4. 电缆故障探测基本步骤
电缆故障的探测一般要经过诊断、测距、定点三个步骤。


4.1故障诊断
电缆故障性质的诊断，即确定故障的类型与严重程度，以便于测试人员对症下药，选择适当的电缆故障测距与定点方法。
所谓诊断电缆故障的性质，就是指确定：故障电阻是高阻还是低阻；是闪络还是封闭性故障；是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障。
可以根据故障发生时出现的现象，初步判断故障的性质。例如，运行中的电缆发生故障时，若只是给了接地信号，则有可能是单相接地的故障。继电保护过流继电器动作，出现跳闸现象，则此时可能发生了电缆两相或三相短路或接地故障，或者是发生了短路与接地混合故障。发生这些故障时，短路或接地电流烧断电缆将形成断线故障。但通过上述判断不能完全将故障的性质确定下来，还必须测量绝缘电阻和进行“导通试验”。
测量绝缘电阻时，使用兆欧表(1千伏以下的电缆，用1000伏的兆欧表；1千伏以上的电缆，用2500伏的兆欧表)来测量电缆线芯之间和线芯对地的绝缘电阻；进行“导通试验”时，将电缆的末端三相短接，用万用表在电缆的首端测量芯线之间的电阻。

4.2故障测距
电缆故障测距又叫粗测，在电缆的一端使用仪器确定故障距离。
长期以来，涌现出了许多故障距离测量方法与仪器，这些方法与仪器适用于不同故障情况，各有优缺点。故障测距测量方法主要有阻抗发、脉冲法、闪络法等。


4.3故障定点
电缆故障定点又叫精测，即按照故障测距结果，根据电缆的路径走向，找出故障点的大体方位来，在一个很小的范围内，利用放电声测法或其它方法确定故障点的准确位置。故障顶点主要有声测法、声磁同步接收法、音频信号感应法及跨步电压法等。

5. 电缆故障测距
长期以来，涌现出了许多测量方法与仪器，这些方法与仪器适用于不同故障情况，各有优缺点，这里就故障测距与定点仪器简单地做一下评价和比较。
5.1阻抗法
阻抗法有传统的直流电桥、压降比较法及直流电阻法。下面仅简单介绍下直流电桥。

下直流电桥法是一种经典测试方法。电桥法优点是简单、方便、精确度高，但它的重要缺点是不适用于高阻与闪络性故障，因为故障电阻很高的情况下，电桥里电流很小，一般灵敏度的仪表，很难探测，实际上电缆故障大部分属于高阻与闪络性故障。在用电桥法测量故障距离之前，需用高压设备将故障点烧穿，使其故障电阻值降到可以用电桥法进行测量的范围，而故障点烧穿是件十分困难的工作，往往要花费数小时，甚至几天的时间，十分不方便，有时会出现故障点烧断，故障电阻反而升高的现象，或是故障电阻烧得太低，呈永久短路，以至不能用放电声测法进行最后定点。电桥法的另一缺点是需要知道电缆的准确长度等原始技术资料，当一条电缆线路内是由导体材料或截面不同的电缆组成时，还要进行换算，电桥法还不能测量三相短路或断路故障。现在现场上电桥法用的越来越少了，不过一些测试人员，尤其是老的测试人员，仍然习惯于使用该方法。特别是对一些特殊的故障没有明显的低压脉冲反射，但又不容易用高压击穿，如故障电阻不是太高的话，使用电桥法往往可以解决问题。
工作原理:直流单桥又称惠斯登电桥,其原理接线如图所示,图中R1, R2, R3,和R4（Rx）为电桥的4个臂,其中R4（Rx）为被测电阻。在电桥的对角ab上接直流电源，在另一对角线cd上接检流计。
QF1—A型电缆探测仪（见下图）是目前应用较广、性能较好且又便于操作的电缆故障测试设备，可用于测量低阻接地故障、短路故障和高阻断线故障，并能测量电缆的电容及电阻值。由于其内部有一个电压为15V，300V和600V的直流电源，因而能对故障电阻较高（最高可达100kΩ）的故障进行测量。


原理接线图：


接地故障测量的实际接线图：

两相短路故障测量：在三芯电缆中测量两相短路故障，基本上和测量单相接地故障一样。与测量接地故障不同的是利用两短路相中的一相作为单相接地故障测量中的地线，以接通电桥的电源回路。如为单纯的短路故障，电桥可不接地；当故障为短路且接地故障时，应将电桥接地。
三相短路故障测量：线芯在三相短路故障中，已无好线可以利用，因此必须借用其它并行线路或装设临时线作为回路线。
直流电阻法在电缆外护层绝缘故障探测也有得较多。

5.2低压脉冲（反射）法
低压脉冲反射法，又叫雷达法，低压脉冲反射法用于测量电缆的低阻、短路与断路故障。它通过观察故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差测距。低压脉冲反射法的优点是简单、直观、不需要知道电缆的准确长度等原始技术资料。根据脉冲反射波形还可以容易地识别电缆接头与分支点的位置。
低压脉冲反射法的缺点是不能适用于测量高阻与闪络性故障。

低压脉冲反射法工作原理：
当线路输入一个脉冲电波时，该脉冲便以速度V沿线路传输，当行Lx距离遇到故障点后被反射折回输入端，其往返时间为T，则可表示为：
Lx=VT/2

V为电波在线路中的传播速度，与线路一次参数有关，对每种线路它是一个固定值，可通过计算和仪器实测得到。将脉冲源的发射脉冲和线路故障点的反射波以一显示器实时显示，并由仪器提供的时钟信号可测得时间T。因此线路故障点的距离Lx便可由上式求得。不同故障时的波形图如下图所示。

通过以上原理，测试时向电缆注入一低压脉冲，该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，通过识别反射脉冲的极性，可以判定故障的性质。断路故障反射脉冲与发射脉冲极性相同，而短路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反（如上图所示）。

5.3脉冲电流法
在电缆故障中，单纯的断线开路故障很少，绝大部分都是含有低电阻的、高电阻的或闪络性的单相接地、多相接地或相间故障，所以在实际测量中脉冲电缆法是最常用的测距方法之一。
脉冲电流法主要是将故障点用高压击穿，如下图所示，用仪器采集并记录下故障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波脉冲信号在测量端与故障点往返一次所需要的时间差△t，根据公式t=u△t/2来计算故障距离的测量方法叫脉冲电流法。脉冲电流法采用线性电流耦合器采集电缆中的电流行波信号。
脉冲电流法工作原理图


冲击电流法测试波形

脉冲电流法与低压脉冲法不同的是这里的脉冲信号是故障点放电发生的，而不是测试仪器发射的。如上图冲击电流法测试波形 所示，吧故障点放电脉冲波形的起始点定位零点，那么他到故障点发射脉冲波形的起始点的距离就是故障距离。
依照高压发生器对故障电缆施加高压电压的方式不同，脉冲电流法分直流高压闪络与冲击高压闪络两种测试方法。
直流高压闪络测试法（简称直闪法）的应用范围：直流高压闪络测试法用于测量闪络击穿性故障，即故障点电阻极高，在用高压试验设备把电压升到一定值时就产生闪络击穿的故障。据统计，能用直闪法测量的电缆故障，约占电缆故障总数的20%，在预防性试验中出现的电缆故障多属于该类故障。直流高压闪络测试法获得的波形简单、容易理解。而一些故障点在几次闪络放电之后，往往造成故障点电阻下降，以致不能再用直闪法测试，故实际工作中应珍惜能够进行直流高压闪络测试法测试的机会。

线性电流藕合器的输出


冲击高压闪络测试法（简称冲闪法）的应用范围：主要适用于低电阻、高阻抗的或闪络性的单相接地、多相接地或相间绝缘不良的故障。
采用冲击高压闪络测试法时因为在故障点电阻不很高时，因直流泄漏电流较大，电压几乎全降到了高压试验设备的内阻上去了，电缆上电压很小，故障点形不成闪络，必须使用冲击高压闪络测试法。冲击高压闪络测试法亦适用于测试大部分闪络性故障，当然，由于直流高压闪络测试法波形相对简单，容易获得较准确的结果，应尽量使用直流高压闪络测试法测试。
冲击高压闪络测试法与直流高压闪络测试法接线基本相同，不同的是在储能电容C与电缆之间串入一球形间隙G。

冲击法测试接线


脉冲电流测试接线图

5.4二次脉冲法
低压脉冲（反射）法测试低阻和短路故障的波形最容易识别和判读，可惜他不能测试高阻和闪络性故障，原因在于它发射的低压脉冲不能击穿这类故障点。而二次脉冲法正好解决了这个问题，他可以测试高阻和闪络性故障，而且得到的是和低脉冲法相似的波形，易于识别和判读。
二次脉冲法可以测接地、短路、断线和闪络性故障，但对于金属性接地或短路故障很难用此法进行定点。
二次脉冲法可测量向故障电缆施加高压使故障点击穿放电后，放电电弧能长时间存在的故障。含有：高阻泄漏性故障、高阻闪络性故障等。

二次脉冲测试原理


二次脉冲测试设备接线图


二 次 脉 冲 测 试 接 线 图

6. 电缆故障定点
电缆故障的精确定点是故障探测的关键。目前，比较常用的方法是冲击放电声测法及主要用于低阻故障定点的音频感应法。实际应用中，往往因电缆故障点环境困素复杂，如振动噪声过大、电缆埋设深度过深等，造成定点困难，成为快速找到故障点的主要矛盾。
6.1声测法
直接通过听故障点放点的声音信号或看故障点放电的声音信号所转换的其他可视信号来找到故障点的方法称为声测定点法。
声测法是目前电缆故障测试中应用最广泛而又最简便的一种方法，95%以上的电缆故障都用此法进行定点，很少发生判断错误。
声测定点主要是利用故障点的放电声音定点，使用可调压的高压设备，使故障点击穿放电，故障间隙放电时产生的机械振动，传到地面，便听到“啪、啪”的声音，利用这种现象可以十分准确地对电缆故障进行定点。对于电缆护层已被烧穿的故障，往往可在地面上用人耳直接听到故障点放电声。对于护层未烧穿的电缆故障或电缆埋设较深时，地面上能听到的放电声太小，则要使用耳机来监听判断进行定点。
声测法是利用直流高压试验设备向电容器充电、储能，当电压达到某一数值时，经过放电间隙向故障线芯放电。由于故障点具有一定的故障电阻，在电容器放电过程中，此故障电阻相当于一个放电间隙，在放电时将产生机械振动。根据粗测时所确定的位置，用拾音器在故障点附近反复听测，找到地面振动最大、声音最大处，即为实际电缆故障点位置。

声测法放电电压的大小，由放电间隙来控制，一般在试验时，将放电间隙调至一定位置，将放电电压控制在20~25KV之间，每隔3~4s放电一次即可。
声测试验中如果采用电容量较大的电容器，则应考虑试验设备的容量问题。一般以采用2KV·A的试验变压器和2-3KV·A的调压器较好。硅堆也应采用容量较大的硅堆（如2DL—75KV/1A），以防止烧坏。
声测法的优点是容易理解，便于掌握，可信性较高；缺点就是受外界环境影响较大，受人的经验和测试心态的影响较大。

6.2声磁信号同步接收定点法

通过探测传感器的放电产生的声音信号和磁场信号的时间差来找到故障点的方法，简称声磁同步接收法。
实际测试中，往往由于环境噪声的干扰，使人很难辨认出真正的故障点放电声音。采用声磁同步接收法，可以提高识别能力。
测试原理是在向电缆施加冲击高压信号使故障点放电时，会在电缆的外皮与大地形成的回路中感应出环流来，这一环流在电缆周围产生脉冲磁场。由于一般环境电磁干扰与电缆故障放电的脉冲磁场相比弱得多，仪器能够可靠地检测出磁场信号。如在监听到声音信号的同时，接收到脉冲磁场信号，即可判断该声音是由故障点放电产生的，故障点就在附近 。
现场测试时，往往已听到故障点放电声音了，但仍然不能最后精确地断定故障点在何处，特别是当电缆敷设在钢管或管道里边时，困难更大。通过检测磁、声信号的时间差，可以解决这一问题。
由于磁场信号传播速度快，一般从故障点传播到仪器探头放置处所用的时间是微秒级，可忽略不计；而声音传播速度慢，传播时间在毫秒级；因此，可根据探头检出的磁、声信号的时间差，判断故障点的远近，测出时间差最小的点，即故障点。
声磁同步法故障定点的过程：第一步用高压信号发生器向故障电缆中施加脉冲高电压 。第二步携带声磁同步法故障定点仪器，到 距离高压信号发生器十几米外的电缆路径上，查看仪器是否能接收到脉冲磁场信号。第三步依照故障测距结果与电缆的路径走向，找 出故障点的大体方位，携带声磁同步法故障定点仪器到该方位处，沿电缆的路径移动探头，寻找声音波形图。

脉冲磁场的方向与声磁时间差的显示


管道中电缆故障的定位 例