一条 10 千伏电缆接地跳闸,测距仪打出来的波形上,故障点的反射脉冲朝着与发射脉冲相反的方向跳一下,光标卡在那个拐点上,距离直接读出来。换一条线路,同样是接地跳闸,波形上却只有发射脉冲和末端一个大反射,中间干干净净,什么也找不着。两次故障的现象写在调度记录里几乎一样,落到波形上却是两种完全不同的东西。
差别不在仪器,也不在操作手法,而在故障点当时到底导不导通。波形判读这件事,表面上是在量两个拐点之间的时间差,往里看一层,其实是在判断故障的性质。性质认错了,方法便跟着选错,量得再准也没有意义。
现行行业标准 DL/T 849.1-2019 针对的是电缆故障闪测仪,它把这类仪器的原理概括为基于行波测距,主要用于电缆故障的粗测定位。附录里给出的故障距离计算式很简单:故障点与测试端的距离,等于脉冲传输波速度乘入射脉冲与反射脉冲的时间差,再除以二。
式子里的三个量,两个从波形上读,一个靠人去设。麻烦恰恰出在靠人去设的那一个。
时间差是从波形上量出来的,只要波头认得准,这个数靠得住。真正让人心里没底的是波速度,即脉冲在这条电缆里跑得到底有多快。交联聚乙烯绝缘的电缆,这个量大致在一百七十米每微秒上下,可它取决于绝缘材料的相对介电常数,而介电常数又跟着材料配方走,也跟着老化程度与敷设环境走。同一条线路的前后两段,截面变了,绝缘配方变了,波速度也跟着变。
标准想到了这一层。附录里紧接着给出反算的办法:在知道电缆全长的前提下,用全长与入射脉冲、反射脉冲的传输时间差,把脉冲传输波速度反过来算出来,再拿这个波速度去算故障点。这一步在现场被跳过的次数,远超它应当被跳过的次数。
难点不在量时间,也不在设波速,而在认出波形上那几个拐点里,哪一个才是故障点的反射。中间接头会反射,电缆换位的部位会反射,末端会反射,邻近运行线路耦合进来的干扰也会堆在波形上。把这些统统当成故障点,开挖的时候便挖错地方。这笔账划不来。
DL/T 849.1-2019 的附录里写得明白:通过识别反射脉冲的极性,可以判定故障的性质。低阻与短路故障的反射脉冲,极性与入射脉冲相反。开路故障的反射脉冲,极性则与入射脉冲相同。这两句话是波形判读里少有的成文依据,其余流传的说法多是现场经验的归纳,分量不一样。
行波沿着电缆往前走,遇到阻抗突变的地方,便会有一部分折回来。故障点把导体和地、或者把两相导体短接在一起,行波走到这里感受到的等效阻抗远低于电缆本身的波阻抗,折回来的那一部分便翻了个方向。故障电阻越小,翻得越彻底,反射的幅度也越接近入射波。
金属性短路把这种情形推到了头。故障电阻接近零,入射波几乎整个被翻过来送回测量端,波形上表现为一个幅度很高、方向相反、顶部平展的台阶,拐点锐利。低阻故障没有这么干净。故障电阻有几十欧的时候,反射幅度明显矮一截,拐点也不那么锐利,有时候带一点圆角,后端还会拖出一小段起伏。
中间接头的位置阻抗本来存在变化,波形上同样会出现一个反射,形状与低阻故障的反射很接近。分辨的办法不在波形本身,而在资料:把反射位置与竣工图上的接头位置对一遍,对得上的多半是接头,对不上的才值得怀疑。同一条电缆的完好相也可以拿来比对,完好相在同一位置有同样的反射,那便是接头的结构反射,不是故障。这一步省不得。
高阻故障用低压脉冲法测,波形上常常是这样一幅画面:发射脉冲之后一路平静,直到电缆末端才出现一个与入射同极性的反射,故障点该在的位置上什么也没有。
原因不在仪器。低压脉冲的发射电压只有几十伏,云长标的是三十伏,这点电压加到故障点上,故障通道压根建立不起来。绝缘受潮也好,碳化通道也好,放电间隙也好,在低电压下都不导通,行波走到这里感受不到足够的阻抗变化,自然没有反射可看。
这幅波形不是白测的。末端反射的位置给出的是电缆全长,正好可以拿来核对档案,也正好可以用来反算波速度。有经验的班组在遇到高阻疑似的线路时,会先打一次低压脉冲,目的不是为了找故障,而是为了把全长与波速度先落实下来。
DL/T 849.1-2019 在概述里把分工讲清楚了。闪测仪一般具有低压脉冲法、脉冲电流法和弧反射法三种测量模式。低压脉冲法测量模式下,可实现对开路、低阻、短路故障距离的探测。脉冲电流法和弧反射法测量模式下,闪测仪借助直流高压电源,可实现对高阻故障距离的探测。
换成现场的话说,故障点不导通,便用高压把它打通,在打通的那一瞬间再去看行波。
现场流传着一个说法:故障电阻一百欧以下算低阻,以上算高阻。这个说法有用,却要明白它的来历。翻遍现行标准,找不到任何一处给出过这个数值,它是长期测寻实践归纳出来的经验参考。而且它并不严谨:同样是一百欧的故障电阻,在波阻抗十几欧的小截面电缆上与在波阻抗四十欧的大截面电缆上,反射行为并不相同。
更贴近实际的说法是这样:用低压脉冲法打一遍,波形上能清楚认出故障点反射的,走低压脉冲这条路,认不出来便上高压方法。这条判据不依赖任何一个具体数字,也不受电缆规格牵动。
同一个故障点,把发射脉冲的宽度调一调,波形能变个样子。窄脉冲陡,两个靠得很近的反射能分开,代价是能量小、跑不远,末端反射常被噪声盖住。宽脉冲传得远,末端反射清清楚楚。代价是它占的时间长。故障点离测试端太近时,反射会整个埋进发射脉冲里,这一段便成了盲区。
仪器的发射脉冲宽度给一段可调范围,用意正在这里。测短段、要分辨近处的东西,把宽度压窄。测长线路、要找末端,把宽度放开。云长给出的范围是从四十纳秒一直到二十点五微秒,两端差出五百多倍,覆盖的正是这两类需求。方向别搞反。盲区两米这个指标,也是在窄脉冲那一端才有的条件。
闪络性故障有个鲜明的特点。平常状态下绝缘电阻很高,用兆欧表摇,读数与完好电缆没有区别。可一旦做耐压试验,电压升到某个数值,监视泄漏电流的表计读数突然往上冲,指针来回摆动,电压稍往下降,这个现象便消失,绝缘又回到高阻状态。
它同高阻泄漏性故障的差别,不在阻值高低,而在放电通道能不能维持。泄漏性故障的通道是稳定的,阻值虽高,却是个定值。闪络性故障没有形成真正的电阻通道,只有放电间隙或者闪络表面,击穿是一瞬间的事,灭掉之后又恢复原状。
常态下测,它的波形与开路故障几乎没有区别。中间没有故障反射,末端一个同极性反射。只盯着这一条波形看,很容易得出电缆没有问题的结论。这类误判在现场并不少见,尤其是在故障后并未立刻停电、绝缘电阻已经自行恢复的线路上。
对付它要靠高压。标准里的脉冲电压法分作两种,直流高压闪络测试法与冲击高压闪络测试法,现场简称直闪法与冲闪法。直闪法靠调压器把储能电容器上的电压一点点升上去,升到故障点击穿为止,抓的是持续放电产生的行波,波形周期规整,重复性好。冲闪法是给一个冲击,故障点击穿一次,波形上头一个波头格外陡,后面拖着一段衰减振荡。
标准里同时提到,脉冲电压法由于仪器侧与高压电源部分有直接电气连接,存在安全隐患,目前已逐步淘汰。所以现在的做法普遍是脉冲电流法,通过电流耦合器拾取信号,测量端与高压隔开。
闪络性故障有个麻烦:电弧维持不住。波形抓不全,测量便不稳定,同一条线路连打几次,读数能差出不少。这时候把冲击能量加大、把储能电容的容量调上去,让击穿更充分一些,往往比反复重测更有效。
施加高压之后故障点击穿,击穿的瞬间故障点被电弧临时短接,等效于在那里接入一个很低的阻抗。这个突变产生一个行波,沿着电缆往测量端跑,到了测量端再折回故障点,故障点的电弧此时还在,于是又折回来。行波便在测量端与故障点之间来回跑,每跑一个来回,波形上便多一个突跳。
测距要的是行波跑一个来回的时间,即相邻两个同极性突跳之间的间隔。这条规则看着简单,出错的人却不少,常见的错法是把击穿的那一刻当成起点,量到头一个突跳,认为那是一个来回。实际那只是半个来回,算出来的距离只有真实值的一半。
直闪法要求故障点在直流电压下能持续放电,泄漏性故障对得上这个条件,波形也规整,读数稳定。冲闪法不挑故障类型,应用面宽得多,代价是波形带衰减振荡,紧随其后的几个波头容易被振荡淹没,数错的概率上升。
仪器给出的增益调节范围只是可用余地。余量不是目标。增益开过头,背景噪声一起被放大,噪声顶上的毛刺看着也像波头,光标卡上去,读数便偏了。稳一点的做法是这样:先压增益,看清起始那一段波头,再往回退一点。
弧反射法在标准里的定义是这样的:向电缆施加直流高压,使故障点出现弧光接地,在燃弧时和电弧熄灭后,分别注入低压脉冲信号,通过比较测试波形得出故障距离。它又叫二次脉冲法或者多次脉冲法。
这个方法对判读的友好之处在于,它不要求你去数波头。屏幕上留下两条波形:燃弧期间打的那一条,故障点被电弧短接,波形呈低阻故障的特征,反射与入射极性相反。电弧熄灭后打的那一条,故障通道重新断开,波形上没有故障反射。两条波形从某一点开始分开,那个分叉点的位置,便是故障点。
分叉点再清楚,也得先抓到燃弧的那一刻。闪络性故障的电弧维持时间很短,往往低压脉冲还没打完,弧已经灭了,抓到的两条波形几乎重合,分叉点看不出来。这类情形下,脉冲电流法反而更可靠。
有些仪器支持把几次测量存下来的波形同屏比对,这个功能看着不起眼,判读的时候却能省不少事。同一个故障点在不同方法下给出的位置对不对得上,比一比便知道。对不上,说明至少有一次判读出了问题,值得回头重来。
同样是行波跑完一个来回的时间差,波速度设成一百五十与设成一百八十,算出来的距离便差出百分之二十。一条一千米的线路上,这便是两百米的差距,足够让开挖队伍挖错两个工井。
这个量不是一个可以凭手感填的数,它由绝缘材料的相对介电常数决定,等于光速除以介电常数开方。交联聚乙烯的介电常数在二点三到二点五之间,算出来的波速度便落在一百七十米每微秒附近。油纸绝缘的介电常数更高,波速度反而更低。敷设年头久的电缆,绝缘老化会改变介电常数,拿新电缆的波速度去套老线路,本身便带着偏差。
前文提到的那条反算式,操作起来并不复杂。先在完好相或者同型号的健康电缆上打一次低压脉冲,用已知长度与末端反射的时间差把波速度算出来,再拿这个波速度去测故障相。多花五分钟,省掉的是后面几十米的反复。
一条线路里如果既有电缆又有架空,或者前后两段截面不同,一个波速度便不能覆盖全程。这时候分段反算更稳妥,先把每一段的长度与波速度分别落实,再按段去折算故障点落在哪一段。省掉这一步,误差会在长线路上被放大。别图省事。
测距仪上通常给出一段可设定的波速度区间,覆盖范围比实际可能用到的宽。设定之前先算一个值,比在区间内来回试更省时间,也更容易在报告里交代清楚这个数是怎么来的。
DL/T 849.1-2019 对闪测仪的计量性能有明确规定。单端测距的故障测试区间不小于二十公里,测距盲区不大于二十米,故障距离的测量误差不超过 ±(0.5%·L+1 m),光标移动步长也有相应要求。这几条是选型时可以直接拿来对的参数。它同时规定了工作环境条件为负二十五摄氏度到正五十摄氏度、相对湿度不大于百分之九十,以及电池供电时持续工作时间不少于四小时。
JJF 2407.1-2026《电缆故障测试仪校准规范 闪测仪》于 2026 年 6 月 25 日发布,2026 年 12 月 25 日实施,适用于电缆故障闪测仪的校准,引用 DL/T 849.1-2019 作为计量特性依据。它目前处于已发布待实施的状态,谈校准溯源时可以作为依据,谈当下在用的检定要求时,还得看主管部门的安排。
这份校准规范的附录里还有一种有意思的装置,电缆故障模拟装置。它由电容、电感与电阻这些集中参数器件组成 π 型网络,用来模拟实物电缆的分布参数,能模拟出开路、低阻、高阻与短路接地这几类常见故障。有了它,训练不必等真故障上门。波形判读这门手艺,因此有了可复现的练习对象。
北京康高特(KGT)自研的云长高精度电缆故障测距仪,测距范围一百公里,测距盲区两米,故障距离测量误差为 ±(0.5%·L+1 m),适用范围标注为 L 不小于二十米。与产品标准对照,前两项都优于标准给出的要求,误差一项与标准一致。波形采样率为 400 MHz 实时采样,低压脉冲发射脉冲宽度 40 ns 至 20.5 微秒可调,波速度设定范围覆盖 100 m/μs 至 300 m/μs,信号增益调节范围 70 dB,低压脉冲发射电压 30 V,波形可存一百条。
它列出的测量方法有四种:低压脉冲法、脉冲电流法(配合高压脉冲电源)、多次脉冲法、衰减法。适用的故障类型覆盖低阻短路、低阻接地、断路、闪络性、泄漏性这几类,间歇性故障也在其列,适用电压等级从 380 伏一直到 220 千伏。低压脉冲法下有一键自动测试,仪器自己挑选合适的范围与增益,直接给出故障距离,判读的门槛由此低了不少。
±(0.5%·L+1 m) 里的 1 m 是固定项,与长度无关。一千米的线路上,误差限是五米加一米共六米,固定项占六分之一。一百米的短段上,误差限是零点五米加一米共一点五米,固定项占到三分之二。短电缆测距的相对误差偏大,根源便在这里。这不算毛病。
某条 10 千伏电缆线路单相接地跳闸,先在变电站侧打低压脉冲,波形上看到一个与入射反极性的反射,光标卡在二百八十五米。翻竣工图,距离起点二百八十三米处有一个中间接头。两个数字差两米,落在误差限以内,判断为接头内部故障。开挖后确认,接头进水碳化,故障电阻测出来二十几欧,属低阻。
这一次判读的关键不是量得准,而是把反射位置与接头台账对了一遍。若直接按二百八十五米开挖,也在同一个工井附近,结论不会错。若把接头反射当成干扰忽略掉,反而会漏掉真正的故障点。
另一条线路在做预防性耐压试验时击穿,事后复测绝缘电阻恢复正常。低压脉冲打出来,中间干干净净,末端反射对应全长一千二百四十米,与档案一致。改用脉冲电流法,配合冲击高压让故障点击穿,抓到一组周期规整的放电行波,取相邻同极性突跳的间隔,算出故障点在八百六十二米。开挖是终端应力锥处的闪络痕迹。
回头看,低压脉冲那一次并没有白做。它给出的全长与波速度,是后面算距离的基础。跳过这一步,读出来的数便少了一个校验基准。
多半不是。先看末端反射在不在,若在,说明仪器与接线都正常,只是故障点在当前电压下不导通,需要换高压方法。若连末端反射都没有,先查接线与接地,再看发射脉冲宽度是否设得过窄、增益是否压得过低。
先核对波速度。波速度差百分之十,一千米的线路便差出一百米。再核对全长,末端反射对应的长度与档案差太多,说明波速度或者线路走向有问题。两项都对上还差得远,再考虑是不是把中间接头的反射当成了故障。
先看每次抓到的波头是不是同一个。冲闪法的衰减振荡会把紧跟着的那一个波头淹没,误把更后面的当成它,距离便成倍往上走。稳一点的做法是固定一个增益、固定一个触发电平,多打几次,取重复性好的那几组。
故障点维持不住电弧是常见原因。可以把冲击能量往上提,让击穿更充分,也可以在燃弧与熄弧之间把延时调短。若这两招都不见效,说明这个故障不适合走弧反射法,换脉冲电流法更省事。
不要凭经验填一个数。先在完好相或者同型号的健康电缆上反算一次,把值定下来再测故障相。多段线路分段反算。实在没有条件,也应当把设定值与反算值的差别记进报告,让后面接手的人知道这个读数带着多大的不确定度。
结语
波形判读这件事,拆开看是三件活:先认出故障反射,再数准时间差,末了把波速度定下来。三件里,头一件出岔子的概率明显更大,因为它要求你先判断故障的性质。低阻在低压脉冲下反着跳,高阻在低压脉冲下不吭声,闪络性要到高电压下才肯露面。性质认对了,方法与波形便对得上。性质认错了,量得再细也白费。现场把这三件活拆开来练,比指望一次测出结果靠谱得多。