不易精准定位,往往造成测距值略大于实际故障距离;
(5) 故障点必须击穿才能正确测距,判断故障点是否击穿的方法:
①. 故障点击穿时,球间隙放电声清脆响亮,火花较大。而没击穿时,一般球间隙放电声嘶哑,不清脆,而且火花较弱。
②. 电缆故障点击穿时,电压表指针摆动范围较大。而未击穿时,电压表摆动较小,
③. 根据仪器记录波形判断。图4-3-5为电缆未击穿时的典型波形。
图 4-3-5 故障点未击穿时的典型波形
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