电缆故障测试相关技术与设备综述

更新时间：2024-11-14

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在现代电力系统以及各类涉及电缆应用的领域中，电缆的安全可靠运行至关重要。然而，由于电缆长期处于复杂的环境、面临各种电气应力以及自然老化等因素影响，难免会出现故障。准确、高效地检测电缆故障并定位故障点，对于快速恢复供电、减少经济损失有着重大意义。

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电缆故障测试相关技术

（一）低压脉冲反射法

低压脉冲反射法是一种较为基础且常用的电缆故障测距技术。其原理基于传输线的电波反射理论，当在电缆一端注入一个低压脉冲信号后，该脉冲会沿着电缆向另一端传播。如果电缆存在故障点（比如开路、短路或低阻故障等情况），脉冲信号在遇到故障点时就会产生反射，反射信号会沿着电缆反向传播回到信号注入端。通过精确测量发射脉冲与故障点反射脉冲之间的时间差，并结合已知的电波在电缆中的传播速度，就能计算出故障点距离测试端的距离。

例如，在一条已知电波传播速度为 160m/μs 的电缆中，若测得发射脉冲与反射脉冲的时间差为 5μs，根据距离计算公式（距离 = 传播速度 × 时间差 ÷2，除以 2 是因为脉冲往返的原因），可算出故障点距离测试端的距离为 400 米。这种方法操作相对简单，测量精度较高，特别适用于测定电缆中的低阻、开路故障，同时也常用于测量电缆的全长，为后续其他测试提供基础数据。不过，它对于高阻故障和闪络故障往往无能为力，因为高阻故障点对脉冲信号的反射不明显，难以准确获取反射信号进行测距。

（二）脉冲电压法

脉冲电压法主要针对电缆的高阻与闪络故障检测。其操作过程是先向故障电缆施加直流或脉冲高压信号，使电缆故障点在高电压作用下被击穿，形成瞬间的放电通道。在这个过程中，故障点会产生电磁波或声波等信号，利用相应的传感器去捕捉这些信号，并根据信号传播的时间、特征等来确定故障点的位置。

比如在检测一段高压电缆的高阻故障时，通过高压发生器对电缆施加足够高的脉冲电压，待故障点被击穿放电，检测设备接收到放电产生的电磁波，记录从放电开始到接收到信号的时间，再结合电磁波在电缆周围介质中的传播速度，就能大致推算出故障点的距离。不过，该方法对闪络故障的测距精度相对有限，因为闪络故障的放电具有随机性和瞬间性，较难精准捕捉和分析相关信号。

（三）声磁同步法

声磁同步法结合了电磁信号和声波信号的特点来进行电缆故障测距。当电缆故障点发生放电时，会同时产生电磁波和声波信号，这两种信号在电缆周围介质中的传播速度有着较大差异（电磁波传播速度极快，接近光速，而声波传播速度相对较慢，例如在空气中约为 340m/s）。通过在电缆周围布置相应的传感器，分别接收电磁波和声波信号，并精确测量两者到达传感器的时间差，利用速度差的原理就可以准确计算出故障点的距离。

例如，在某电缆沟内的电缆出现故障，采用声磁同步法检测时，先接收到电磁波信号，经过一小段时间后接收到声波信号，根据两者的时间差以及预先设定的声波在该环境下的传播速度，便能精准确定故障点的具体位置。这种方法对各种类型电缆故障的测距精度都比较高，但需要配备较为复杂的仪器设备，并且要求操作人员有一定的专业知识和操作经验，以确保能准确捕捉和分析两种信号。

（四）跨步电压法

跨步电压法常用于单相接地故障或两相、三相短路并接地故障以及外护套故障的检测定位。其操作方式是在故障相与地之间加上负极性的直流电源，这样从故障点流入土壤的电流会在土壤表面形成类似漏斗状的电位分布。检测人员使用探棒在土壤表面移动，寻找电势MAX低点，该点对应的位置就是电缆故障点所在之处。

在一些地下电缆铺设区域，如果怀疑电缆出现接地故障，利用跨步电压法，通过沿着电缆路径附近的地面进行电位探测，当探棒探测到电位突然降低的位置时，基本就可以锁定故障点，不过这种方法受土壤电阻率等环境因素影响较大，在不同地质条件下需要对探测结果进行综合分析和判断。

电缆故障测试相关设备

（一）电力电缆故障测距仪

电力电缆故障测距仪是集多种先进技术于一体的专业测试设备。它通常采用了诸如低压脉冲反射和脉冲电流等多种测试方式，能够应对断线、低阻、高阻、闪络等不同类型的电缆故障进行测距。这类仪器智能化程度较高，具备自动判断故障点是否放电的功能，并且可以自动依据采集到的数据计算故障距离。

在使用时，操作人员只需按照仪器的操作说明，将相应的测试线连接到电缆的测试端，选择合适的测试模式，仪器就能快速进行信号采集、分析，最终在显示屏上直观地显示出故障距离等关键信息。同时，它采用电流传感器测量流过地线的脉冲电流信号，这种接线方式不仅简单方便，而且安全性良好，大大提高了现场测试的效率和安全性。

（二）电缆故障综合测试系统

故障智能测试仪：作为电缆故障综合测试系统的核心部件之一，它有着强大的故障检测能力，能够测试各类电缆上的开路、短路、接地故障以及高阻泄漏性和高阻闪络性故障。它集成了低压脉冲法和高压闪络法等先进技术，可以在无须烧穿高阻故障的情况下，直接对电力电缆的闪络及高阻故障进行测试。而且当配合专门的声点仪使用时，能够更加精准地测定故障点的位置，为维修人员快速找到故障点提供有力支持。
寻迹及故障定位仪：该仪器由发射机、接收机、感应式探头和电位差式探测架组成。在进行电缆路由寻迹时，利用电磁感应原理，发射机向电缆发送特定频率的信号，接收机通过感应式探头接收电缆辐射出的信号，从而确定电缆的走向和位置，同时还能测量电缆的埋深。而在故障定位测试方面，则可以通过电位差方法，检测电缆故障点处的电位变化，进而精准定位故障所在位置，无论是在地下直埋电缆还是在电缆桥架中的电缆，都能发挥良好的寻迹和定位作用。
直流高压发生装置：它是电缆故障检测系统中常备的组成部分，主要作用是为电缆故障检测提供辅助高压电源，尤其是在使用冲击闪络法检测高阻故障时，能够输出足够高且稳定的直流高压，使高阻故障点被击穿放电，以便后续利用其他设备捕捉放电信号进行故障定位，保障整个电缆故障检测流程能够顺利进行。

（三）电力电缆故障测试仪

电力电缆故障测试仪功能也十分全面，可用于电力电缆开路、短路、接地、低阻、高阻闪络性及高阻泄漏性故障的测试，并且对于同轴通信电缆和市话电缆的开路、短路故障也能进行精确测试。除此之外，它还具备一些拓展功能，比如可以测试电缆路径、埋深、电波测速以及核定电缆长度等，并可建立电缆档案以便日常维护管理。使用者可以通过其友好的操作界面，便捷地选择不同的功能模块，完成各项测试任务，是电力运维人员手中一款较为实用的多功能电缆检测工具。

（四）多次脉冲电缆故障测试仪

多次脉冲电缆故障测试仪有着自有的工作原理和优势。它负责向电缆输入测量脉冲，并能精准判断触发电路发送测量脉冲的时机，同时对采集到的信号进行滤波处理，提取出有用的测量脉冲。随后，对这些测量脉冲进行高速的采样、记录和运算分析，其最大的特点在于能够成功地捕捉到电缆高阻故障的低压脉冲波形，这对于电缆故障测试人员分析高阻故障、准确判断故障点位置提供了极大的便利，有助于提高高阻故障检测的准确性和效率。