第1章 电缆故障测试仪简介
为迎接电力工业时代的到来，陕西意联电气以IT时代的快速发展为契机，彻底摒弃了以往电缆故障测试仪的局限性，开发了此款全新的多脉冲电缆故障测试仪。本系统集嵌入式计算机技术、网络化服务技术、USB通信技术，数字信号处理技术于一身，极大提高了仪器的利用价值及使用的便捷性。整套系统满足中华人民共和国电力行业标准《DL/T849.1～ DL/T849.3-2004电力设备专用测试仪器通用技术条件》，该测试系统由测试主机、多次脉冲产生器、路径信号发生器、路径/故障定位仪及其它附件构成。
１.１特性及关键技术参数
多次脉冲主机：
内置工业计算机，锂电池供电。
12.1英寸工业级液晶触摸屏，WINDOWS XP系统平台。
软件操作简单，实现自动采样，自动计算故障长度。
故障预定位测试方法：低压脉冲法；高压冲闪取样法；多次脉冲法。
5种测试量程，兼顾长短电缆测试需求。脉冲宽度与量程自动匹配。
可测试 长电缆：100km。
可测试 短电缆：4 ~ 5m。
测试误差：相对误差1%。
两个USB 2.0接口。
LAN上网功能。
支持3G无线上网。
供电方式：19V 4A电源适配器；内置锂电池16.8V/7Ah。
完善的锂电池保护功能(过压保护、过流保护、欠压保护、过热保护)有效防止电池老化。
长期闲置后，可以边充电边工作，零充电等待时间。
工作环境相对湿度：RH≤85%（25℃）。
外形尺寸：430mm X310mm X 180mm。
重量：6Kg。
多次脉冲产生器：
无需额外供电，方便实用、安全可靠。
高冲击电压40KV。
内置冲闪测试法。无需额外取样器。
外形尺寸：400mm X280mm X 270mm。
重量：9kg
路径信号发生器：
信号频率：12KHz正弦信号。
大发射功率：Pmax=20W。
发射效率：η=98%。
LED实时输出功率监测,有利于判断接线是否良好，确保路径信号成功发射！
发射机保护：过压保护及短路保护，允许发射线长时间短路。
输出功率等级：12级。
适配阻抗范围：4Ω~2ΚΩ。
供电方式：19V 4A电源适配器。
路径/故障定位仪（路径接收部分）：
接收路径信号：12KHz正弦信号。
接收灵敏度：-90dBmW。
路径寻侧方法：峰值法、谷值法（面板上一键切换）。
测深方法：45度角法。
路径信号指示：十级LED强度指示及蜂鸣提示音。
供电方式：9V单节碱性干电池。
路径/故障定位仪（故障定位部分）：
独有的数字信号处理技术，在极短时间内准确测量瞬时声场强度，然后稳定显示，减少测试人员的疲劳感。
磁信号接收精准，充分利用沿线磁信号做故障点导向信号，放电实时显示，明显提高故障定点效率。
高灵敏度、低噪声，声场灵敏度-97dBmW；磁场灵敏度-80dBmW。
极低功耗，单节9V碱性干电池可用4-5小时。
高压放电同时可以粗测电缆路径，明显提高故障定点效率。
配套的定点传感器具有低噪声、高灵敏度、防水特性。
１.２仪器构成部件
表 1 本套仪器的构成部件介绍：
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名称 |
作用及应用场合 |
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故障预定位部分 |
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主机 |
故障预定位关键设备，用来测试电缆全长及故障长度。 |
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多次脉冲产生器 |
配合高压放电发生器产生故障预定位所需的测试脉冲。 |
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高压冲闪 取样器 |
高压冲闪测试时，用来接收放电瞬间电缆的高压冲闪波形。 |
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电源适配器 |
1. 主机工作时为主机供电及充电； 2. 路径信号发生器工作时，为其供电。 |
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低压脉冲线 |
1. 低压脉冲测试时，连接主机与电缆； 2. 路径信号发射时，连接路径信号发生器与电缆。 |
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高压冲闪线 |
1. 高压冲闪测试时连接主机与高压冲闪取样器或多次脉冲产生器； 2. 路径寻测时连接路径/故障定位仪与路径传感器； 3. 故障定点时连接路径/故障定位仪与定点传感器。 4. 用来连接多次脉冲产生器和主机。 |
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路径信号发生器 |
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路径信号 发生器 |
发射路径寻测所必须的路径信号发生设备 |
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路径故障定位部分 |
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路径/故障定位仪 |
1. 路径寻测时用作路径寻测信号处理设备 2. 故障定位时用作故障定点信号处理设备 |
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路径传感器 |
接收电缆辐射出来的路径信号，然后送给路径/故障定位仪，由此判断电缆路径。 |
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定点传感器 |
感应故障点放电声场与磁场信号。 |
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耳机 |
故障定点时侦听放电声音，辅助判别故障点的位置。 |
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高压放电发生器配件部分 |
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高压连接线 |
连接升压器，脉冲电容，多次脉冲产生器及故障电缆等，将其组合成高压放电发生器。 |
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高压放电 球隙 |
高压放电发生器组件，用电容的螺母将其固定在电容接线柱上。 |
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第二章 故障预定位
名词术语：
故障预定位 对电缆全长及故障长度进行测量。
电缆始端 故障测试端，电缆故障测试设备所在的一侧定义为电缆始端。
电缆终端 是指与故障测试端相对的一端，电缆故障测试的时候，终端至少要留一人。配合电缆始端的故障测试以及确保周围人不要接近电缆终端，以防电击！
故障长度 是指故障点到电缆始端的电缆长度，有别于故障点到电缆始端的地面直线距离。
电缆全长 是指整条电缆的总长度。
电缆铠装 包裹在A B C 三相之外的铁皮。
故障预定位通常由两步完成，首先用主机测试电缆全长，然后用主机配合高压放电发生器测量故障长度。本章首先介绍故障预定位的关键设备——主机，然后介绍电缆全长和故障长度的测试方法。
２.１测试主机硬件介绍
２.２测试主机软件介绍
开机之后，测试软件如图2.5所示，可分为菜单栏、自动分析区、手动分析区、采样设置按钮区、分析对比按钮区、波形信息等几个部分。
一 菜单栏:
菜单栏实现“手动分析区”的波形保存，已存波形的显示，以及标准参考波形的显示功能。
保存波形: 将手动分析区的波形存储在默认目录 “C:\Program Files\电缆仪” 内。波形信息自动存储。
查看波形: 将存储在硬盘上的波形显示在波形处理区。波形信息自动显示在右侧的信息栏中。
标准波形: 当用户不知道如何确定故障长度时，打开此命令，弹出一个对话框，提示用户如何确定标尺位置。
二 自动分析区：每次采样的 新波形都显示在”自动分析区”内。
三 手动分析区：每次点击任何一个“波形小窗口”，其中的波形都被复制到“手动分析区”内。
四 采样设置按钮区
采样方式设置：低压脉冲 高压冲闪 多次脉冲。
测试范围：你只要根据电缆的长短选择好测试范围，单击此按钮的所在区域，从展开的下拉列表中选择一个合适的测试范围即可。
测试距离/测试速度：选择测试距离页如图2.6，选择好电波速度后就可以测试距离。选择测试速度如图2.7，输入全长值就可以测试电波速度。单位是 “m”。
在卡波形时绿色标尺和红色标尺不分前后。在打算定标尺的位置用触摸笔点击，则绿色标尺将移动到您点击的位置。这时可以对其进行左右微调；此时按下绿标锁定按钮，在另一个放置标尺的位置点击，则红色标尺移动到点击的位置，这时可以对红色标尺进行左右微调。两个标尺之间的距离随着标尺的移动随时更新。显示两个标尺之间的电缆长度。
２.３低压脉冲法测量电缆全长
接线方法：如图2.8低压脉冲测试法只需要将低压脉冲线有插头的一侧插入主机“信号”接口。测试线的红色夹子夹在A 、B、 C 三相的某一相上， 黑色夹子夹在电缆的“铠装”上面。
操作步骤：
步骤1 启动主机，长按面板上的“电源”开关，直到脉冲/冲闪灯亮为止。
步骤2 软件自动启动，点击一次主机面板上的“复位”按钮。对内部测试电路复位。
步骤3 在软件的左下角的采样设置按钮区进行如下设置：
“采样方式设置”选择“低压脉冲”。
“测试范围”根据电缆的大致长度选择，类似选择万用表的量程。
“测试速度/测试距离”选择“测试距离”。
“电波速度选择” 电力电缆一般都是交联电缆，测试者选择列表中“交联电缆172m/uS ”。其它类型的电缆，选择相应的电缆类型即可。
步骤4 通知电缆终端操作员将红夹子所在的这一相开路（与铠装分离）。
步骤5 按下“采样”按钮，这时“自动分析区”及波形小窗口会出现本相的终端开路波形。
步骤6 点击任意一个小窗口，波形被复制到下方的“手动分析区”。
步骤7 通知电缆终端操作员将此相短路。
步骤8 按下“采样”按钮，这时“自动分析区”会出现本相的终端短路波形。
步骤9 按下“同步/异步”按钮，使其显示“同步”，对比两个波形，从波形的左侧开始某点之前两个波形具有相同的趋势，从这点开始“自动分析区”的波形向下拐，而“手动分析区”的波形向上拐，此点是两个波形的分叉点。分叉点即电缆终端点，波形 左端的第1个上升沿即电缆始端点。从电缆始端点到终端点的距离就是电缆全长。
在“手动分析区”的电缆始端点附近单击一次，绿色标尺跳到所单击的位置，
按左右微调键调节此标尺到脉冲上升沿处（始端点），然后在手动分析区的电缆终端点附近再单击一次，红色标尺跳到所单击的位置，按左右微调键调节这个标尺到电缆终端点处。
图2.9是对同一条非故障电缆的终端按照上述方法分别作开路和短路模拟得到的波形。
宏观上看开路波形是同极性的波形，短路波形是正负极性交替的的波形。操作者可以简记为“开路同极性，短路反极性”。
图2.9是非故障电缆的终端模拟，运行中的故障电缆由于故障点及电缆接头的影响，波形往往有所变化。但是两个波形出现的分叉点仍然是终端点。操作者可以简记为“上升沿，始端点；分叉点，终端点”。
有些电缆的终端在高压杆上，接线员不方便对其进行短路，开路操作。从波形的周期性上也能判断电缆的全长，方法是将采集到的波形与图2.9所示的开路波形或短路波形比较，一个波形周期就是电缆全长。
２.４多次脉冲法测量电缆的故障长度
接线方法：接线按图2.10操作。有如下注意事项：
步骤1 用随机配的A B B E F D 四条高压线按图2.10连接变压器、脉冲电容、高压放电球隙、脉冲产生器、故障电缆。
步骤2 红夹子（F线）只能接到故障相上，若接到好相上要么被损坏电缆，要么不放电。
步骤3 如果变压器为交直流实验变压器，变压器的短路杆一定要取下，放在一边。
步骤4 电源控制箱的地线要接好。
步骤5 在升压之前将高压放电球隙间距调节合适，球心对球心的距离1mm对应3KV的击穿电压（一般将此距离调到5-6mm）。一旦升压，如需调节高压放电球隙间距，要首先切断220V电源，然后用放电棒对电容充分放电。防止残留电荷对伤及人身!
步骤6 拆线之前一定要先切断220V电源，然后用放电棒对电容充分放电。确保电容上面没有残余电量后再动手拆线。
步骤7 高压放电时，故障点和高压放电球隙都会产生强烈的火花放电，不要在可燃气体环境中使用该设备。并且要确保整条电缆所在的位置附近都没有可燃气体或可燃物。
操作步骤：
步骤1 启动主机，长按面板上的“电源”开关，直到脉冲/冲闪灯亮为止。
步骤2 软件自动启动，点击面板上的“复位”按钮对内部测试电路复位。
步骤3 在软件的左下角进行如下设置：
“采样方式设置”选择“多次脉冲”。
“测试范围”根据电缆的大致长度选择，类似选择万用表的量程。
“测试速度/测试距离”选择“测试距离”，同时选择好电缆类型。
步骤4 通知电缆终端操作员将此相开路。
步骤5 按下“采样”按钮，这时主机正在等待高压放电。
步骤6 顺时针缓慢调节高压放电发生器的电源控制箱的电压控制旋钮。同时监测电压表输出电压。当听到高压放电球隙清脆的放电声时，停止调节电压控制旋钮。这时，高压放电发生器2~3秒后会再次放电，如此循环。
步骤7 当主机屏幕上出现波形时，点击一次左侧的波形小窗口，波形被复制到手动分析区。
步骤8 关掉高压放电发生器的电源，用放电棒顶端的金属头试探性接近图2.10中的“放电棒放电触点”，放电与金属头之间开始会出现高压拉弧现象，拉弧一段时间，当不再出现拉弧时，将放电棒的金属头靠在放电点上1分钟， 后用放电棒的接地柱靠在放电点上30秒，确保电容充分放电。
步骤9 再分析刚刚采集到的故障波形，得到电缆的故障长度。
图2.11 a是对某一条故障电缆进行多次脉冲测试得到的波形，多次脉冲测试时得到一组波形，分别是放电瞬间的脉冲反射波形（红色）和放电结束的脉冲反射波形（蓝色），因为放电结束时故障点开路，得到全长开路反射波形；而放电瞬间故障点类似短路，得到从故障点反射回来的故障点短路反射波形。两个波形从波形左端开始到二者明显的分叉点就是故障长度D。
有些维修接头的闪络故障，故障点阻值比较高，用多次脉冲法较难击穿故障点，这时可以采用冲闪法。冲闪法的接线区别在于将图2.10中的F线插入多次冲产生器的高压出A插座，这样消除了多次脉冲产生器的压降效应，同时主机的“采样方式设置”应该改为“高压冲闪”。
图2.11 b就是对某一条故障电缆进行冲闪测试得到的波形，冲闪波形上没有juedui的电缆始端，从波形的宏观周期上面找到一个完整的周期，测量一个周期的距离就是电缆的故障长度D，有些高压冲闪波形有很多杂波，但是只要杂波没有掩盖波形整体的重复性（周期性）那么测量一个周期的距离仍然是电缆的故障长度D。
（a）多次脉冲波形 （b）高压冲闪波形
提示：故障点准确定位需要再次使用高压放电发生器，因此完成高压冲闪测试后，暂时不要拆除高压连接线。只需将高压电源断掉，用放电棒对电容放电，然后关掉主机。
第三章 故障电缆路径寻测
确定电缆全长及故障长度后，为了找到电缆故障点的大致范围，需要首先寻测电缆路径。
路径信号发生器在电缆始端发射路径信号，此信号沿电缆铠装传输，同时向外辐射，利用路径传感器和路径/故障定位仪接收并分析此信号从而判断电缆路径。
３.１路径信号发射
操作步骤：
步骤1 将路径信号发射线有插头的一端插入路径信号发生器面板上的“路径信号”接口。另外一端红色夹子夹到电缆始端的铠装上面（此时电缆始端的铠装已经从接地体上拆下），黑色夹子夹到电缆始端附近的接地桩上。
步骤2 通知电缆终端的操作员检查电缆的“铠装”是否可靠接地。确定可靠接地后方能发射信号。
步骤3 将“路径功率”旋钮调到“1”档位上。
步骤4 插入电源适配器。
步骤5 调节“路径功率”旋钮，逐渐增大输出功率，当输出功率满格时，将旋钮位置再倒退一级，完成路径信号发射。如果调节到任何一个档位上输出都不能满格，那么让旋钮停留在亮灯个数 多的那个档位上。
注意：在3档以上的档位超出了人体的安全电压36V。请不要在其它档位，尤其是较高的档位上面用手触及红黑夹子，谨防触电！
３.２电缆路径寻测
本套设备中的路径/故障定位仪具有如下两种功能：
配合路径传感器可以完成地埋电缆的埋设路径及埋设深度的探测（本节着重介绍此功能）。
配合定点传感器可以测定故障点的位置（下一章重点介绍）。
操作步骤：
步骤1 将高压冲闪线一端插入路径/故障定位仪的“路径”接口，另一端插入路径传感器的信号接口。
步骤2 打开路径/故障定位仪的电源开关，开机8秒内显示电池电量（电量低于“7”时需更换电池！）。
步骤3 “定点/路径”模式开关切换到“路径”模式。
步骤4 “峰值法/谷值法”一般选用“峰值法”。
步骤5 将“磁（路径）增益”顺时针旋转，直到不能旋转。
步骤6 从始端开始，绕过障碍物，在电缆可能铺设的位置找寻电缆的走向。方法如下：
将竖直天线与地面保持垂直，在可能出现电缆的位置呈“S”形行走，当向某一个方向连续移动时信号增强，继续朝此方向移动直到信号达到 强点，停在此处，然后在保持竖直天线与地面垂直的同时，旋转水平天线，当信号 强时，电缆即在天线的正下方，并且沿与水平天线垂直的方向延伸。
如图3.5峰值法寻找路径时，在同一空间位置上，水平天线越垂直电缆走向，信号越强；当水平天线始终垂直电缆走向时，距离电缆越近，信号越强。沿着垂直电缆的方向前进，当某点处信号较强，而附近两边信号较弱，呈现“A”型变化规律时，则较强点即为电缆正上方。
如图3.6谷值法寻找路径时，保持竖直天线与地面垂直，在离地等高的平面上，向各个方向平移路径传感器，当某点处信号较弱，而附近两边信号较强，稍远的两边均减弱，呈现“M”型的变化规律时，则较弱点即为电缆的正上方。
如需对电缆的埋深测试，可以采用４５°角法测试。测试深度时，仪器的设置与谷值法的设置相同，首先找到电缆正上方，并且明确电缆走向后，在电缆正上方将路径传感器向与电缆走向垂直的方向倾斜４５°角。然后保持角度不变向此方向平移，当出现“Ｍ”型信号特征的较弱点时，从电缆正上方平移过的距离就是埋设深度。
第四章 故障点准确定位（定点）电缆故障测试的 终目的是确定电缆故障点的具体位置，指导开挖，从而及时修复电缆。图4.1为路径/故障定位仪的使用现场示意图。高压放电发生器的接线与高压冲闪法时的高压放电发生器接线完全相同（注意Ｆ线要接到高压出Ａ上面）。
故障定点模式使用方法：
步骤1 按图2.10接好高压放电发生器，注意要将F线插在产生器的“高压出A”上，然后调节电压保证高压放电发生器周期性的放电，放电周期2~3秒为宜。为了更加有效的确定故障点位置，可以适当增加放电球隙间距（10mm以内！），这样让放电更充分，故障点声场辐射更强，便于快速定点。
步骤2 将高压冲闪线一端插入路径/故障定位仪的“定点”接口，另一端插入定点传感器的信号接口。
步骤3 打开路径/故障定位仪的电源开关，显示电池电量（电量低于“7”时，更换电池！）。
步骤4 “定点/路径”模式开关切换到“定点”模式。
步骤5 调节“磁/路径增益”。直到“放电”灯周期性闪烁。（请注意，“磁/路径增益”过大将导致“放电”灯持续亮；反之则放电灯不亮）。
步骤6 在去故障点的范围内定点之前，测试者 好首先在放电发生器附近模拟定位故障点（适当调节“声增益”，定点传感器越接近高压放电球隙，“声/路径信号”示数越强。同时也能在耳机中听见较强的“砰砰”声）。
保证高压放电发生器周期性放电，到故障点的大致范围内沿路径找寻故障点，找寻方法如同上述的步骤5及步骤6。因为“故障长度”不等于故障点到电缆始端的地面距离，所以不要轻易相信自己对故障点大致范围的判
步骤7 断，可以适当扩大故障点的找寻范围。
注意；本仪器的“声/路径信号”具有对数函数特性，即在较低的示数时，具有更高的灵敏度，在较高的示数时具有较低的灵敏度，这样当信号比较微弱时，示数只有1~6中的某个值。由于信号微弱，倘若外来的瞬时突发性的干扰与放电声音重叠的话，仪器就会突然显示很大的示数，这是正常的现象。使用者在使用时，尽量让定点传感器平稳放置，并且要观察3-5次放电才能判断声音信号的强弱。保持增益不变，当接近故障点时，示数明显增加，当超过故障点时，示数又明显减小。
电缆在施加高压冲击信号后整条电缆会产生机械抽动，导致沿电缆方向很长的距离都有“啪啪”的响声，此响声并不是像故障点声音那样随位置有明确的强弱变化。而是沿电缆方向呈长距离分布。请使用者注意！不要被此信号误导。
特别说明: 为了确定客户是所购买的产品是本厂的产品。每台主机设有的序列号，本主机的序列号为５６Ｃ３３ＥＤ５（字母一定要大写，且只有可能出现ABCDEF中的五个字母），如果测试软件出现提示用户输入ID号的界面，请插入USB键盘，输入上面的序列号，然后退出软件再重新打开。只要序列号输入正确，此提示界面只出现一次。以后将不再出现。
附录 装箱清单
序号
部件名称
数量
单位
1
主机
1
台
2
多次脉冲产生器
1
台
2
高压冲闪取样器
1
条
3
电源适配器
1
个
4
低压脉冲线
1
条
5
高压冲闪线
1
条
6
路径信号发生器
1
台
7
路径/故障定位仪
1
台
8
路径传感器
1
个
9
定点传感器
1
个
10
耳机
1
副
11
高压连接线
1
套
12
高压放电球隙
1
个
