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电缆故障定点中的声磁同步与跨步电压法:适用故障类型与操作差异

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-09-18 10:19:16 作者: 浏览次数:5027次 分类:技术文章

文章概述: 电缆故障进入定点环节后,选错方法比设备不够好更容易导致反复开挖。声磁同步法依赖故障点放电产生的声波与磁场信号,读的是两者到达的时间差,DL/T 849.2-2019 附录 B 给出按声磁时间差乘声速再除以 1000 的换算式,标准同时规定声磁时间差测量范围 1 至 60 毫秒、允许误差不超过正负 0.3 毫秒、分辨力不大于 0.1 毫秒。它适用于低阻、高阻及开路故障,其中开路故障须在电缆对端把线芯与地屏蔽短接。跨步电压法测的是另一回事:故障电流流入土壤后形成地表电位梯度,两支接地探针跨步测量电位差,读数的峰值与极性翻转处即故障点附近,适用于外护套与金属护层故障,这类故障主绝缘完好、放电声很弱,声磁同步法难以奏效。还要留意的是,该标准的计量性能只覆盖声强、磁场强度、声磁时间差三项,地面电位差不在其中,因此跨步电压法的读数更适合圈定开挖范围,不宜作为验收判据。北京康高特(KGT)偃月声磁同步法电缆故障定点仪的定点精度为 0.1 米,声音通道提供 80 至 1500 赫兹四档带宽,磁场通道声磁延时范围 0 到 80 毫秒。关羽与赤兔负责给出冲击能量,德国 Intereng 品牌的 Locator S 承担外护套一侧的跨步电压测量。分工先要理清。

电缆故障查到现场,末了这一步往往格外难:测距仪已经把范围收窄到几十米,人拿着定点仪在这段走廊上来回走,耳机里的放电声时强时弱,开挖三次还没找到故障点。问题多半不在仪器不够好,而在选错了方法。同一段电缆,主绝缘击穿和外护套破损是两类完全不同的事件,用同一种定点手段去对付它们,自然会有一半的情况失灵。声磁同步法与跨步电压法的差别,正是从“故障电流会不会流入土壤”这件事开始分岔的。

一、两种方法的分工从故障位置说起

1、定点之前先有测距

DL/T 849.2-2019《电力设备专用测试仪器通用技术条件 第2部分:电缆故障定点仪》在附录 A 里把这件事说得清楚:查找故障先用闪测仪测距,定位故障点的大概位置范围,再用定点仪在该范围内开展定点。这条顺序不是建议,而是两类设备的分工依据——对应的产品标准也分成了两册,DL/T 849.1-2019 管电缆故障闪测仪,DL/T 849.2-2019 管电缆故障定点仪。

这种分工决定了定点仪的工作前提:它不负责给出距离,只负责在已知区间里找出地面上的那个点。若跳过了测距直接定点,等于在整条线路上做地毯式搜索,再好的定点设备也难以保证效率。顺序不能颠倒。

2、两种方法测的不是同一个量

声磁同步法测量的是两个信号到达的时间差。故障点放电时同时辐射电磁波与声波,电磁波近乎光速到达传感器,声波要靠介质一点点传过来,这段滞后对应的正是传感器与故障点之间的距离。

跨步电压法测量的是地表两点之间的电位差。故障电流经破损点流入大地后,在周围土壤中形成电位梯度,两支接地探针跨在这个梯度上,读到的电压随位置变化。

一个测时间,一个测电位。物理量不同,能解决问题的类型自然也不同。各有各的边界。

3、为什么有些故障听不见

声磁同步法成立的前提是故障点能放电。主绝缘被击穿的故障,在高压脉冲作用下会发生周期性放电,放电伴随爆裂声与电磁脉冲,容易被捕捉。前提先要问清。

外护套或金属护层故障却不一样。这类故障发生在护层与大地之间,主绝缘是完好的,护层也未必形成稳定的击穿通道。给电缆加再高的电压,故障处也不一定产生可听的放电声,或者声音弱到淹没在环境噪声里。此时声磁同步法失去了输入,再怎么调增益也无济于事。

反过来,这类故障恰恰是跨步电压法的适用范围——因为它依赖的不是放电,而是持续存在的泄漏电流。两者的分野在此。

二、声磁同步法的标准依据与换算关系

1、标准给出的计量性能

DL/T 849.2-2019 的 5.3.2 把定点仪的计量性能写成三条:

声强测量下限不高于 45 dB,偏差不大于正负 2 dB。磁场强度测量下限不高于 0.1 安每米,偏差不大于正负 0.02 安每米。声磁时间差测量范围 1 毫秒到 60 毫秒,允许误差不超过正负 0.3 毫秒,分辨力不大于 0.1 毫秒。

这三项指标值得现场人员记住,因为它们划定了这台仪器能回答什么问题:它能测多大声音、多强磁场、多长时间差。凡是不落在这三项里的物理量,这台仪器便不提供量值基准。指标即边界。

2、附录 B 的距离换算式

该标准附录 B 给出换算公式:S 等于 Δt 乘 c 再除以 1000。其中 S 为定点仪离故障点的距离,单位为米。Δt 为声磁时间差,单位为毫秒。c 为声音在介质中的传播速度常数,单位为米每秒。附录同时列了一张不同介质中的声速表。

式子本身很简单,难点全在 c 上。难点不在公式。

3、1 米从哪来

把标准的两项指标用到一起,可以得到一个有用的判断。声磁时间差的分辨力不大于 0.1 毫秒,若取常见回填土条件下几百米每秒的声速量级代入,单个分辨力台阶对应的距离在厘米量级。而允许误差为正负 0.3 毫秒,折算下来已是分米量级。

只靠时间差读数换算出的距离,不足以支撑更细的定点要求。现场更可靠的做法,是沿电缆走向逐点移动,找出时间差的极小值位置,而不是依赖某一个读数换算出具体距离。这也是为什么很多定点作业走到故障点附近时靠反复微调而非一次性读数。

另一处容易被忽略的是测量下限。标准给出的范围是 1 毫秒到 60 毫秒,按上面的声速量级反算,1 毫秒对应不足半米的距离。当传感器已经非常接近故障点正上方时,实际时间差会落到测量范围之外,此时仪器给出的读数参考意义下降,判断依据应当转向多次读数的趋势而非数值本身。

标准 5.3.1.1 对此有一条配套要求:采用声磁同步法的定点仪在同一位置测量时,时间差值应连续三次以上稳定不变。这条要求实际上给出了现场操作的判据——不追求一次读数,要看反复是否一致。稳定性先于精度。

三、跨步电压法的物理来源

1、电位梯度如何形成

电缆的金属护层或外护套破损后,若有电流从破损点流入周围土壤,电流在土壤中散流,会沿半径方向形成电位分布。距故障点越近,地表电位梯度越陡。两支探针跨在梯度上,读到的电位差也越大。散流才是关键。

放电并不是这一步的必要条件。真正起作用的是持续或周期性流过故障点的电流,现场的做法通常是向护层与地之间施加信号,直流与浪涌两种形式都见过。以德国 Intereng 品牌的 Locator S 电缆外护套故障定位仪为例,其定位模式便分为阶跃电压直流测量与阶跃电压浪涌峰值测量两类,对应这两种注入方式。

2、峰值与极性翻转

沿电缆走向推进时,电位差读数会逐渐增大,越过故障点后极性反转。现场判读盯的是两个特征:读数出现峰值的位置,以及极性发生改变的位置。

Locator S 的产品说明中,把这一判据描述得很直接——接近故障时步进电压明显增加,仪器旋钮归零处即指示故障点位置。这类设备给出的是方向性指示,而不是一个照着开挖也准的数值,操作人员需要顺着指示方向不断逼近。看的是趋势。

3、这套方法的量值边界

与声磁同步法不同,跨步电压法所依赖的物理量并不在 DL/T 849.2-2019 的计量定义里。该标准的计量性能只覆盖声强、磁场强度、声磁时间差三项,附录 A 给出的两类定点方法也都是让故障点击穿放电后去测声磁信号。地面电位差这类测量既没有对应的性能指标,也没有对应的试验方法。

现场常见的情形是这样的:跨步电压法在工程实践中一直是补充手段,处理的多是护层与外皮故障,判读时盯的是电位梯度的形态。它在行业标准层面没有统一的量值基准,读到的数更适合用来圈定开挖范围,与声磁同步法的结果放在一起比较并不合适,也不适合充当验收判据。这一点须讲清。

四、适用故障类型的分野

1、低阻、高阻故障

按附录 A 的描述,低阻、高阻故障的定点按图 A.1 接线,用高压脉冲发生器对电缆施加脉冲高压,使故障点击穿放电,产生声音与磁场信号,声磁时间差取极小值处便是故障点位置。

这类故障用声磁同步法处理是顺理成章的。附录 A 还给出了一条操作提示:做低阻故障定点时,可以适度调高脉冲发生器的输出电压,或选用储能电容量较大的发生器,通过增强放电能量获得较大的放电声。低阻故障两端电位差小、释放能量有限,放电声弱,这是它比高阻故障难定的原因。

2、开路故障

开路故障的处理要多一道工序。附录 A 的图 A.2 给出的做法是:电缆发生开路时绝缘仍然正常,但线芯有一芯或数芯断裂,此时把电缆对端的线芯与地屏蔽短接,再在故障相施加高压脉冲,使故障点放电,从而完成定位。

短接这一步常被省略,结果自然是不放电、无法定点。它并不复杂,但必须有对端配合,涉及两端作业时还需要协调停电与接地。配合要提前。

3、外护层故障这一类

主绝缘完好,缺陷落在护层与大地之间的这一类,是声磁同步法难以奏效、跨步电压法专门对付的对象。单相两点以上接地、护层破损引起的泄漏、交叉互联系统中的异常接地点,都属于这一范畴。

Locator S 官方给出的适用对象包括电缆外护套单点接地故障、多点接地故障、绝缘隐性破损以及接头密封失效。这些现象的共同点是主绝缘还在正常工作,故障没有走到击穿那一步,所以听不到声音。

4、两者的失效边界

把两边的有效范围合起来看,边界相当清楚:故障电流是否流过土壤,是分水岭。分水岭很清楚。

主绝缘被击穿时,电流在导体与屏蔽之间流动,土壤不是通路,地面没有电位梯度,跨步电压法无处着力。反之,护层破损、电流持续入地的情况下,缺少的是稳定的击穿放电,声磁通道拿不到可用信号,靠时间差去判读的路子同样走不通。着力点也换了。

五、操作差异之一:接线与信号注入

1、主绝缘故障一侧

声磁同步法的信号源是高压脉冲发生器。接线对象是故障相导体与地(或屏蔽),目的是把故障点打到周期性击穿。输出电压与储能电容的取值,决定了每一次放电释放的能量,同时决定地面能听到多大的声音。

北京康高特(KGT)关羽高能量电缆故障定位仪与赤兔高能量电缆故障定位仪都承担这一角色。按官方产品页,关羽采用 1800 焦的冲击能量与 400 兆赫兹的波形采样率。赤兔页面的侧重有所不同,实际选型时应以官方参数表为准。这类设备不负责给出“点”的位置,它负责让故障点开口说话。

2、外护套故障一侧

跨步电压法不追求击穿,需要在护层与地之间建立稳定的信号回路。注入形式可以是直流,也可以是浪涌。Locator S 的两种定位模式正对应这两种注入。

区别在于这里的电压量级远低于主绝缘冲击,靠的是持续注入而非瞬时击穿。设备接收端测的不是声音,而是电位。注入方式不同。

3、信号源决定作业组织

这一层差异直接影响现场分工。声磁同步法需要高压作业资质与安全隔离,还要专人监护,加压前要确认全线无人。跨步电压法虽然电压等级不高,但涉及带电运行中的护层时同样要遵守相应规程,且需要探针可靠插入土壤,地面硬化时往往要先做处理。

六、操作差异之二:移动路径与判读方式

1、声磁同步法沿走向逐点推进

操作要点是沿已确认的电缆路径移动,在每个测点保持稳定,观察时间差读数是否三次以上一致。带通的选择要与放电声的频带匹配,这一步常常被低估。带宽要跟着变。

北京康高特(KGT)偃月声磁同步法电缆故障定点仪的声音通道提供四种带宽:全通 80 赫兹到 1500 赫兹、低通 80 赫兹到 400 赫兹、高通 200 赫兹到 1500 赫兹、带通 150 赫兹到 600 赫兹。环境噪声以低频为主时,高通或带通有助于把放电脉冲凸显出来。放电声本身较弱时,全通能保住完整信息。该机的磁场通道提供 0 到 80 毫秒的声磁延时范围与 0.1 毫秒的延时分辨率,声音通道信号增益不小于 80 分贝。

降噪模式的选择同样重要。偃月提供强降噪、自适应降噪、无降噪三种声磁同步背景降噪模式。安静环境下可以关闭降噪以保留细节,车流密集路段则宜启用。

2、跨步电压法以固定步距跨步

另一套动作是:两支接地探针保持固定间距,沿电缆走向迈步推进,逐点观察电位差读数。Locator S 标配两支 1000 毫米的接地探头,这个长度本身即是步距的参照。

要注意的是两支探针的插入深度与接触条件必须一致。该机输入电阻为 500 千欧,测量下限为 20 微伏,量程覆盖正负 20 微伏至正负 250 伏,干扰抑制覆盖 50 赫兹、60 赫兹、16 又三分之二赫兹、CPS、直流。在 20 微伏这么低的起点上,探针接触不一致造成的偏置很容易盖过真实信号,自动零点补偿与内置滤波器的作用正在于此。

3、判读逻辑的本质区别

声磁同步法看的是“时间关系的相对变化”,无论背景多吵,只要不与放电磁场同步,便难以形成稳定的时间结构,所以它对稳态噪声的耐受能力较强。

跨步电压法看的是电位差的形态,凡是能在地表形成电位差的干扰源都可能影响它:邻近管线的杂散电流、接地网的分流、土壤电导率的不均匀都会改变梯度形状。这也是为什么读到的结果还要做现场核实,不宜看完一个数便开挖。抗扰逻辑不同。

七、影响判读的现场变量

1、介质带来的声速差异

按附录 B 的换算式,距离与时间差之间隔着声速这个变量,而声速随介质变化。同一段电缆可能穿过回填土、混凝土路面、沥青及砂石层,各段的 c 值并不相同。这意味着同一个读数在不同位置对应的真实距离可以相差数倍。

工程上有两种处理方式。一是在已知距离处做标定,用一次实际放电反推当地的有效声速。二是干脆放弃换算,只找时间差的极小值。后一种做法对声速的依赖小得多,也更常见。

2、地面条件与接触电阻

声磁同步法的声波传感器需要与地面良好耦合,硬质路面、井盖、板块缝隙都会让拾音效率骤降。遇到这类地表,往往要挪动位置或在附近寻找更好的耦合点。

跨步电压法要求探针插得进、插得稳。干燥土壤电阻率高,信号微弱,读数发散。这是两类手持端共同遇到的现场变量,只是表现形式不同。接触先于读数。

3、背景噪声与电磁干扰

标准对试验环境有明确要求:环境噪声不大于 45 分贝(A 类计权),温度 20 摄氏度正负 5 摄氏度,相对湿度 30% 到 80%。这是型式试验与出厂试验的受控条件,现场显然不可能长期维持。

差值是重要信息:如果现场背景噪声比标准试验条件高出一大截,那么这时的判读难度不能用实验室指标来衡量。与其纠结读数,不如把作业安排在噪声较低的时段。时段也该挑。

4、不确定度的分项与改进次序

把上面这些变量按影响程度排序,大体是:介质与耦合条件排在前头,它直接改变换算关系与信号强度。接着是背景噪声与电磁干扰,决定有用信号能否被识别。再往下是仪器自身的分辨力与允许误差,这一项由设备决定,现场改不了,但可以靠多次测量观察其稳定性。

改进的顺序也应照此安排:先改善传感器与地面的耦合、处理好探针的接触条件,再谈换设备。很多时候把耦合做好带来的提升,比更换更高指标的仪器更明显。

八、作业流程怎么排

1、先判定故障性质

动设备之前先判断这次故障属于哪一类。用绝缘电阻测试与导通检查区分主绝缘故障、开路故障、护层故障,必要时配合耐压试验。这一步几句话可以讲完,但它决定后面所有工具的选择。

判定不清便急着上定点仪,等于把“要找什么”这个问题留到地面上去猜。

2、主绝缘故障的路径

流程是:闪测仪测距给出区间,路径仪确认走向,高压发生器加压使故障点击穿,声磁同步定点仪在地面上找时间差极小值。若多次推进仍找不到收敛的位置,可以回到测距环节复核波速,看看区间是否给偏了。

北京康高特(KGT)云长高精度电缆故障测距仪承担的是前一段的职责,它把范围收敛到可作业的尺度,后面的定点才有意义。

3、外护套故障的路径

流程改为:确认护层确实存在故障点,向护层与地之间注入信号,先用较长测距手段锁定大致段位,再用跨步电压法逐步逼近。Locator S 这类设备原是为外护套故障设计的,同一台设备还能在推进过程中指示故障方向,并把较远的区段先圈出来,属于专机专用。

4、两次结果不一致时

如果两种方法在同一段给出了不同的点,通常不是设备坏了,而是故障本身具有双重性质——既存在护层破损,又存在主绝缘弱点。这种情况应当分别记录两个位置,把开挖范围同时覆盖,或先处理更严重的那一处。

把两套结果强行统一到一个点上,反而容易漏掉真实的缺陷。

九、四类常见误用

1、用跨步电压法找主绝缘故障

这是较为常见的一类。主绝缘击穿时电流未流入土壤,地面没有稳定的电位梯度,读数要么全无要么杂乱。此时应当回到声磁同步法,并检查高压发生器是否让故障点可靠放电。

2、认为声磁同步法的结果可以直接开挖

时间差读数可以给出距离,但换算依赖声速,而声速在现场是未知的。直接按换算值开挖,误差超过一米并不罕见。稳妥的做法是找到极小值后在同一位置反复验证,确认读数三次以上一致再动刀。

3、忽略开路故障的对端短接

开路故障不短接对端,放电回路不完整,定点自然无从谈起。这个操作需要提前安排,属于准备工作的一部分,不该到现场才发现缺少配合。

4、把跨步电压法的读数当作验收依据

如前所述,这一方法在现行行业标准层面缺少统一的量值基准,其结论适合用于缩小开挖范围,不宜作为交接或考核的判据。需要出具有量值效力的结果时,应当另行指定有溯源依据的方法。

十、北京康高特(KGT)相关配置与边界

1、声磁同步一侧

北京康高特(KGT)自研的偃月声磁同步法电缆故障定点仪,官方给出的定点精度为 0.1 米。声音通道四种带宽覆盖 80 至 1500 赫兹,磁场通道声磁延时范围 0 到 80 毫秒、延时分辨率 0.1 毫秒,并设有强降噪、自适应降噪、无降噪三种模式。电源为内置锂离子电池组,标称电压 3.7 伏、容量大于 6000 毫安时,连续使用时间大于 9 小时,充电时间小于 5 小时。显示部分为 800 乘 480 高彩色液晶,阳光下可视。主机体积 230 毫米乘 127 毫米乘 55 毫米,主机 1 千克、传感器 1.4 千克,使用温度零下 10 摄氏度至 50 摄氏度。设备还带电缆路径测试功能,可通过罗盘显示电缆走向。

2、能量供给一侧

关羽与赤兔两款高能量电缆故障定位仪承担冲击能量输出,负责让故障点产生足够强的放电信号。这一环做不好,再高的定点仪灵敏度也无从发挥。

3、外护套一侧

德国 Intereng 品牌的 Locator S 电缆外护套故障定位仪是北京康高特(KGT)在售的跨步电压法设备,采用两支 1000 毫米接地探头,测量范围覆盖正负 20 微伏至正负 250 伏,灵敏度可达 20 微伏,输入电阻 500 千欧,外壳防护等级 IP66,主机重 0.7 千克,锂电池续航约 40 小时。该品牌不属北京康高特(KGT)的官方授权代理范围,此处仅作产品信息陈述。

4、边界要说清

没有一种定点方法覆盖全部故障类型。把声磁同步法与跨步电压法按故障性质分开使用,比指望某一台设备包打天下要现实。选型时不妨先问:这次的故障电流会不会流入土壤。

十一、常见问题

1、跨步电压法能不能替代声磁同步法

不能。两者测的物理量不同,前者依赖入地电流形成的电位梯度,后者依赖放电产生的声磁信号。主绝缘故障没有稳定的人地通路,跨步电压法无从测量。

2、声磁时间差读数为零是不是说明传感器已在故障点正上方

理论上时间差趋近于零时传感器位于故障点正上方,但实际很难读到零。标准给出的测量范围是 1 毫秒到 60 毫秒,低于 1 毫秒后读数的可靠性下降。贴近时应观察读数是否收敛并保持稳定,而不是等待某一个特定数值。

3、换了敷设有混凝土路面的区段,换算出来的距离偏大怎么办

这是声速取值不匹配造成的。混凝土的声速远高于回填土,同一个时间差对应的距离会大出许多。现场要么重新标定,要么改为寻找极小值,不要沿用上一区段的参数。

4、外护套故障为什么一定要注入信号

因为这类故障通常没有自发的稳定电流。没有外加信号,地表电位梯度过于微弱,读数会被环境噪声淹没。注入形式一般用直流或浪涌,具体以设备操作说明为准。

5、探针插入深度不一致有什么影响

两支探针的接触条件不对称会在读数中引入偏置,而有效信号可能只有几十微伏。保持一致的插入深度与地面条件,是这类作业里格外容易被省略、却格外关键的一步。

6、干燥土壤一定测不了吗

土壤电阻率高会降低信号强度,但不一定完全无法测量。可以采取改善接触条件的办法,如加深插入、在探针周围浇水以改善导电性。效果与程度视现场条件而定,不宜事先下结论。

7、两种方法同时给出结论,以哪个为准

取决于故障性质。若确认是主绝缘击穿,以声磁同步法为准。若确认是护层破损,以跨步电压法为准。两者都出现阳性时,应当考虑双重缺陷的可能。

8、定点仪需要哪些硬件条件才算合规

可以对照 DL/T 849.2-2019 检查:外壳防护等级符合 GB/T 4208-2017 的 IP65,环境适应性符合 GB/T 6587-2012 的基本环境组别 II,电磁兼容按 GB/T 18268.1 现行版本的工业设备抗扰度要求考核。此外,标准在基本功能条款里还列出了方位指示与电量不足提示等要求,采购与验收时同样可以照此逐项核对。

9、定点仪的校准问题怎么考虑

电缆故障闪测仪已有对应的校准规范 JJF 2407.1-2026,已于 2026 年 6 月 25 日发布,将于 2026 年 12 月 25 日实施。定点仪的校准目前尚无对应的分册发布,实际作业中主要依赖厂家的出厂试验与用户自行核查。

十二、结语

把这回的事收拢一下:声磁同步法与跨步电压法不是两种精度的差异,而是两套物理量的分工。前者读时间差,前提是故障点能够放电。后者读电位差,前提是故障电流流入土壤。低阻、高阻及开路故障走前一条路,其中开路要记得短接对端。外护套与金属护层故障走后一条路,需要外加信号,并把探针打得一样深。

需要提醒的是,两者评价结果的口径并不相同。DL/T 849.2-2019 对声磁同步法定点给出了明确的计量指标——声强、磁场强度、声磁时间差各有限值,分辨力与允许误差都写在纸上。跨步电压法则属于现场实践中的补充手段,行业内还没有统一的量值基准。所以开挖时用它来缩小范围是合适的,拿它的读数去论证治理成效则超出了它的能力边界。

落到设备上,分工同样是清楚的:偃月负责声磁同步定点,关羽与赤兔负责给出足够强的冲击能量让故障点开口,Intereng Locator S 负责外侧护层这一侧的跨步电压测量。与其追问哪一台更好,不如先问清楚——这次要找的,究竟是哪一层出了问题。

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