*章

一、3M2773低壓電纜故障分析儀用途

用于電力電纜的故障測試，是一套集成化設(shè)備，包括兩臺儀器及相關(guān)附件：

?

主機(jī)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（以下簡稱信號發(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(tǒng)的分體設(shè)備，其設(shè)備件數(shù)、體積、重量均大幅縮減，且功能強(qiáng)大、簡單易用、小巧便攜，是傳統(tǒng)設(shè)備的換代產(chǎn)品。

二、3M2773低壓電纜故障分析儀功能特點(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(qiáng)。

聲磁信號波形顯示，信號和噪聲易于區(qū)分。

光標(biāo)測量聲磁延時(shí)，判斷故障點(diǎn)的遠(yuǎn)近。

可根據(jù)磁場波形的初始極性，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(hù)，無需人工調(diào)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、簡單易用。

SD卡存儲(chǔ)測試波形，存儲(chǔ)容量大，可導(dǎo)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行存檔、分析和打印。

內(nèi)置大容量鋰離子電池供電，配快速充電器。

電源管理：根據(jù)不同功能開啟不同的電源通路，盡量減小功耗；若15分鐘沒有任何操作，儀器將自動(dòng)關(guān)機(jī)；電池欠壓時(shí)也將自動(dòng)關(guān)機(jī)，以保護(hù)電池。

集成化設(shè)備，小巧便攜。

三、3M2773技術(shù)指標(biāo)(M為主機(jī)，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(qū)：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：開路電壓≥100Vp-p；短路電流≥300mA；

根據(jù)實(shí)際負(fù)載全自動(dòng)匹配；自動(dòng)短路保護(hù)。

電源：

電池（M&T）：內(nèi)置鋰離子電池組，標(biāo)稱電壓7.4V，容量3000mAH。

功耗：主機(jī)（M）400mA，可連續(xù)使用時(shí)間>6小時(shí)；

信號發(fā)生器（T）500mA。可連續(xù)使用時(shí)間>5小時(shí)；

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

充電時(shí)間（M&T）：<4小時(shí)。

顯示方式：主機(jī)（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(jī)（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(yīng)測試導(dǎo)體是否斷線：在電纜的一端將三相短接并對地短路，在另一端重復(fù)測量，判斷是否斷線。

明確故障性質(zhì)后，需選擇不同的測距和定點(diǎn)方法，見下表：

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(shè)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組成和簡介

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（簡稱主機(jī)）

主機(jī)有以下功能，并根據(jù)不同功能使用相應(yīng)附件：

低壓脈沖測距，附件：低壓脈沖測試線

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(jī)

路徑探測，附件：路徑傳感器、耳機(jī)

2.電纜路徑探測信號發(fā)生器（簡稱信號發(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、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(jī)）

主機(jī)外觀結(jié)構(gòu)如圖2-1-1所示：

圖 2-1-1 主機(jī)外觀和接口

主機(jī)面板如圖2-1-2所示：

圖2-1-2 主機(jī)面板

主機(jī)面板上有以下內(nèi)容：

液晶屏幕：

顯示各種信息，顯示的內(nèi)容在以后章節(jié)中有詳細(xì)介紹。

模式選擇鍵及相應(yīng)指示燈：

面板右上角區(qū)域的按鍵用來選擇儀器測試模式，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（開機(jī)默認(rèn)）。

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(qū)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：磁場觸發(fā)時(shí)閃亮一次;

路徑模式：無效。

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(qū)域的按鍵基本是為了測距功能服務(wù)。按鍵上直接標(biāo)注的功能為其基本功能定義，直接按鍵即執(zhí)行基本功能：

范圍＋/－鍵：用來改變當(dāng)前測試范圍（量程）。

鍵：用來移動(dòng)光標(biāo)。

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

確定功能：當(dāng)某些操作需要時(shí)，用來進(jìn)行確認(rèn)。

增益＋/－：用來調(diào)整信號增益。

開關(guān)鍵：長按1秒鐘有效，用來打開或關(guān)閉儀器電源。

鍵：背光鍵，用來打開和關(guān)閉液晶屏背光。背光功能為按鍵抬起執(zhí)行。

存儲(chǔ)  鍵：用來存儲(chǔ)當(dāng)前波形。

后翻  和  前翻  鍵：當(dāng)調(diào)出SD卡已存儲(chǔ)的波形時(shí)，用來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(zhí)行鍵旁邊標(biāo)注的上檔功能：

波速  ＋/－鍵：用來調(diào)整電纜波速度。

鍵：比例縮放鍵，用于對波形的縮小／放大顯示。

光標(biāo)切換  鍵：用來切換虛實(shí)光標(biāo)。

暫存  鍵：在儀器內(nèi)存中暫存當(dāng)前波形，以備雙波形比較。

比較  鍵：同時(shí)顯示當(dāng)前波形和暫存波形，以便比較兩波形的異同。

調(diào)出  鍵：調(diào)出SD卡中存儲(chǔ)的歷史波形。

儀器頂部接口板見圖2-2-2所示：

圖2-1-3 主機(jī)頂接口板

測距插口：低壓脈沖模式下，接低壓脈沖測試線；

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(chǔ)卡插槽：SD卡用來存儲(chǔ)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(jī)側(cè)面接口板見圖2-1-4所示：

耳機(jī)插口：用來在定點(diǎn)、路徑模式下，接耳機(jī)監(jiān)聽聲音。

充電插口：用來接充電器，對儀器內(nèi)置電池充電。

聲音增益：定點(diǎn)模式下，用來調(diào)整聲音信號增益。

磁場/路徑增益：定點(diǎn)模式下，用來調(diào)整磁場信號增益。路徑模式下，用來調(diào)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)生器外觀結(jié)構(gòu)如圖2-2-1所示：

圖2-2-1 信號發(fā)生器外觀和接口

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(nèi)容：

表頭：正常情況下用來顯示輸出電流，其滿幅值為500mA；

按  電池檢測  鍵則顯示電池水平，指針位于綠色區(qū)域表示電池電量正常，若指針位于黃色區(qū)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(qū)域，表示電池電量不足，可能無法開機(jī)，需充電后再使用。

開關(guān)  鍵：長按1秒鐘有效，用來打開或關(guān)閉儀器電源。

電池檢測  鍵：用來檢測電池電量水平，按下后觀察表頭顯示可判斷電池電量是否正常。本功能在開機(jī)和關(guān)機(jī)狀態(tài)下均可使用，“電源“指示燈：用來表示電源狀態(tài)。開機(jī)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(yán)重欠壓，則自動(dòng)關(guān)機(jī)，燈滅。

“信號”指示燈：用來表示信號輸出狀態(tài)。若選擇“連續(xù)”輸出模式，則常亮；若選擇“斷續(xù)”輸出模式，則閃爍。

主機(jī)側(cè)面接口板見圖2-1-4所示：

輸出模式選擇開關(guān)：用來選擇連續(xù)或斷續(xù)輸出。斷續(xù)輸出時(shí)以輸出0.5秒，停止0.5秒的節(jié)奏發(fā)射信號。

輸出插口：用來接輸出連接線，對目標(biāo)電纜發(fā)射信號。

充電插口：用來接充電器，對儀器內(nèi)置電池充電。

第三章 低壓脈沖法測距

一、適用范圍

低壓脈沖法用于電纜的低阻、短路及斷線故障；還可用于測量電纜的長度、波速度；也可用于區(qū)分電纜的中間頭、T型接頭和終端頭。

二、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,如圖3-2-1所示：

圖3-2-1 低壓脈沖法原理圖

從儀器發(fā)射脈沖開始計(jì)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(shù)ρ為：  （3-2）

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

三、測試步驟

1、接線：

首先用放電棒將電纜各相線對地充分放電；將低壓脈沖測試線的插頭接主機(jī)頂接口板的  測距  信號插口，測試線的的兩個(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 低壓脈沖法接線圖

2、選擇工作模式：

長按  開關(guān)  鍵打開電源，按  低壓脈沖  鍵，進(jìn)入低壓脈沖測距模式（開機(jī)默認(rèn)），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(yīng)大于電纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應(yīng)選擇2km范圍，而不應(yīng)選擇1km。若發(fā)現(xiàn)可疑點(diǎn)較近，為了得到更高的測距分辨率，可以適當(dāng)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(shè)定波速：

根據(jù)電纜的類型設(shè)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)廠家或不同批次的電纜，即使是相同型號，其波速也會(huì)有細(xì)微差別，當(dāng)需要測距時(shí)，需根據(jù)已知的電纜全長校準(zhǔn)波速度，參見本節(jié)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(diào)整增益：

增益是指儀器對信號的放大倍數(shù)，調(diào)節(jié)增益可以改變的波形幅值，一般要調(diào)到需要的波形幅值足夠大且不失真。

增益調(diào)整方法：按  增益  ＋/－鍵，可以調(diào)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(biāo)定位：

反射脈沖波形的起始位置是故障位置。將光標(biāo)移動(dòng)到脈沖波形開始有明顯變化的位置（如圖3.4.2虛光標(biāo)位置），屏幕右上角顯示的距離就是故障距離。

注意：光標(biāo)在其他位置時(shí)，顯示的距離沒有意義。

自動(dòng)定位方法：按  定位/確認(rèn)  鍵，儀器進(jìn)行自動(dòng)光標(biāo)定位。如果自動(dòng)定位沒有得到正確結(jié)果，應(yīng)進(jìn)行人工定標(biāo)。

手動(dòng)光標(biāo)定位方法：按鍵，可以左右移動(dòng)光標(biāo)。圖3-3-3為一個(gè)典型的混線故障波形，虛線光標(biāo)位置即為故障點(diǎn)距離：320m。因?yàn)椴ㄐ蜗蛳拢逝袛酁榛炀€故障；若波形向上，則為斷線故障。

圖3-3-3典型的混線故障波形定位

6、波形縮放：

如果需要精細(xì)觀察，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)，無法進(jìn)行自動(dòng)定位。

6、波形暫存和比較：

通過比較電纜故障線對和完好線對的波形，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對波形，按 暫存 鍵，將當(dāng)前波形在儀器內(nèi)存中暫存，屏幕左上角顯示暫存標(biāo)志。然后在條件不變的情況下測試一條完好線對的波形，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(biāo)志。通過比較兩波形的異同，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：

開機(jī)后默認(rèn)實(shí)光標(biāo)在*位置；調(diào)整虛光標(biāo)將其移動(dòng)到參照點(diǎn)；按 光標(biāo)切換  鍵，實(shí)光標(biāo)和虛光標(biāo)的位置互換，現(xiàn)在實(shí)光標(biāo)位于參照點(diǎn)，虛光標(biāo)位于*；調(diào)整虛光標(biāo)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(zhǔn)：

根據(jù)已知的電纜全長，可以校準(zhǔn)波速度。

用一段已知長度的同類型電纜，測量其對端開路和短路波形并比較，將虛光標(biāo)移動(dòng)到波形明顯分叉處，調(diào)整波速使得長度測量值和已知長度相同，則此時(shí)的波速為本條電纜的實(shí)際波速。

8、波形存儲(chǔ)和查看：

按  存儲(chǔ)  鍵將在SD卡中存儲(chǔ)當(dāng)前測試的波形，按  調(diào)出  鍵（即同時(shí)按  Shift 鍵和  存儲(chǔ)  鍵）后，屏幕顯示后一次存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)連接，將SD卡中存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，在后臺軟件的支持下可以進(jìn)行存檔、分析和打印。