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低压电缆故障分析仪

简要描述:

3M2773低压电缆故障分析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。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。适用于低阻、短路、断线故障的测距。可根据磁场波形的初始极性,在定点的同时进行路径探测。

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*章

一、3M2773低压电缆故障分析仪用途

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低压电缆故障分析仪功能特点

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

 

故障

性质

故障表现形式

测距方法

定点方法

1

 

低阻

 

兆欧表测量:0

万用表测量:< 200Ω

 

 

低压脉冲

 

 

音频法(备选)

声磁同步

2

断线

导体不连续

声磁同步

3

高阻

兆欧表测量:>0

或:

兆欧表测量:0

万用表测量:≥ 200Ω

 

脉冲电流

 

4

闪络

兆欧表测量:绝缘正常

耐压试验:不通过

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

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。

仪器顶部接口板见图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、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、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、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:

开机后默认实光标在零距离位置;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,虚光标位于零距离;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。

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