*章 3M2773电力电缆故障试验仪概述

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：

主机有以下功能：

低压脉冲测距

脉冲电流测距

声磁同步定点

路径探测

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。ST系列综合测试仪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、3M2773电力电缆故障试验仪功能特点

功能全面：

低压脉冲故障测距

脉冲电流故障测距

声磁同步定点

电缆路径探测

故障测距功能：

低压脉冲法：适用于低阻、短路、断线故障的测距。

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，安全可靠。

定点功能：

声磁同步接收，抗干扰能力强。

声磁信号波形显示，信号和噪声易于区分。

光标测量声磁延时，判断故障点的远近。

可根据磁场波形的初始极性，在定点的同时进行路径探测。

路径探测功能：

信号发生器：

大容量锂离子电池供电，摆脱市电束缚。

全自动功率匹配和保护，无需人工调整。

较大功率输出。

音峰／音谷法路径探测。

信号幅值显示。

可进行80％法或45°法测深。

大屏幕液晶显示，界面友好、简单易用。

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。

内置大容量锂离子电池供电，配快速充电器。

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。

集成化设备，小巧便携。

三、3M2773技术指标(M为主机，T为信号发生器，M&T为共同特性)

测距功能（M）：

测距模式：低压脉冲、脉冲电流。

采样频率：100MHz。

分辨率：低压脉冲模式1m；脉冲电流模式4m。

低压脉冲模式发射电压：30V。

测距范围：30km。

盲区：2m。

声磁同步定点功能（M）：

声音信号通频带：中心频率400Hz，带宽200Hz。

信号增益：80dB。

定点精度：0.1m。

路径探测功能（M）：

接收频率：1kHz。

增益：80dB。

路径探测信号发生器（T）：

发射频率：1kHz。

发射功率：≥3.5W。

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。

电源：

电池（M&T）：内置锂离子电池组，标称电压7.4V，容量3000mAH。

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；

充电器（M&T）：输入AC220V±10%，50Hz；标称输出8.4V，DC1A。

充电时间（M&T）：<4小时。

显示方式：主机（M）320×240点阵大屏幕液晶；信号发生器（T）：表头。

体积（M&T）：210mm×160mm×65mm。

质量：主机（M）0.7kg；信号发生器（T）0.7kg。

使用条件（M&T）：温度:-10℃－40℃，湿度5-90％RH，海拔<4500m。

四、3M2773基本测试步骤

1、一般步骤：

故障性质诊断

故障测距

路径探测

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

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。

第二章 3M2773组成和简介

本综合测试仪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：

低压脉冲测距，附件：低压脉冲测试线

脉冲电流测距，附件：脉冲电流耦合器

声磁同步定点，附件：定点传感器、耳机

路径探测，附件：路径传感器、耳机

2.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、电力电缆故障综合测试仪（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：

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。

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。

 低压脉冲  键：进入低压脉冲测距模式（开机默认）。

 脉冲电流  键：进入脉冲电流测距模式。

 定点  键：进入声磁同步定点模式。

 路径  键：进入路径探测接收模式。

测试键和信号指示灯（面板右下角区域）：

 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。

 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。

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：

范围＋/－键：用来改变当前测试范围（量程）。

键：用来移动光标。

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。

 增益＋/－：用来调整信号增益。

 开关键：长按1秒钟有效，用来打开或关闭仪器电源。

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。

 存储  键：用来存储当前波形。

 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。

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：

 波速  ＋/－键：用来调整电缆波速度。

键：比例缩放键，用于对波形的缩小／放大显示。

 光标切换  键：用来切换虚实光标。

 暂存  键：在仪器内存中暂存当前波形，以备双波形比较。

 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。

 调出  键：调出SD卡中存储的历史波形。

3M2773顶部接口板见图2-2-2所示：

                图2-1-3 主机顶接口板

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。

定点插口：定点模式下，接定点传感器。

路径插口：路径模式下，接路径传感器。

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：

耳机插口：用来在定点、路径模式下，接耳机监听声音。

充电插口：用来接充电器，对仪器内置电池充电。

声音增益：定点模式下，用来调整声音信号增益。

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、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：

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，指针位于绿色区域表示电池电量正常，若指针位于黄色区域，表示电池欠压，仍可工作一小段时间，建议充电；若指针低于黄色区域，表示电池电量不足，可能无法开机，需充电后再使用。

 开关  键：长按1秒钟有效，用来打开或关闭仪器电源。

 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，“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。

“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：

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。

输出插口：用来接输出连接线，对目标电缆发射信号。

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、3M2773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、3M2773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

从仪器发射脉冲开始计时，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）

不匹配点的反射系数ρ为：   （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：

图3-2-1 断线故障反射波形          图3-2-2低阻/短路故障反射波形

三、3M2773测试步骤

1、接线：

首先用放电棒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：

交联聚乙烯电缆：波速170m/us

油浸纸电缆：波速160m/us

聚乙烯全塑电缆：波速201m/us

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：按键将波形放大；按键将波形缩小。

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：

3M2773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，插入读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。