测量故障点距离的方法与步骤

电缆故障的性质确定后，要根据不同的故障，选择适当的方法测定从电缆一端到故障点的距离，这就是故障测距。由于各种仪表都只能达到一定的精度，加上铺设路径与丈量路径有出入等影响，测距所标定的故障位置与实际故障点总有些偏离，通常只能借以判断出故障点可能的地段。因此，测距又称“粗测”，为找到确切的故障点往往要配合其他手段进行“细测”，这就是故障定点。常用的测距方法有以下两种。

1.直流电桥法

直流电桥法是至今仍广泛应用的一种测距方法。它是基于电缆沿线均匀、电缆长度与缆芯电阻成正比的特点，将电缆短路接地，故障点两侧的环线电阻引入直流电桥，测量其比值。由测得的比值和电缆全长，可算出测量端到故障点的距离。直流电桥法测量原理图如图6-3所示。图中R_L是电缆全长的单芯电阻，R_X是始端到故障点的电阻。

图6-3 直流电桥法测量原理图

a）组成的单臂电桥 b）故障电缆回路

电桥法有多种接线，普遍使用的是缪雷环线法。对低电阻性接地用低压缪雷环线法，电源电压不超过1kV；高电阻性接地用高压缪雷环线法，电压可达数千伏甚至上万伏。普通的单臂和双臂电桥，多数外接数十伏到数百伏的直流电源，以2～3kΩ作为划分高阻和低阻的界线是适当的。因为这时恰能得到电桥测量所必需的10～50mA的测量电流，电桥足够准确。电阻大于3kΩ，则电桥灵敏度不够，显然，要增大电流，方法不外乎是提高电压或降低电阻。降低电阻的方法，下面将详细介绍。提高电压就是高压缪雷环线法，它与低压缪雷环线法没有本质区别，只是仪器能承受高压。

（1）单相接地故障的测量

缪雷环线法测量单相接地故障原理示意图如图6-4所示。

图6-4 缪雷环线法测量单相接地故障原理示意图

M—比例臂 R—可调测量臂电阻 R_f—检流计灵敏度调整电阻 G—检流计

将电桥的测量端子X₁和X₂分别接往故障缆芯和完好缆芯，这两芯的另一端用跨接线短接构成环线。于是电桥本身有两臂（比例臂M和测量臂R），故障点两侧的缆芯环线电阻构成另两臂。当电桥平衡时，则故障点的距离为

式中 X——从测量端到故障点的距离；

L——电缆长度（m）；

R——测量臂电阻（Ω）；

M——比例臂电阻（Ω）。

（2）两相短路或短路接地的故障测量

两相短路并接地的故障测量方法与单相接地基本相同。两相短路时的测量电流不经过地线成回路，而是经过相间故障点成回路。故障相缆芯接往电桥，其中一相的末端与完好相短路构成环线，测量两相短路或短路接地故障接线图如图6-5所示，接入电桥X₁和X₂端子上，另一相与电池DC串接。当电桥平衡时，同样可由计算单相接地的计算公式计算出到故障点的距离X。当两相在不同点接地造成短路时，可调换跨接线，分别测出它们的故障点。

图6-5 测量两相短路或短路接地故障接线图

a）两相短路 b）两相在不同点接地造成短路

（3）三相短路或短路并接地的故障测量

用电桥法测量三相短路或短路并接地的故障时，必须借助于辅助线。如附近有完好的平行电缆线路，可用其一根缆芯作辅助线，在末端与故障缆芯任一相（常取绝缘电阻最低的）短路构成环线，测量方法与上述单相接地和两相短路的测量方法相同。如没有平行线路，应布设临时线作辅助线，用临时线测量三相接地故障接线示意图如图6-6所示。临时线可用低压塑料二芯线，一芯与阻值较大的比例臂（M）串联，另一芯接到检流计，这样做测量误差小些。对临时线无严格要求，只需测出其电阻值。接线时，应将临时线的两线芯的另一端同时接往缆芯中绝缘电阻最低的一相，不要在两线芯连接好后再用短线接往缆芯，因为这样等于接长了电缆而带来误差。当电桥平衡时，故障点的距离为

图6-6 用临时线测量三相接地故障接线示意图

式中 r——临时线单边电阻值（Ω）。

如果三相电缆芯不在同一点接地短路，同样可用上述方法对每一根进行测量，找出它们的故障点。

（4）高阻性故障的测量

1）低压电桥测量。用低压电桥测量高阻性故障必须首先将高电阻烧穿为低电阻。现场常采用高压直流烧穿法，其接线与泄漏电流相同。用直流烧穿法可避免无功电流，仅供给流经故障点的有功电流，从而大大减小试验设备的体积，适于现场应用。烧穿开始时，在几万伏电压下保持几毫安至几十毫安电流，使故障电阻逐渐下降。此后，随电流的增加应逐渐降低电压，使在几百伏电压下保持几安电流。在整个烧穿过程中电流应力求平稳，缓缓增大。由于用直流烧穿法较泄漏电流试验的电流大，限流电阻不便使用，可以将操作回路的过电流保护调整到满足要求，注意试验设备容量要足够大，以免损坏。为避免给声测法定点带来困难，故障点对地电阻不宜降得太低，1kΩ左右即可。

2）高压直流电桥测量。对稳定性的高阻性接地故障，当采用高压直流电桥测量时，仍然使用惠斯登电桥原理。高压直流电桥测量高电阻接地故障接线示意图如图6-7所示，只是结构上采用了滑线电阻R₂，调节滑动点c，使电桥平衡。由于滑线电阻的总数值是固定的，可使其为常数，从而简化了计算，可由滑动点的位置直接得出到故障点的距离占电缆线路全长的比例。

图6-7 高压直流电桥测量高电阻接地故障接线示意图

当电桥在c值等分处达到平衡时，故障点的距离为

式中 R——滑线电阻的读数；

L——电缆线路全长；

K——滑线电阻等分数。(www.xing528.com)

使用高压直流电桥要注意安全，对非试验相的缆芯必须接地，以防产生感应高电压。高压直流电桥只适用于测量稳定性接地故障，不适于电缆在高压直流下内部有放电的情况，因为这时电流忽大忽小，间歇性增高，甚至内部闪络击穿使电流剧增，不但测量难以进行，还会损坏检流计。所以，接入电流表A监视电流，使测量电流稳定在10～20mA。

2.脉冲法

脉冲法能较好地解决高阻和闪络性故障的探测问题，而且不必过多地依赖电缆长度、截面等原始资料，因而得到了越来越多的应用。

脉冲法的测试仪器的基本探测原理是将电缆认为是均匀长线，应用行波理论进行分析研究，并通过观测脉冲在电缆中往返所需的时间来计算到故障点的距离。

（1）低压脉冲法

低压脉冲法是向故障电缆发射低压脉冲的测距方法，可以用来探测断线和低阻短路故障。低压脉冲法基本接线示意图和波形图如图6-8所示。

图6-8 低压脉冲法基本接线示意图和波形图

由探测器发出的脉冲将沿缆芯以流速v传播，当它到达一个阻抗变化点（如分支、接头、故障点或终端）时，便发生反射，反射脉冲为

U_f＝mU_t （6-5）

式中 U_t——入射波电压；

U_f——反射波电压；

m——反射系数。

反射系数m的数值由下式决定

式中 Z_c——电缆线路波阻抗；

Z——电缆节点阻抗。

由式（6-6）可知，短路时Z＝0，m＝－1，则U_f＝－U_t，即意味着反射脉冲为负极性，或称负反射；断线时Z＝∞，m＝1，则U_f＝U_t，形成正反射。终端和断线情况一样为正反射。

将发射脉冲和反射脉冲都送到示波器显示，测量发射脉冲和反射脉冲之间的时间间隔，并考虑到这是脉冲在X段缆芯上往返一次的时间，则得

式中 v——脉冲波传播速度（m／s）；

T_x——脉冲波至故障点发射和反射往返时间（s）。

波在电缆中的传播速度v决定于单位长度电缆的电容和电感，即：

式中 L₀——单位长电缆电感值；

C₀——单位长电缆电容值。

电缆的波速约为光速的一半左右，为了准确计算，必须查明电缆的L₀和C₀值，或直接测量。低压脉冲法的主要缺点是不能测量高阻性故障和闪络性故障，因此，低压脉冲法的使用受到了限制。

（2）高压闪络法

对于高阻性短路或接地故障及闪络性故障，由于故障点电阻较大，此点的反射系数m很小或几乎等于零，用低压脉冲法测量时，故障点的反射脉冲幅度很小或不存在反射，因而仪器分辨不出来。而用高压闪络法（如电缆故障闪测仪）对这种故障进行测量，可取得满意的效果。高压闪络法是一种无需烧穿故障点的测距方法，应用日渐广泛。

目前，常用的方法是直流闪络法，此方法记录的波形是冲击电压波形。

直流闪络法适用于闪络性故障和伴有闪络的高阻性故障。直流闪络法接线示意图如图6-9所示。测量时，由直流高压发生器产生一负极性的直流高压，加在故障相电缆芯线上，当电压升高到一定数值时，电缆故障点产生闪络放电，故障点瞬间被电弧短路，故障点便产生一跳变电压波在故障点和测量端之间来回反射。将示波器经隔直流电容C和电阻R₁、R₂组成的分压器接于电缆首端。直流闪络法测量波形图如图6-10所示。由于跳变电压波在一个周期内在故障点和测量端之间往返两次，因此，故障点到测量端的距离为

图6-9 直流闪络法接线示意图

式中 T_x——跳变电压波在一个周期内由故障点到测量端的行走时间。

图6-10 直流闪络法测量波形图

a）理想波形 b）实测快扫描波形 c）实测慢扫描波形

在实际测量中，由于触发扫描的延迟，因此，常取所测波形中下降沿开始的一个周期的时间。