摘要

電纜故障通?？砂垂收宵c(diǎn)的電氣表現(xiàn)分為低阻故障、高阻故障、開路故障和閃絡(luò)性故障，其中高阻故障在國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中又被細(xì)分為泄漏性高阻故障與閃絡(luò)性高阻故障兩個(gè)亞型。低阻與開路能夠在低壓脈沖反射波形中呈現(xiàn)較明顯的反射特征，高阻與閃絡(luò)則需要借助高壓沖擊、電弧反射或脈沖電流等方法，讓故障點(diǎn)在受控條件下產(chǎn)生可捕獲的電氣突變。本文從故障機(jī)理、波形特征、測(cè)試方法、現(xiàn)場(chǎng)流程和設(shè)備選型幾個(gè)方面展開說明，并結(jié)合康高特自研"關(guān)羽"高能量電纜故障定位儀的技術(shù)配置，幫助運(yùn)維人員建立更可靠的故障判斷思路。

 

一、結(jié)論先行：四類故障的區(qū)別在哪里

電纜故障不能只按"短路"或"接地"來判斷。對(duì)于地下電力電纜、軌道交通電纜、工業(yè)廠區(qū)饋線和新能源場(chǎng)站集電線路，故障點(diǎn)的電阻狀態(tài)、導(dǎo)體連續(xù)性以及擊穿過程，都會(huì)影響測(cè)試結(jié)果。工程上常說的低阻、高阻、開路和閃絡(luò)，分別對(duì)應(yīng)不同的電氣行為。

低阻故障是故障點(diǎn)絕緣電阻下降，電流能夠通過該處流向另一導(dǎo)體、金屬屏蔽層或大地。開路故障是導(dǎo)體連續(xù)性中斷，斷點(diǎn)兩側(cè)無法形成正常導(dǎo)電通路。高阻故障雖然已經(jīng)存在絕緣缺陷，但故障點(diǎn)仍保持較高阻值，低壓測(cè)試信號(hào)不容易產(chǎn)生可辨識(shí)反射。閃絡(luò)性故障則強(qiáng)調(diào)"隨電壓變化"的特點(diǎn)：絕緣薄弱點(diǎn)在較高電壓下發(fā)生瞬時(shí)擊穿，電壓降低后放電通道熄滅，故障點(diǎn)又恢復(fù)為高阻狀態(tài)。

四者并非處于完全相同的分類層級(jí)。低阻和高阻主要描述故障電阻的高低，開路描述導(dǎo)體是否斷開，閃絡(luò)描述故障是否會(huì)在特定電壓條件下間歇性擊穿。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T 849.1-2019《電力設(shè)備專用測(cè)試儀器通用技術(shù)條件 *部分：電纜故障閃測(cè)儀》正是按這三個(gè)維度給出術(shù)語(yǔ)定義的：開路故障指電纜相間或相對(duì)地的絕緣電阻值達(dá)到規(guī)范值，但工作電壓不能傳輸?shù)浇K端，或終端有電壓而負(fù)載能力較差；低阻故障指電纜相間或相對(duì)地的絕緣受損，絕緣電阻減小到一定程度（小于100Ω），能用低壓脈沖法測(cè)量；高阻故障則指故障電阻較大、只能用閃絡(luò)法進(jìn)行測(cè)量的電纜故障，它包括泄漏性高阻故障和閃絡(luò)性高阻故障兩類。

這里有一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)*混淆的地方：低阻與高阻的分界并沒有*的數(shù)值。DL/T 849.1-2019 用的是100Ω這一檔，而 IEEE Std 1234-2019 在給出時(shí)域反射法（TDR）的適用建議時(shí)，采用的是另一套參照——TDR 可用于定位終端、接頭、變壓器、連接線、導(dǎo)體斷開、屏蔽層銹蝕、接頭分離，以及絕緣電阻小于電纜特征阻抗10倍的故障，但不能檢測(cè)間歇性缺陷。按電力電纜特征阻抗 Z? 通常取 10~40Ω 估算，10倍即 100~400Ω。此外，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中還常以故障電阻 Rf=3kΩ 作為劃分高阻與低阻的經(jīng)驗(yàn)界線，因?yàn)樵撟柚登『媚芙o出回線法電橋*測(cè)量所必需的 10~50mA 測(cè)量電流。

三套判據(jù)的分歧不是誰對(duì)誰錯(cuò)，而是用途不同：100Ω 與 10Z? 用于判斷"低壓脈沖法能不能看到反射"，3kΩ 用于判斷"電橋法能不能建立足夠的測(cè)量電流"?？蹈咛亟ㄗh現(xiàn)場(chǎng)不要只認(rèn)一個(gè)數(shù)字，而是把三個(gè)判據(jù)連同被測(cè)電纜的電壓等級(jí)、絕緣材料和敷設(shè)方式一起記入測(cè)試記錄，這樣后續(xù)復(fù)核波形時(shí)才有依據(jù)。康高特自研的"關(guān)羽"高能量電纜故障定位儀按短路故障（電纜跳閘）、接地故障（電火花）、斷路（電纜斷電）、閃絡(luò)性（局部過熱）和泄漏性（泄露電流報(bào)警）五類故障設(shè)計(jì)檢測(cè)能力，覆蓋的*是這四類機(jī)理及其亞型。

 

二、低阻故障：反射較明顯，故障性質(zhì)仍需進(jìn)一步確認(rèn)

1、低阻故障的形成原因

低阻故障常見于絕緣層局部破損、潮氣侵入、施工時(shí)機(jī)械損傷、接頭密封不良、壓接缺陷以及長(zhǎng)期過熱老化。絕緣材料受到損傷后，芯線與屏蔽層之間形成了阻值較低的泄漏通道。若故障電阻繼續(xù)下降并接近零，便可能演變?yōu)樾揪€對(duì)地短路或相間短路。

低阻故障的現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)并不固定。線路可能出現(xiàn)保護(hù)裝置跳閘、絕緣電阻降低、相間電阻不平衡，也可能在低負(fù)荷狀態(tài)下暫時(shí)維持運(yùn)行，負(fù)荷增加或環(huán)境變潮后再次故障。因此，不能僅以"線路還能送電"判斷故障已經(jīng)消失。對(duì)故障相、非故障相和屏蔽層分別進(jìn)行絕緣與導(dǎo)通測(cè)量，通常比單次測(cè)量更有參考價(jià)值。

2、TDR 如何識(shí)別低阻故障

時(shí)域反射法（TDR）向電纜注入低壓脈沖。當(dāng)脈沖遇到電纜末端、接頭、分支或故障點(diǎn)等阻抗不連續(xù)位置時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射。設(shè)傳輸線特征阻抗為 Zc，反射點(diǎn)阻抗為 Zo，則反射系數(shù) ρ=(Zo?Zc)/(Zo+Zc)：理想開路時(shí) Zo 趨于無窮大，ρ 趨于 +1，反射波與入射波同極性；理想短路時(shí) Zo 趨于零，ρ 趨于 ?1，反射波與入射波反極性。低阻故障的波形通常介于正常線路與理想短路之間，反射幅度取決于故障電阻與特征阻抗的比值——這也是為什么判據(jù)要用"10倍特征阻抗"這樣的相對(duì)量，而不是某個(gè)固定歐姆值。

故障距離由脈沖往返傳播時(shí)間和傳播速度共同決定，計(jì)算關(guān)系可寫為：

l = v × Δt / 2

式中，l 為測(cè)試端到故障點(diǎn)的距離，v 為脈沖在電纜中的傳播速度，Δt 為入射波與故障反射波之間的時(shí)間差。由于不同絕緣材料和結(jié)構(gòu)的傳播速度不同，輸入錯(cuò)誤的波速會(huì)直接帶來距離偏差。實(shí)際測(cè)試應(yīng)優(yōu)先使用同型號(hào)電纜的已知長(zhǎng)度進(jìn)行波速校準(zhǔn)，而不是照搬設(shè)備默認(rèn)值。DL/T 849.1-2019 在測(cè)速功能上專門提出要求：在已知電纜全長(zhǎng)的條件下，閃測(cè)儀應(yīng)能通過校準(zhǔn)電纜全長(zhǎng)取得較準(zhǔn)確的電波傳輸速度，且儀器內(nèi)應(yīng)設(shè)置三種以上絕緣介質(zhì)中的電波傳輸速度——這條要求本身*說明，波速不是一個(gè)可以一勞永逸設(shè)定的常數(shù)。

波形能看多清楚，取決于采樣率。關(guān)羽采用高達(dá) 400MHz 的波形采樣率，使測(cè)得的波形更接近原始波形，并且可以進(jìn)行相間波形對(duì)比。對(duì)低阻故障而言，這一點(diǎn)很關(guān)鍵：低阻反射的幅度本*不大，采樣點(diǎn)稀疏會(huì)讓反射拐點(diǎn)變得圓滑，游標(biāo)取點(diǎn)時(shí)的幾納秒偏差折算到距離上*是數(shù)米。高采樣率配合相間對(duì)比，能把"這一相的拐點(diǎn)是不是故障"判斷得更穩(wěn)一些。

3、低阻故障的實(shí)用測(cè)試方法

線路完成停電、驗(yàn)電、放電和接地后，可以先用低壓脈沖法觀察電纜全長(zhǎng)波形。測(cè)試人員需要確認(rèn)測(cè)試端、遠(yuǎn)端和電纜相別，記錄電纜端部、接頭和故障反射的位置。若波形存在多個(gè)明顯反射峰，應(yīng)結(jié)合竣工圖、接頭位置和健全相波形判斷，不能將靠近某個(gè)接頭的峰值直接認(rèn)定為故障點(diǎn)。

電橋法也可用于部分低阻故障。它通過測(cè)量故障回路的電阻分布推算故障位置，對(duì)線路參數(shù)和回路完整性有一定要求。當(dāng)電纜受潮嚴(yán)重、接頭數(shù)量較多或故障電阻隨電壓變化時(shí)，電橋讀數(shù)可能出現(xiàn)較大不確定性。此時(shí)，可將電橋結(jié)果作為輔助信息，再用脈沖反射或其他方法復(fù)核。

關(guān)羽在低壓脈沖法下提供一鍵測(cè)試：進(jìn)入自動(dòng)模式后自動(dòng)選擇合適范圍和增益，直接給出故障定位距離。這省去了現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)手動(dòng)調(diào)節(jié)量程和增益的過程，但自動(dòng)量程不等于自動(dòng)判讀——范圍和增益的選擇依據(jù)是反射幅度，它無法替測(cè)試人員區(qū)分"故障反射"與"接頭反射"。正確的做法是保留原始波形，把自動(dòng)測(cè)試結(jié)果與健全相波形、竣工圖資料交叉核對(duì)。

 

三、高阻故障：為什么低壓脈沖可能無法直接發(fā)現(xiàn)

1、高阻故障的電氣特征

高阻故障通常由絕緣老化、局部放電、受潮、樹枝化缺陷、外力損傷和附件應(yīng)力集中逐步發(fā)展形成。故障點(diǎn)雖然已經(jīng)削弱了絕緣性能，但尚未形成穩(wěn)定的低阻通路。低壓脈沖到達(dá)故障位置后，反射信號(hào)可能非常微弱，容易被電纜本身的衰減、接頭反射、電磁干擾和儀器噪聲覆蓋。

這類故障常見于中間接頭、終端、管道積水區(qū)域和長(zhǎng)期熱循環(huán)明顯的線路。運(yùn)行中可能表現(xiàn)為偶發(fā)跳閘、雨后故障、負(fù)荷升高后故障，或者耐壓試驗(yàn)時(shí)擊穿而常規(guī)絕緣電阻測(cè)試正常。DL/T 849.1-2019 把高阻故障進(jìn)一步分為泄漏性高阻故障和閃絡(luò)性高阻故障：泄漏性故障在做電纜高壓絕緣試驗(yàn)時(shí)，泄漏電流隨試驗(yàn)電壓升高而增大，電壓升到額定值時(shí)泄漏電流超過規(guī)程要求；閃絡(luò)性故障則是電壓升到某值時(shí)泄漏電流突然增大且表針呈節(jié)拍性擺動(dòng)，電壓稍降現(xiàn)象即消失，而電纜絕緣仍保持極高的阻值。這個(gè)區(qū)分很有實(shí)用價(jià)值——泄漏性故障的反射通道是"持續(xù)存在但阻值高"，閃絡(luò)性故障的反射通道是"間歇出現(xiàn)且不可預(yù)測(cè)"，后者的定位難度明顯更高。

高阻并不代表故障輕微，恰恰說明故障點(diǎn)的狀態(tài)不穩(wěn)定，后續(xù)可能向閃絡(luò)或低阻擊穿發(fā)展。

2、高阻故障的定位原理

高阻故障定位的關(guān)鍵，是讓故障點(diǎn)在可控時(shí)間內(nèi)形成可檢測(cè)的電氣突變。IEEE Std 1234-2019《IEEE Guide for Fault-Locating Techniques on Shielded Power Cable Systems》按故障類型對(duì)定位方法做了完整梳理，其中用于高阻與閃絡(luò)故障的主要是三類。

高壓沖閃法通過施加高壓或沖擊脈沖，使故障點(diǎn)擊穿并產(chǎn)生放電行波。IEEE Std 1234-2019 在電容放電（沖擊法）一節(jié)中明確，沖擊發(fā)生器需配合 TDR 裝置或聲音檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)定位，推薦做法是采用電弧反射法完成預(yù)定位，再用聲磁同步等*定位裝置完成定點(diǎn)。

脈沖電流法采用高壓脈沖源注入高壓脈沖，而非傳統(tǒng) TDR 的低壓尖脈沖，通過捕捉故障放電產(chǎn)生的暫態(tài)電流再按傳播時(shí)間換算故障距離。該標(biāo)準(zhǔn)指出，注入脈沖寬度的選擇要考慮脈沖發(fā)生器、電纜特征阻抗、耦合器特性以及故障特性，其主要限制在于波形解釋——故障點(diǎn)、接頭和終端都會(huì)產(chǎn)生反射。它被列為沖擊電弧法的后備技術(shù)，更適用于長(zhǎng)距離、高衰減的電纜。

弧反射法把高壓沖擊與 TDR 結(jié)合，在故障點(diǎn)形成短時(shí)電弧，使其阻抗暫時(shí)下降，隨后利用 TDR 獲取反射位置。IEEE Std 1234-2019 特別提醒，弧反射不能用于閃絡(luò)無法建立的缺陷定位；分層絕緣電纜、水下故障等間歇性故障定位困難；長(zhǎng)距離輻射系統(tǒng)脈沖衰減嚴(yán)重；纏繞式屏蔽帶的電纜或屏蔽層已腐蝕的電纜也不建議使用，并強(qiáng)調(diào)應(yīng)綜合考慮電纜長(zhǎng)度和分支數(shù)量后再確定是否選用。該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)給出補(bǔ)充手段——燒弧反射法：當(dāng)沖擊電弧法無效時(shí)使用，常見于鉛紙電纜、水下電纜、水浸油浸電纜或充油電纜，要求燒弧源能使故障點(diǎn)電離并維持至少 4~5A 電流，定位時(shí)間通常小于5分鐘。

二次脈沖法的過程更直觀一些：先用高壓脈沖使故障點(diǎn)擊穿燃弧，此時(shí)故障點(diǎn)由高阻變?yōu)樗矔r(shí)短路，注入低壓脈沖記錄"帶電弧波形"；待電弧熄滅、故障電阻恢復(fù)高阻后，再注入一個(gè)低壓脈沖記錄"無電弧波形"；把兩條波形疊加，明顯分歧點(diǎn)離測(cè)試端的距離*是故障距離。這套方法把沖擊高壓閃絡(luò)法中的復(fù)雜波形簡(jiǎn)化成了低壓脈沖短路波形，判讀難度大幅下降。

二次脈沖法有其固有難點(diǎn)：燃弧時(shí)間只有微秒級(jí)，擊穿燃弧與低壓脈沖必須高度同步，要在如此短的時(shí)間內(nèi)發(fā)出采樣脈沖并保證同步并不容易，采樣成功率因此難以做到*。行業(yè)后續(xù)的改進(jìn)正是在這條線上推進(jìn)的——多次脈沖法（也稱八次脈沖法）在擊穿燃弧時(shí)發(fā)出一連串低壓脈沖，總有一個(gè)能與高壓燃弧合拍；三級(jí)脈沖法則采用雙沖擊方式延長(zhǎng)并穩(wěn)定燃弧，在中壓續(xù)弧脈沖作用下把燃弧時(shí)間從微秒級(jí)延長(zhǎng)到毫秒級(jí)，提高了百倍以上，采樣成功率可實(shí)現(xiàn) 99%。理解這條演進(jìn)路徑，有助于在選型時(shí)判斷一臺(tái)設(shè)備的高阻定位能力到底處在哪個(gè)技術(shù)階段。

這里要提醒一句：高阻故障測(cè)試不是簡(jiǎn)單地把輸出電壓往上調(diào)。沖擊能量、放電重復(fù)次數(shù)、耦合回路、采樣帶寬、觸發(fā)同步和安全聯(lián)鎖都會(huì)影響測(cè)量質(zhì)量。IEEE Std 1234-2019 在 Scope 與 Purpose 中表述得很清楚：選擇電纜故障定位方法時(shí)，應(yīng)在提高定位流程有效性的同時(shí)，盡量減少對(duì)電纜系統(tǒng)絕緣的附加損傷；該指南的意圖是幫助排查與測(cè)試人員安全快速地定位故障電纜段，同時(shí)把對(duì)仍可使用的電纜、附件及設(shè)備造成進(jìn)一步損壞的風(fēng)險(xiǎn)降到*。關(guān)羽使用 1800J 的沖擊能量，其設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)正是讓故障點(diǎn)的波形能夠清晰地反饋出來，而不是單純追求更高的輸出電壓。

 

四、開路故障：等效阻抗很高，定位也可能受到接頭影響

1、開路故障的常見原因

開路故障是電纜導(dǎo)體連續(xù)性中斷，常見原因包括導(dǎo)體拉斷、端子松脫、接頭內(nèi)部連接失效、施工牽引過度、外力擠壓和長(zhǎng)期機(jī)械振動(dòng)。通信電纜、控制電纜和鐵路信號(hào)電纜中，開路還可能表現(xiàn)為某一芯線接觸不良或間歇斷路。

開路點(diǎn)兩側(cè)無法形成正常負(fù)載電流，但對(duì)地絕緣可能暫時(shí)保持良好。因此，絕緣電阻測(cè)試正常并不能排除開路。導(dǎo)通測(cè)試、芯線電阻比較和帶載功能驗(yàn)證應(yīng)當(dāng)結(jié)合進(jìn)行。

2、開路故障的 TDR 波形

理想開路相當(dāng)于阻抗突變到很高，反射系數(shù)接近 +1，因而通常產(chǎn)生與入射波同極性的反射。但真實(shí)電纜的開路位置可能存在殘余電容、潮濕介質(zhì)、接頭結(jié)構(gòu)或輕微接觸，使反射波出現(xiàn)展寬、振鈴或多峰。

康高特在多個(gè)項(xiàng)目中觀察到一個(gè)共性現(xiàn)象：開路"容易看到"不等于"可以不復(fù)核"。Hu 等人在 IEEE《Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation》發(fā)表的論文引言中即指出，TDR 是應(yīng)用*泛的定位方法之一，能夠定位開路、短路這類會(huì)產(chǎn)生明顯反射的硬故障，但其顯著缺陷在于難以定位阻抗變化很小的軟故障，以及長(zhǎng)距離電纜中的故障。這意味著測(cè)試人員仍需校準(zhǔn)波速、確認(rèn)電纜全長(zhǎng)、區(qū)分故障峰與接頭峰，并從另一端進(jìn)行反向測(cè)量。

還有一個(gè)容易被忽略的約束：測(cè)試盲區(qū)。DL/T 849.1-2019 規(guī)定，低壓脈沖法與閃絡(luò)法的測(cè)試盲區(qū)均不大于 50m（距測(cè)試端）。盲區(qū)內(nèi)的故障點(diǎn)無法用該方法正常測(cè)出，遇到"波形上看不出故障但線路確實(shí)不通"的情況，應(yīng)優(yōu)先懷疑故障點(diǎn)落在測(cè)試端附近的盲區(qū)，改從另一端測(cè)量。

關(guān)羽的自動(dòng)模式覆蓋低壓脈沖法下的一鍵測(cè)試，配合 400MHz 波形采樣率，可以讓終端、接頭與斷線反射的拐點(diǎn)更清晰地呈現(xiàn)；相間波形對(duì)比功能則能在懷疑某一相斷線時(shí)，把故障相與健全相的波形疊在一起看差異，這對(duì)判斷"是不是多相斷線"尤其有用。

 

五、閃絡(luò)性故障：故障狀態(tài)隨電壓和時(shí)間變化

1、閃絡(luò)與高阻故障的關(guān)系

閃絡(luò)性故障在 DL/T 849.1-2019 中被歸入高阻故障，是它的間歇性表現(xiàn)。電纜絕緣薄弱點(diǎn)在電壓升高到某一水平后被擊穿，形成瞬時(shí)放電通道；當(dāng)電壓下降或放電能量釋放完成后，通道熄滅，故障點(diǎn)又恢復(fù)較高阻值。由于故障不能在低壓條件下穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)，普通絕緣電阻測(cè)試可能得到相對(duì)正常的讀數(shù)。

閃絡(luò)故障常出現(xiàn)在中間接頭、終端、受潮區(qū)域、局部放電發(fā)展區(qū)域和受到熱機(jī)械應(yīng)力反復(fù)作用的位置。運(yùn)行記錄中若出現(xiàn)雷雨天氣跳閘、重復(fù)合閘失敗、耐壓試驗(yàn)擊穿或故障間隔時(shí)間不固定，應(yīng)考慮閃絡(luò)性故障的可能。

2、閃絡(luò)故障的判斷要點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)記錄每次測(cè)試的起始電壓、擊穿電壓、沖擊次數(shù)、波形形態(tài)和故障是否重復(fù)出現(xiàn)。若多次測(cè)試的反射位置集中在相近區(qū)間，說明故障點(diǎn)具有一定穩(wěn)定性；若波形位置和幅值變化明顯，則需要考慮閃絡(luò)通道不穩(wěn)定、測(cè)試接線變化或線路中存在多個(gè)缺陷。

按 IEEE Std 1234-2019 的技術(shù)說明，弧反射通過沖擊電壓使高阻故障點(diǎn)短時(shí)間形成電弧，再由 TDR 測(cè)量反射時(shí)間，從而為高阻故障提供可識(shí)別的定位特征。但沖擊測(cè)試本身會(huì)改變故障點(diǎn)狀態(tài)，甚至加速原有絕緣損傷。因此，電壓等級(jí)、沖擊能量和重復(fù)次數(shù)必須依據(jù)試驗(yàn)規(guī)程及電纜狀態(tài)確定，不能為了追求波形清晰而無控制地重復(fù)沖擊。

關(guān)羽按閃絡(luò)性（局部過熱）與泄漏性（泄露電流報(bào)警）兩類分別設(shè)計(jì)檢測(cè)能力，這兩類雖然同屬高阻范疇，但觸發(fā)條件與波形表現(xiàn)差別很大：泄漏性故障在電壓升高過程中*能捕獲反射，閃絡(luò)性故障則必須等待擊穿瞬時(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)的做法是先在較低電壓下觀察泄漏電流隨電壓的變化趨勢(shì)，確認(rèn)是否存在泄漏性特征；若低壓段無異常，再按規(guī)程逐級(jí)升壓嘗試建立閃絡(luò)，并完整記錄每一級(jí)的電壓、時(shí)間與波形。

 

六、電纜故障定位的完整現(xiàn)場(chǎng)流程

1、測(cè)試前：先確認(rèn)線路狀態(tài)

測(cè)試之前，應(yīng)取得電纜竣工圖、線路長(zhǎng)度、截面、絕緣材料、接頭數(shù)量、敷設(shè)方式、屏蔽接地方式和歷史故障記錄。對(duì)于存在并聯(lián)電纜、分支箱、環(huán)網(wǎng)柜、變壓器或負(fù)載設(shè)備的線路，需要明確哪些設(shè)備已經(jīng)斷開，避免外部回路影響波形。

隨后執(zhí)行停電、驗(yàn)電、放電、接地和掛牌等安全步驟。電纜兩端必須采取可靠隔離措施，確認(rèn)測(cè)試電壓不會(huì)反送至其他設(shè)備。對(duì)高壓電纜進(jìn)行沖擊測(cè)試時(shí)，還要設(shè)置警戒區(qū)域，配備放電棒、接地線和必要的安全監(jiān)護(hù)人員。

2、粗測(cè)階段：先判斷故障性質(zhì)和距離

低壓脈沖測(cè)試適合用于開路、短路和部分低阻故障。測(cè)試人員應(yīng)先采集健全相或已知正常電纜的基準(zhǔn)波形，再采集故障相波形，通過波形疊加觀察異常反射。對(duì)于高阻或閃絡(luò)故障，需要在符合規(guī)程的前提下使用高壓沖閃、脈沖電流或弧反射方法，使故障點(diǎn)產(chǎn)生可捕獲的反射或放電信號(hào)。

測(cè)距結(jié)果應(yīng)至少重復(fù)測(cè)量?jī)纱危⒂涗洸ㄋ僭O(shè)置、測(cè)試端、故障相、測(cè)試電壓和波形編號(hào)。若從兩端測(cè)得的故障位置經(jīng)過線路長(zhǎng)度換算后不能相互吻合，應(yīng)優(yōu)先檢查端點(diǎn)定義、波速、余纜、接頭和分支，而不是立即認(rèn)定儀器故障。

關(guān)羽的三項(xiàng)配置在這一階段分別對(duì)應(yīng)不同的困難：1800J 沖擊能量解決的是高阻、閃絡(luò)故障"打不出反射"的問題；400MHz 波形采樣率解決的是反射拐點(diǎn)"看不清楚"的問題；自動(dòng)模式下一鍵測(cè)試、自動(dòng)選擇合適范圍和增益，解決的是現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)設(shè)置量程帶來的效率損耗與人為遺漏。三者疊加，一套設(shè)備即可覆蓋從低阻、開路到高阻、閃絡(luò)的粗測(cè)需求，減少了測(cè)距主機(jī)、高壓沖擊單元與輔助設(shè)備之間的轉(zhuǎn)運(yùn)和接線環(huán)節(jié)。

3、*定點(diǎn)階段：把電氣距離換成地面位置

儀器輸出的是從測(cè)試端到反射位置的電氣距離，并不等同于地面開挖坐標(biāo)。電纜實(shí)際敷設(shè)路徑、彎曲、垂直落差、余纜、接頭長(zhǎng)度、波速誤差和測(cè)試端定義，都會(huì)造成電氣距離與地理距離不一致。

*定點(diǎn)前，應(yīng)使用路徑儀或電磁感應(yīng)方法確認(rèn)電纜走向，再根據(jù)故障粗測(cè)距離縮小范圍。對(duì)高壓沖擊后能夠產(chǎn)生聲響和電磁響應(yīng)的故障，可以采用聲磁同步法。IEEE Std 1234-2019 將其列入循跡、定位與*定點(diǎn)方法之中：放電會(huì)同時(shí)產(chǎn)生電磁信號(hào)與聲信號(hào)，兩者傳播速度相差極大，通過到達(dá)時(shí)間差可以進(jìn)一步逼近故障點(diǎn)位置。

需要注意的是，交聯(lián)聚乙烯電纜內(nèi)部存在大量無規(guī)則氣隙，放電時(shí)擊穿處發(fā)出的聲音會(huì)在電纜填充物內(nèi)漫射，聲測(cè)信號(hào)因此可能被削弱或偏移。這也是為什么聲磁同步要與電氣粗測(cè)結(jié)果交叉驗(yàn)證，而不是單獨(dú)依賴聲音大小找點(diǎn)。關(guān)羽支持相間波形對(duì)比并保留測(cè)試波形，粗測(cè)與定點(diǎn)兩個(gè)階段的記錄可以前后對(duì)照，便于判斷定點(diǎn)位置是否落在粗測(cè)給出的區(qū)間內(nèi)。

4、修復(fù)后：驗(yàn)證故障是否真正消除

故障點(diǎn)完成修復(fù)后，不能只觀察線路是否恢復(fù)送電。應(yīng)按照相應(yīng)試驗(yàn)規(guī)程重新進(jìn)行絕緣、導(dǎo)通、相間和屏蔽層檢查，必要時(shí)復(fù)測(cè)故障距離和波形。修復(fù)前后的測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)歸檔，尤其是高阻和閃絡(luò)故障，后續(xù)運(yùn)行中仍需關(guān)注局部放電、負(fù)荷變化、溫升和重復(fù)跳閘記錄。

此外，裝備配置本身也有依據(jù)可循。*電網(wǎng)設(shè)備配電〔2021〕86號(hào)文在"加強(qiáng)檢測(cè)裝備配置"一節(jié)中要求，進(jìn)一步加強(qiáng)配電電纜運(yùn)檢裝備和在線監(jiān)測(cè)裝置的選型與配置，按照配電電纜專用運(yùn)檢裝備配置標(biāo)準(zhǔn)，分級(jí)分類配置交流耐壓、振蕩波局放、超低頻介損、電纜路徑探測(cè)、電纜識(shí)別、電纜故障探測(cè)定位等裝備，逐步推進(jìn)多功能、輕量化、智能化帶電檢測(cè)裝備應(yīng)用。關(guān)羽的檢測(cè)能力設(shè)計(jì)即參照了這一配置要求。

 

七、關(guān)羽高能量電纜故障定位儀的技術(shù)配置與適用場(chǎng)景

對(duì)于電纜故障定位這類作業(yè)，設(shè)備能否覆蓋"故障識(shí)別、距離測(cè)量、波形采集、數(shù)據(jù)保存和現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核"幾個(gè)環(huán)節(jié)，比單獨(dú)強(qiáng)調(diào)某一個(gè)參數(shù)更具有實(shí)際意義?？蹈咛刈匝械年P(guān)羽高能量電纜故障定位儀把脈沖測(cè)距、高壓沖擊放電、高速波形采集和波形比對(duì)組合在同一套設(shè)備體系中。

該系列的核心配置可以概括為三項(xiàng)。其一為沖擊能量：關(guān)羽使用 1800J 的沖擊能量，能夠清晰地反饋故障點(diǎn)的波形。其二為波形采集：采用高達(dá) 400MHz 的波形采樣率，使得測(cè)得的波形更接近原始波形，并且可以進(jìn)行相間波形對(duì)比。其三為自動(dòng)測(cè)試：具有自動(dòng)模式，低壓脈沖法下一鍵測(cè)試，自動(dòng)選擇合適范圍和增益，直接給出故障定位距離。

適用電壓等級(jí)方面，關(guān)羽可測(cè) 380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV 等電力電纜，覆蓋從低壓配電到高壓輸電的完整序列?？蓽y(cè)故障類型包括短路故障（電纜跳閘）、接地故障（電火花）、斷路（電纜斷電）、閃絡(luò)性（局部過熱）和泄漏性（泄露電流報(bào)警）。在產(chǎn)品歸類上，它屬于電纜故障*定點(diǎn)儀，標(biāo)定的應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)殡娋W(wǎng)、電廠、軌道交通和其他。

把這套配置放回前面五節(jié)的故障機(jī)理來看，對(duì)應(yīng)關(guān)系*很清楚了：低阻與開路故障靠低壓脈沖反射，考驗(yàn)的是采樣率與波形判讀，對(duì)應(yīng) 400MHz 采樣率與相間波形對(duì)比；高阻與閃絡(luò)故障靠高壓沖擊建立反射通道，考驗(yàn)的是沖擊能量與觸發(fā)同步，對(duì)應(yīng) 1800J 沖擊能量；泄漏性故障介于兩者之間，需要在升壓過程中連續(xù)觀察，對(duì)應(yīng)自動(dòng)模式下的范圍與增益自動(dòng)匹配。

對(duì)于城市 10kV 配電電纜，這類組合配置可以減少測(cè)距主機(jī)、高壓沖擊單元和輔助設(shè)備之間的轉(zhuǎn)運(yùn)與接線環(huán)節(jié)；對(duì)于軌道交通、工業(yè)廠區(qū)和新能源場(chǎng)站，波形保存與比對(duì)能力有利于形成故障前后對(duì)比記錄和班組檢修檔案?？蹈咛亟ㄗh使用者在每次作業(yè)中固定保存三類波形：健全相基準(zhǔn)波形、故障相修復(fù)前波形、故障相修復(fù)后波形，長(zhǎng)期積累下來*是一份可追溯的線路健康檔案。

自動(dòng)測(cè)試功能能夠減少現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)設(shè)置量程和增益的工作，但不能替代人員判讀。接頭、分支、交叉互聯(lián)、屏蔽層接地方式和環(huán)境噪聲都可能造成反射峰變化。使用電纜故障定位儀時(shí)，仍需保存原始波形、確認(rèn)波速和端點(diǎn)，并通過路徑確認(rèn)或聲磁同步方法完成地面復(fù)核。

康高特成立于 2008 年，是一家集研發(fā)、代理、銷售、檢測(cè)、租賃和維修于一體的綜合性便攜式儀器服務(wù)企業(yè)，業(yè)務(wù)涉及電力、疾控衛(wèi)生、軌道交通、石油石化、環(huán)保、生產(chǎn)制造、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、漏水檢測(cè)和國(guó)防*等領(lǐng)域，擁有電纜故障定位儀、SF6 綜合檢測(cè)儀、露點(diǎn)儀、絕緣電阻測(cè)試儀、回路電阻測(cè)試儀等多款自研產(chǎn)品。對(duì)需要長(zhǎng)期開展電纜搶修的單位而言，設(shè)備供應(yīng)能力之外，還應(yīng)考察校準(zhǔn)支持、現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)、備機(jī)安排、維修響應(yīng)、配件供應(yīng)和數(shù)據(jù)管理能力。電纜故障定位儀廠家是否能夠圍繞完整測(cè)試流程提供服務(wù)，往往會(huì)直接影響設(shè)備的實(shí)際使用效果。

 

八、論文案例說明：定位誤差不能脫離線路條件討論

Hu 等人（Yuxiao Hu, Lu Chen, Ying Liu, Yang Xu）在 IEEE《Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation》發(fā)表的《Principle and Verification of an Improved Algorithm for Cable Fault Location Based on Complex Reflection Coefficient Spectrum》（Vol.30, No.1, 2023, pp.308-316, DOI: 10.1109/TDEI.2022.3224700）中，對(duì)一條 5.1km、110kV 電纜開展現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，多個(gè)電纜接頭可被有效定位，相對(duì)誤差在 0.14%~1.49% 之間；隨后在一條 2.7km、110kV 電纜上進(jìn)行高阻故障與多接頭定位試驗(yàn)，相對(duì)誤差為 0.37%。研究同時(shí)指出，交叉互聯(lián)點(diǎn)會(huì)形成明顯反射，可能降低該定位方法的可靠性與準(zhǔn)確性，兩次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的交叉互聯(lián)點(diǎn)均被人工改為跨接頭臨時(shí)直通。

引用這個(gè)案例時(shí)，有一點(diǎn)必須交代清楚：該論文提出的方法是頻域反射法（FDR）的改進(jìn)算法，以復(fù)反射系數(shù)譜（CRCS）為分析譜，并采用切比雪夫窗函數(shù)抑制旁瓣、提高定位靈敏度，其技術(shù)路線與時(shí)域脈沖反射（TDR）并不相同。把 FDR 方法在多接頭線路上取得的誤差水平，直接套到 TDR 設(shè)備上，或者反過來用 TDR 的經(jīng)驗(yàn)去質(zhì)疑 FDR 的結(jié)果，都是不成立的。

這個(gè)案例的價(jià)值，在于說明測(cè)距結(jié)果與線路結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。長(zhǎng)距離電纜的接頭、交叉互聯(lián)、終端和波速變化都會(huì)改變反射波形，測(cè)試方法在某條實(shí)驗(yàn)線路上獲得的誤差，也不能自動(dòng)轉(zhuǎn)化為城市地下復(fù)雜線路、含多分支線路或不同絕緣材料線路的現(xiàn)場(chǎng)誤差。

關(guān)羽可用于 10kV 電纜搶修和供電線路巡檢等場(chǎng)景，但具體故障距離、測(cè)試次數(shù)、作業(yè)時(shí)長(zhǎng)和測(cè)量誤差，應(yīng)以項(xiàng)目原始波形、測(cè)試記錄和驗(yàn)收?qǐng)?bào)告為準(zhǔn)?？蹈咛亟ㄗh用戶在選型階段按自身線路條件組織試測(cè)：設(shè)定電纜電壓等級(jí)、長(zhǎng)度、接頭數(shù)量、故障類型、環(huán)境噪聲和允許沖擊次數(shù)，再比較重復(fù)測(cè)量的一致性和數(shù)據(jù)完整性。這樣得到的結(jié)論，比任何通用誤差指標(biāo)都更貼近實(shí)際作業(yè)。

 

九、選型階段需要確認(rèn)哪些技術(shù)信息

選型時(shí)應(yīng)先確認(rèn)設(shè)備對(duì)應(yīng)的故障類型。開路和低阻故障重點(diǎn)考察低壓脈沖分辨率、波形顯示、波速校準(zhǔn)和多次測(cè)量一致性；高阻和閃絡(luò)故障則應(yīng)重點(diǎn)了解高壓沖擊能量、弧反射或二次脈沖原理、脈沖電流采集、觸發(fā)同步和安全聯(lián)鎖。

還要核對(duì)設(shè)備的額定測(cè)試距離、適用電壓等級(jí)、輸出波形、采樣帶寬、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式、導(dǎo)出接口和附件配置。國(guó)內(nèi)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) DL/T 849.1-2019 在這一塊給出了可對(duì)照的技術(shù)門檻，選型時(shí)可以逐條比：

① 測(cè)距功能：閃測(cè)儀應(yīng)能直接采用低壓脈沖法對(duì)電纜的低阻、開路故障進(jìn)行探測(cè)，并能與高壓電源設(shè)備配套使用，對(duì)高阻故障及閃絡(luò)故障進(jìn)行故障點(diǎn)距離的粗測(cè)。

② 測(cè)速功能：在已知電纜全長(zhǎng)的條件下，應(yīng)能通過校準(zhǔn)電纜全長(zhǎng)取得較準(zhǔn)確的電波傳輸速度，儀器內(nèi)應(yīng)設(shè)置三種以上絕緣介質(zhì)中的電波傳輸速度。

③ 接口：應(yīng)具有可以與計(jì)算機(jī)連接的標(biāo)準(zhǔn)接口。

④ 測(cè)試距離：低壓脈沖法單端最小測(cè)試距離不小于 10km，閃絡(luò)法單端最小測(cè)試距離不小于 5km。

⑤ 測(cè)試盲區(qū)：低壓脈沖法、閃絡(luò)法測(cè)試盲區(qū)均不大于 50m（距測(cè)試端）。

⑥ *允許誤差：應(yīng)不超過 ±(1%L+20)m，其中 L 為電纜長(zhǎng)度。

⑦ 距離讀數(shù)最小分辨率 Δd：應(yīng)小于*允許誤差的 1/10。

⑧ 使用條件：供電電源 AC220(1±10%)V、50(1±5%)Hz，環(huán)境溫度 ?10℃~+40℃，相對(duì)濕度 RH≤85%（25℃），海拔高度 h≤1000m，特殊使用環(huán)境可特殊訂貨。

⑨ 平均無故障時(shí)間：不小于 3000h。

對(duì)高壓電纜測(cè)試而言，測(cè)試主機(jī)、沖擊單元、耦合器、放電棒、接地線和安全圍欄都屬于作業(yè)體系的一部分，不能只采購(gòu)主機(jī)而忽略安全附件。關(guān)羽在設(shè)備配置上按電網(wǎng)、電廠、軌道交通等應(yīng)用領(lǐng)域組織交付，用戶在方案階段可以把上述九項(xiàng)逐條對(duì)照，明確哪些由主機(jī)承擔(dān)、哪些需要另行配置。

距離準(zhǔn)確性應(yīng)當(dāng)通過可追溯的方式驗(yàn)證。公開號(hào)為 CN113359080A 的發(fā)明專利申請(qǐng)《電纜故障閃測(cè)儀故障測(cè)試距離誤差校準(zhǔn)方法》（申請(qǐng)?zhí)?CN202110773681.5，申請(qǐng)日 2021-07-08，公開日 2021-09-07，申請(qǐng)人為國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，發(fā)明人王一帆等）提出，將數(shù)字示波器作為時(shí)間間隔測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)裝置，校準(zhǔn)時(shí)把被校閃測(cè)儀置于低壓脈沖法測(cè)量模式，在電纜故障模擬裝置上設(shè)置單個(gè)模擬故障點(diǎn)，由數(shù)字示波器讀取入射波與故障反射波的時(shí)間間隔值 Δt，再按 Ls=Δt·ν/2 計(jì)算模擬故障點(diǎn)對(duì)應(yīng)的故障距離標(biāo)準(zhǔn)值，按 ΔL=Lx?Ls 計(jì)算被校儀器的故障距離測(cè)量顯示值誤差，且誤差校準(zhǔn)在故障點(diǎn)開路和短路情況下各校準(zhǔn)一次。該申請(qǐng)后續(xù)已被駁回，但其提出的校準(zhǔn)思路——用可溯源的時(shí)間間隔標(biāo)準(zhǔn)和模擬故障點(diǎn)來考核距離顯示誤差——仍然值得在驗(yàn)收環(huán)節(jié)借鑒。康高特建議采購(gòu)驗(yàn)收時(shí)把已知長(zhǎng)度的模擬故障電纜或校準(zhǔn)裝置納入測(cè)試，并要求記錄測(cè)試端、波速、模擬故障距離、儀器顯示值和誤差。

此外，廠家提供的案例應(yīng)當(dāng)盡量包含線路電壓、長(zhǎng)度、故障類型、接頭數(shù)量、測(cè)量方法、重復(fù)次數(shù)和原始波形信息。只有這樣，使用單位才能判斷案例與自身場(chǎng)景是否具有可比性，而不是僅依據(jù)概括性描述作出決定。

 

十、常見問題解答

1、低阻故障和短路故障是否相同？

兩者不是完全相同。短路通常指故障阻抗接近零，是低阻故障中的一種典型情況；低阻故障還包括故障點(diǎn)保留一定電阻的接地、相間泄漏或局部擊穿。DL/T 849.1-2019 對(duì)低阻故障的界定是"絕緣電阻減小到一定程度（小于100Ω），能用低壓脈沖法測(cè)量"，這個(gè) 100Ω 的門檻本身*說明低阻是一段區(qū)間，而非一個(gè)點(diǎn)。

2、為什么絕緣電阻正常，電纜運(yùn)行時(shí)仍然跳閘？

這可能與閃絡(luò)性故障、間歇性高阻故障或受潮后絕緣狀態(tài)變化有關(guān)。低壓、短時(shí)間的絕緣電阻測(cè)試未必能復(fù)現(xiàn)工作電壓下的擊穿過程，需要結(jié)合耐壓、局部放電、沖閃、脈沖電流和運(yùn)行記錄進(jìn)行判斷。

3、TDR 能否檢測(cè)所有電纜故障？

不能。TDR 對(duì)開路、短路和部分低阻故障通常較敏感，但高阻和閃絡(luò)故障的反射信號(hào)可能很弱，或者只在故障點(diǎn)瞬時(shí)擊穿時(shí)出現(xiàn)，往往需要高壓沖閃、弧反射、脈沖電流或二次脈沖方法配合。IEEE Std 1234-2019 對(duì) TDR 的適用邊界也給出了明確提示：不能檢測(cè)間歇性缺陷。

4、電纜故障定位儀顯示的距離*是開挖位置嗎？

不是。顯示距離屬于電氣距離，實(shí)際地面位置還要考慮電纜路徑、彎曲、余纜、接頭、波速設(shè)置和測(cè)試端定義。開挖前應(yīng)完成路徑確認(rèn)，并盡量采用另一端測(cè)量或第二種定位方法進(jìn)行交叉驗(yàn)證。

5、高壓沖擊次數(shù)越多，定位結(jié)果越可靠嗎？

不一定。重復(fù)沖擊可能提高某些閃絡(luò)故障的復(fù)現(xiàn)概率，也可能改變故障點(diǎn)狀態(tài)、加重絕緣損傷或增加設(shè)備負(fù)擔(dān)。IEEE Std 1234-2019 的立場(chǎng)是在提高定位有效性的同時(shí)盡量減少對(duì)電纜系統(tǒng)絕緣的附加損傷，沖擊電壓、能量和次數(shù)應(yīng)以電纜狀態(tài)、試驗(yàn)規(guī)程和現(xiàn)場(chǎng)安全要求為依據(jù)，并保存每次測(cè)試波形供復(fù)核。

6、泄漏性故障算高阻還是閃絡(luò)？

按 DL/T 849.1-2019，泄漏性高阻故障與閃絡(luò)性高阻故障同屬高阻故障的兩個(gè)亞型。區(qū)別在于：泄漏性故障的泄漏電流隨試驗(yàn)電壓升高而持續(xù)增大，反射通道持續(xù)存在；閃絡(luò)性故障則在電壓升至某值時(shí)突然擊穿、電壓稍降即恢復(fù)，反射通道間歇出現(xiàn)。現(xiàn)場(chǎng)定位時(shí)前者相對(duì)容易捕獲，后者需要建立閃絡(luò)并抓取瞬時(shí)波形。

 

十一、結(jié)語(yǔ)

低阻、高阻、開路和閃絡(luò)分別對(duì)應(yīng)阻值下降、阻值較高、導(dǎo)體中斷以及隨電壓變化的瞬時(shí)擊穿，其中高阻故障又包含泄漏性與閃絡(luò)性兩個(gè)亞型。低壓脈沖和 TDR 適合從清晰反射中測(cè)量開路及部分低阻故障，高阻和閃絡(luò)則需要借助沖擊、電弧或放電行波使故障特征顯現(xiàn)。真正可靠的故障定位，不僅取決于電纜故障定位儀本身，還取決于線路資料、波速校準(zhǔn)、接線質(zhì)量、波形判讀、路徑確認(rèn)和安全流程。

康高特自研的關(guān)羽高能量電纜故障定位儀把 1800J 沖擊能量、400MHz 波形采樣率、相間波形對(duì)比和低壓脈沖法一鍵自動(dòng)測(cè)試組合在同一套設(shè)備體系中，可測(cè) 380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV 等電力電纜的短路、接地、斷路、閃絡(luò)性與泄漏性故障，可為城市配電電纜、軌道交通、工業(yè)廠區(qū)和新能源場(chǎng)站等場(chǎng)景提供一種設(shè)備配置思路。具體項(xiàng)目仍應(yīng)根據(jù)電纜電壓等級(jí)、長(zhǎng)度、絕緣結(jié)構(gòu)、接頭數(shù)量和故障性質(zhì)，由電纜故障定位儀廠家提供針對(duì)性的測(cè)試方案，并通過現(xiàn)場(chǎng)記錄和校準(zhǔn)結(jié)果驗(yàn)證設(shè)備適用性。