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ST系列電纜故障綜合測試儀目錄
*章 概述........................................................... 1
一、用途...............................................................1
二、功能特點.......................................................... 2
三、技術指標...........................................................3
四、基本測試步驟...................................................... 4
第二章 儀器組成和簡介................................................. 5
一、ST-400電力電纜故障綜合測試儀...................................... 5
二、ST-500電纜路徑探測信號發生器...................................... 9
第三章 低壓脈沖法測距................................................ 11
一、適用范圍..........................................................11
二、工作原理......................................................... 11
三、測試步驟......................................................... 12
第四章 脈沖電流法測距................................................ 17
一、適用范圍......................................................... 17
二、工作原理......................................................... 17
三、測試步驟......................................................... 19
第五章 聲磁同步定點.................................................. 23
一、工作原理......................................................... 23
二、高壓發生器的接線方法............................................. 24
三、定點步驟......................................................... 25
第六章 路徑探測...................................................... 29
一、工作原理..........................................................29
二、信號發生器的接線和使用方法....................................... 29
三、路徑探測步驟..................................................... 31
第七章 儀器維護...................................................... 35
一、充電............................................................. 35
*章 ST系列概述
一、 ST系列用途
ST系列，用于電力電纜的故障測試，是一套集成化設備，包括兩臺儀器及相關附件：
主機有以下功能：
信號發生器用于路徑探測的信號發射。
ST系列相對于傳統的分體設備，其設備件數、體積、重量均大幅縮減，且功能強大、簡單易用、小巧便攜，是傳統設備的換代產品。
二、 ST系列功能特點
四.基本測試步驟
1.一般步驟：
第二章 ST系列組成和簡介
ST系列包括兩臺儀器及相關附件：
1.ST-400電力（簡稱主機）
主機有以下功能，并根據不同功能使用相應附件：
2. ST-500電纜路徑探測信號發生器（簡稱信號發生器）
信號發生器用于路徑探測的信號發射，附件：輸出連接線、接地釬。
3. 通用附件：充電器。
一、ST-400電力（M：主機）
主機外觀結構如圖2-1-1所示：
圖2-1-1 主機外觀和接口
ST系列主機面板如圖2-1-2所示：
圖2-1-2 主機面板
ST系列主機面板上有以下內容：
顯示各種信息，顯示的內容在以后章節中有詳細介紹。
面板右上角區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。
脈沖電流模式：按一下進入等待觸發狀態;
定點、路徑模式：無效。
脈沖電流模式：觸發時閃亮一次;
定點模式：磁場觸發時閃亮一次;
路徑模式：無效。
面板左下角區域的按鍵基本是為了測距功能服務。按鍵上直接標注的功能為其基本功能定義，直接按鍵即執行基本功能：
和
鍵：用來移動光標。確定功能：當某些操作需要時，用來進行確認。
鍵：背光鍵，用來打開和關閉液晶屏背光。背光功能為按鍵抬起執行。按住Shift鍵（基本功能的
鍵）不放，再按其它鍵，則執行鍵旁邊標注的上檔功能：
和
鍵：比例縮放鍵，用于對波形的縮?。糯箫@示。ST系列頂部接口板見圖2-2-2所示：
圖2-1-3 主機頂接口板
脈沖電流模式下，接脈沖電流耦合器。
側面接口板見圖2-1-4所示：
路徑模式下，用來調整路徑信號增益。 圖2-1-4 主機側接口板
二、ST-500電纜路徑探測信號發生器（T：信號發生器）
信號發生器外觀結構如圖2-2-1所示：
圖2-2-1 信號發生器外觀和接口
信號發生器面板如圖2-2-2所示：
圖2-2-2 信號發生器面板
信號發生器面板上有以下內容：
按 電池檢測 鍵則顯示電池水平，指針位于綠色區域表示電池電量正常，若指針位于黃色區域，表示電池欠壓，仍可工作一小段時間，建議充電；若指針低于黃色區域，表示電池電量不足，可能無法開機，需充電后再使用。
主機側面接口板見圖2-1-4所示：
圖2-2-3 信號發生器側接口板
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；也可用于區分電纜的中間頭、T型接頭和終端頭。
低壓脈沖法使用時域反射法（TDR）原理，又叫脈沖反射法。測試時向電纜注入一低壓脈沖，脈沖沿電纜傳播到阻抗不匹配點，如短路點、故障點、中間接頭等，脈沖產生反射，回送到測量點被儀器記錄下來,如圖3-2-1所示：
圖3-2-1 低壓脈沖法原理圖
從儀器發射脈沖開始計時，到接收到故障點的反射脈沖共需時Δt；脈沖行波傳播速度為V，則故障點距離Lx為：
(3-1)
(3-2)
其中
為故障點的輸入阻抗，
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射脈沖極性相同；而短路（混線）故障的反射脈沖與發射脈沖極性相反。因此通過識別反射脈沖的極性，可以判定故障的性質。如圖3-2-1和圖3-2-2所示：
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頂接口板的 測距 信號插口，測試線的的兩個夾鉗接故障相和地（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 鍵打開電源，按 低壓脈沖 鍵，進入低壓脈沖測距模式（開機默認），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：
初始測試時選擇的范圍應大于電纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應選擇2km范圍，而不應選擇1km。若發現可疑點較近，為了得到更高的測距分辨率，可以適當將范圍縮小。每改變一次范圍，儀器會自動進行一次測試。
4、設定波速：
根據電纜的類型設定合適的波速。
幾種常用電力電纜的波速為：
不同生產廠家或不同批次的電纜，即使是相同型號，其波速也會有細微差別，當需要測距時，需根據已知的電纜全長校準波速度，參見本節第11條。
5、測試：
按一次 測試 鍵，即進行一次脈沖發射，“信號”指示燈閃爍，儀器接收和處理脈沖反射信號，并進行顯示。
6、調整增益：
增益是指儀器對信號的放大倍數，調節增益可以改變的波形幅值，一般要調到需要的波形幅值足夠大且不失真。
增益調整方法：按 增益 ＋/－鍵，可以調整信號增益。每改變一次增益，儀器自動進行一次測試。
6、光標定位：
反射脈沖波形的起始位置是故障位置。將光標移動到脈沖波形開始有明顯變化的位置（如圖3.4.2虛光標位置），屏幕右上角顯示的距離就是故障距離。
注意：光標在其他位置時，顯示的距離沒有意義。
自動定位方法：按 定位/確認 鍵，儀器進行自動光標定位。如果自動定位沒有得到正確結果，應進行人工定標。
手動光標定位方法：按
和
鍵，可以左右移動光標。圖3-3-3為一個典型的混線故障波形，虛線光標位置即為故障點距離：320m。因為波形向下，故判斷為混線故障；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：
如果需要精細觀察，從而得到更高的測距分辨率，可以將波形進行水平縮放。
波形縮放方法：按 放大 鍵將波形放大；按 縮小 鍵將波形縮小。
在波形放大狀態，無法進行自動定位。
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。
波形比較方法：首先測試得到故障線對波形，按 暫存 鍵，將當前波形在儀器內存中暫存，屏幕左上角顯示暫存標志。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，屏幕上將同時顯示兩條波形，屏幕上部顯示雙波形比較標志。通過比較兩波形的異同，可以幫助尋找故障點。如圖3-3-4所示：
圖3-3-4波形比較
7、相對距離測量：
若需得到故障點和參照點（如電纜接頭）的相對距離，操作如下：
儀器開機后默認實光標在*位置；調整虛光標將其移動到參照點；按 光標切換 鍵，實光標和虛光標的位置互換，現在實光標位于參照點，虛光標位于*；調整虛光標移動到故障點，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：
根據已知的電纜全長，可以校準波速度。
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，將虛光標移動到波形明顯分叉處，調整波速使得長度測量值和已知長度相同，則此時的波速為本條電纜的實際波速。
8、波形存儲和查看：
按 存儲 鍵將在SD卡中存儲當前測試的波形，按 調出 鍵（即同時按 Shift 鍵和 存儲 鍵）后，屏幕顯示后一次存儲的波形，用 后翻 和 前翻 鍵可以選擇顯示其他波形。
若需要進行計算機存檔管理，或需要進一步分析以及打印，需將SD卡取出，插入讀卡器并和計算機連接，將SD卡中存儲的波形數據導入計算機，在后臺軟件的支持下可以進行存檔、分析和打印.
第四章 脈沖電流法測距
脈沖電流法用于電纜的高阻和閃絡性故障的測距，需要和高壓沖擊信號發生器配合使用。
1、 ST系列基本原理：
當電纜故障點絕緣電阻較大(大于10倍電纜特性阻抗,Rf＞10Zc≈200Ω)時，故障點的反射系數很小，造成反射脈沖無法分辨，因此低壓脈沖法無法測距。
使用高壓發生器向故障電纜施加高壓，使得故障點擊穿放電，放電脈沖在故障點和測試端之間來回反射，用儀器采樣記錄此信號并測量時間差，將得到故障點的距離。
有兩種方法可以采集放電脈沖信號：電壓取樣和電流取樣，采用電流取樣即為脈沖電流法：電流耦合器采集測試地（電纜金屬外皮）流回高壓儲能電容的電流，與高壓部分*隔離，安全可靠，波形較易識別。
2、直閃法：
直流高壓閃絡法（直閃法）用于測量閃絡性故障，即故障點絕緣電阻*，但在做耐壓試驗時電壓上升到一定水平產生閃絡擊穿的故障。
直閃法原理如圖4-2-1所示，其中T1為調壓器；T2為高壓變壓器，容量應在1KVA左右；VD為高壓硅堆；C為高壓儲能電容器，容量在2μF以上；L為電流耦合器。調節T1調壓器，使得輸出電壓逐漸升高，直至故障點擊穿。
圖4-2-1 直閃法原理圖
直閃法的波形如圖4-2-2所示:
圖4-2-2 直閃法波形
3．沖閃法：
當電纜故障點的電阻不是很高時，故障點的泄漏電流較大，如果使用直閃法，因T2高壓變壓器的內阻很大，輸出電壓將無法升高到閃絡電壓，這時必須使用沖擊高壓閃絡法（沖閃法）。沖閃法也適用于大多數閃絡型故障。
沖閃法原理如圖4-2-3所示，它與直閃法基本相同，區別在于在儲能電容C和電纜之間串入一球間隙G。調節T1調壓器對電容C充電，當電容電壓上升到一定程度時，球間隙G擊穿，電容C對電纜放電，由于電容的內阻極小，輸出電壓將能足夠高并使得故障點擊穿。
圖4-2-3 沖閃法原理圖
沖閃法的波形如圖4-2-4所示:
圖4-2-4 沖閃法波形
1、 ST系列接線：
使用脈沖電流法必須配合使用高壓沖擊信號發生器，推薦使用集成化的設備，操作簡單，安全可靠；也可以使用由分立器件組合成的高壓沖擊放電裝置。
測試接線如圖4-3-1所示。
圖4-3-1 與其他高壓設備配合使用
以電纜相對地故障為例，將高壓發生器的高壓輸出線連接電纜故障相，測試地線連接電纜的金屬護套；將脈沖電流耦合器掛在測試地線上，耦合器輸出插頭接主機 測距 信號插口。
若電纜是相間故障，則需將高壓發生器測試地線連接另一故障相，并將其接地。
接線注意事項
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2、選擇工作模式：
按 脈沖電流 鍵，進入脈沖電流測距模式，其顯示界面和低壓脈沖法基本相同。
3、選擇測試范圍：
初始測試時選擇的范圍應大于電纜全長至少幾百米，如：電纜全長為800m，則應選擇2km范圍，而不應選擇1km。
若發現可疑點較近，為了得到更高的測距分辨率，可以適當將范圍縮小。
如果確信故障點已經放電（觀察高壓發生器的高壓表，發現放電時電壓跌落明顯，說明已放電），但仍然沒有得到放電波形，說明故障點的擊穿延時有可能較長，可以適當將范圍增大再測試。
4、設定波速：
根據電纜類型設定合適的波速。
5、測試并調整增益：
按 測試 鍵，儀器進入等待觸發狀態，當高壓發生器對電纜放電后，儀器觸發、采集并顯示波形。若波形過小須調高增益，反之調低，再重復測試，直至獲得滿意的脈沖電流波形。
6、故障點定位：
采集到波形后，按 和 鍵 將虛光標定位在*個放電脈沖起始點，再按 光標切換 鍵，將虛光標變為實光標，再移動虛光標移動到第二個脈沖起始點，其相對距離即為故障點。
按 定位／確定 鍵，儀器能自動進行計算和定標。
圖4-3-2為一組典型的直閃法波形：
圖4-3-2典型的直閃法波形
圖4-3-3為一組典型的沖閃法波形：
圖4-3-3 典型的沖閃法波形
6、定標時的注意事項：
①. 故障點擊穿時，球間隙放電聲清脆響亮，火花較大。而沒擊穿時，一般球間隙放電聲嘶啞，不清脆，而且火花較弱。
②. 電纜故障點擊穿時，電壓表指針擺動范圍較大。而未擊穿時，電壓表擺動較小，
③. 
根據儀器記錄波形判斷。圖4-3-5為電纜未擊穿時的典型波形。
圖 4-3-5 故障點未擊穿時的典型波形
第五章 聲磁同步定點
本儀器采用波形顯示的聲磁同步法進行故障定點 ，是一種非常、且*性很好的定點方法，其原理基于傳統的聲測定點法，但有多項改進和提高。
當高壓發生器對故障電纜進行直流高壓沖擊，使故障點擊穿放電，放電產生的機械振動傳到地面，振動信號被高靈敏度的傳感器拾取，經放大后用耳機監聽，便可以聽到“啪、啪”的聲音。這就是傳統的聲測法定點的基本原理。
傳統的聲測法定點儀一般僅使用耳機監聽，或輔以表頭指針擺動來分辨故障點放電聲音。由于放電聲一瞬既逝，而且和環境噪聲區別不大，往往給經驗不是十分豐富的操作者帶來很大困難。
傳統聲測法經改進后即為聲磁同步法，利用高壓沖擊放電瞬間的強大電磁場信號，觸發一個指示燈閃亮（或表針擺動），對聲音進行同步。若聽到“啪、啪”聲的同時看到指示燈閃亮（或表針擺動），表明聽到的聲音是故障點放電聲。聲磁同步法對聲測法改進很大，但仍然主要靠人耳對聲音進行判斷，仍然對操作者的經驗有很高要求。
ST系列利用放電脈沖磁場作為同步信號，對聲音進行數字化采樣，將聲音波形顯示出來，波形可以持續保持，避免了聲音轉瞬即逝的缺點，而且故障點放電波形和噪聲有明顯的區別，更重要的是多次放電的聲音波形均非常相似，當觀察到多次放電的聲音波形相同時，可以明確判斷已經采集到了放電聲音。
現場測試時，往往已經聽到故障點放電聲，但僅靠聲音強弱仍很難判定故障點位置，特別是當電纜敷設在管道里面時，困難更大。通過檢測電磁信號和聲音信號之間的時間差，可以解決這個問題。由于電磁信號的傳播速度是光速，從電纜傳播到傳感器的時間可以忽略不計；而聲音傳播速度相比起來慢的多，為每秒幾百米的量級；因此，通過檢測電磁、聲音信號之間的時間差，可以判斷故障點的遠近。當不斷移動傳感器，找到聲磁時間差小的點，則其下方就是故障點。應該指出，由于很難知道聲音在電纜周圍介質中的傳播速度，也不知道電纜埋設的具體深度，所以不可能確切計算出傳感器和故障點之間的水平距離。
聲磁同步定點需要配合使用高壓沖擊信號發生器，并工作在周期放電狀態。
1、相線對鎧裝接法：
當發生相地故障、相間合并對地故障，或斷線合并接地故障，總之只要存在相對地絕緣損壞，均優先采用相對鎧接法，其優點為故障點放電聲的傳播衰減較小。
如圖5-2-1所示，將高壓發生器的高壓輸出連接電纜故障相，測試地連接電纜的金屬鎧裝。
圖5-2-1 相對鎧接法
2、相間接法：
當發生單純相間故障（沒有合并接地）時，使用相間接法。如圖5-2-2所示，將高壓發生器的高壓輸出和測試地連接兩故障相，其中一故障相需進行安全接地。
圖5-2-2 相間接法
3、斷線故障的接法：
對于單純斷線故障（沒有發生合并接地），接線示意圖如圖5-2-3所示：
圖5-2-3 斷線故障接線示意圖
將高壓發生器的高壓輸出線和測試地線分別接電纜的一完好相線和故障相線，在電纜的遠端將兩項短路。
1、連接傳感器和耳機：
將定點傳感器接主機 定點 信號插口，耳機接 耳機 插口。如圖5-3-1所示：
2、選擇工作模式：
按 定點 鍵，進入聲磁同步定點模式，其顯示界面如圖4-3-2所示：
圖5-3-1 主機定點模式的配置
2、選擇工作模式：
按 定點 鍵，進入聲磁同步定點模式，其顯示界面如圖5-3-2所示：
圖5-3-2 定點顯示界面
3、選擇定點區域：
在定點之前，首先應明確電纜路徑。如果圖紙資料不完整，應進行路徑探測，并做好標志。
根據測距結果，考慮電纜頭盤余量、地形因素，粗略確定故障點位置，由于不可避免的存在估算誤差，一般應在（測距值 ± 50m）之間定點。
注意：在脈沖電流測距時，由于放電波形的起始處一般都有向上的小幅凸起，造成不易定位，一般測距值均略大于實際故障距離，長約10~20m。
在選定的區域，將傳感器平放于電纜正上方的地面，觀察波形并用耳機監聽，開始定點。
4、調整磁場增益：
當高壓發生器開始對故障電纜周期放電后，調整儀器主機的“磁場增益”旋鈕，使“信號”指示燈的閃亮和高壓發生器的放電形成同步，正常同步時的磁場波形和圖5-3-2所示的非常相似。如果“信號”指示燈閃亮頻率很快（如1－2秒閃亮一次），而且磁場波形尖細，毛刺較多，這是由于磁場增益過大，造成電磁噪聲錯誤觸發，此時需要將磁場增益適當調小。
5、調整聲音增益：
當調整好磁場增益正常同步后，再調整“聲音增益”旋鈕。 當“信號”指示燈閃亮時，聲音信號同步采樣一次，波形更新。調整“聲音增益”旋鈕，使聲音波形足夠大且不失真。
聲音信號（包括噪聲）在不斷變化，要隨時看到真實的聲音波形，需要不斷地調整其增益，但根據經驗，聲音信號增益可以調的較大，只要不是每次都失真即可，不必隨時調整。
6、尋找并逼近故障點：
以大約0.5~2m的間隔移動傳感器，如果連續幾次放電，均沒有看到如圖5-3-2所示的典型聲音波形，則應繼續向前移動，直至多次放電的聲音波形都與典型波形非常相似,而且穩定（除非當時有很大的噪聲出現），說明已經到了故障點的附近，采集到了真正的故障點放電聲音信號。這時用耳機監聽，會在“信號”指示燈閃亮的同時，聽到較沉悶的一聲“啪”。一般來說，靠觀察聲音波形得到的響應范圍大于聽聲的響應范圍，而且單純聽聲較難分辨。
7、測量聲磁延時，定位：
看到放電聲音波形后，按
鍵移動光標，將其移動到聲音波形的起始點上，在聲音波形顯示區的右上角顯示聲磁延時值，如圖5-3-2所示。此延時值能代表故障點的遠近，但由于很難確知聲音在電纜周圍復雜介質中的傳播速度，也不知道電纜埋設的具體深度，所以不能計算出傳感器和故障點之間的水平距離。
注意：光標在其它位置時，顯示的聲磁延時值沒有意義。
以較小的間隔不斷改變傳感器的位置，并測量聲磁延時，直至找到延時值小的點，其正下方即是故障點，誤差在0.2m之內。
8、利用磁場極性進行輔助路徑探測：
在電纜的兩側，磁場波形的極性相反，可由此進行輔助路徑探測。此功能在終確定故障點位置時比較有用。
9、 ST系列注意事項：
第六章 路徑探測
電纜路徑探測的基本原理，是用探測線圈感知加載在待測電纜上的交變電流引起的電磁場。進行路徑探測時，需要用信號發生器向電纜發射音頻信號，用主機進行接收。
1、芯線-大地接法
芯線-大地接法是對離線電纜（退出運行的不帶電電纜）進行路徑探測和鑒別的基本接線方式，信號強，并能大程度地抗干擾。
圖6-2-1 芯線－大地接線法
如圖6-2-1所示，將電纜金屬鎧裝（護層）兩端的接地線均解開，低壓電纜的零線和地線的接地也應解開，將信號發生器輸出線的紅色鱷魚夾夾一條完好芯線，黑色鱷魚夾夾在打入地下的接地釬上。在電纜的對端，對應芯線接打入地下的接地釬。
注意，盡量使用接地釬，而不要直接用接地網！至少在電纜的對端必須用接地釬，接地釬還需要離開接地網一段距離，否則會在其他電纜上造成地線回流，影響探測效果。
2、相線－護層接法：
圖6-2-2 相線－護層接法
如圖6-2-2所示，發射信號加在電纜一相和護層之間，對端相線和護層短路，護層兩端保持接地。
這種接法比較簡單，但輻射出的有效信號較小，如果是多條電纜并行敷設，信號也會傳播到其他電纜上，造成干擾。故此方法適用于簡單現場，若遇到多條電纜不易區分的問題，可換用芯線-大地接法。
3、連續／斷續輸出模式選擇
使用連續輸出模式能夠滿足絕大多數探測工作的需要；在干擾較大的場合可以考慮換用斷續輸出模式，有助于區分真實信號和背景噪聲。
需要時，操作信號發生器側接口板上的開關進行“連續”/“斷續”模式切換。
4、信號發射
接好線后，長按 開關 鍵打開電源，儀器根據負載情況進行實時全自動阻抗匹配，表頭顯示輸出電流的大小。
可以通過觀察電流大小，來判斷電纜電流回路的阻抗情況，電流大說明回路阻抗小，信號強，易于探測；反之說明阻抗大，信號弱，探測靈敏度降低；如果輸出電流很小，可能是因接線錯誤造成回路阻抗過大，或回路不通，可能無法探測。
5、電池檢測
需要檢測電池電量時，按 電池檢測 鍵，表頭顯示電池水平，指針位于綠色區域表示電池電量正常，若指針位于黃色區域，表示電池欠壓，仍可工作一小段時間，建議充電；若指針低于黃色區域，表示電池電量不足，可能無法開機，需充電后再使用。
1、連接傳感器和耳機：
將路徑傳感器接主機 路徑 信號插口，耳機接 耳機 插口。如圖6-3-1所示：
圖6-3-1 主機路徑探測模式的配置
2、選擇工作模式：
按 路徑 鍵，進入路徑探測模式，其顯示界面如圖6-3-2所示：
圖6-3-2 定點顯示界面
第七章 ST系列維護
一、 ST系列充電
當主機屏幕上顯示的電池水平很低，或信號發生器“電源”指示燈閃爍時，需要對其充電，在繼續使用一小段時間后，儀器將自動關機。
充電時，將充電器的輸出插頭插到儀器的 充電 插孔，充電器的電源插頭插市電220V插座，儀器開始充電，充電器的指示燈指示充電狀態，紅燈表示正在充電，綠燈表示充電完成。將放完電的電池充滿大約需要4小時，充不滿也可以使用，超過4小時也不會損壞電池。
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