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ST系列电缆故障综合测试仪目录
*章 概述........................................................... 1
一、用途...............................................................1
二、功能特点.......................................................... 2
三、技术指标...........................................................3
四、基本测试步骤...................................................... 4
第二章 仪器组成和简介................................................. 5
一、ST-400电力电缆故障综合测试仪...................................... 5
二、ST-500电缆路径探测信号发生器...................................... 9
第三章 低压脉冲法测距................................................ 11
一、适用范围..........................................................11
二、工作原理......................................................... 11
三、测试步骤......................................................... 12
第四章 脉冲电流法测距................................................ 17
一、适用范围......................................................... 17
二、工作原理......................................................... 17
三、测试步骤......................................................... 19
第五章 声磁同步定点.................................................. 23
一、工作原理......................................................... 23
二、高压发生器的接线方法............................................. 24
三、定点步骤......................................................... 25
第六章 路径探测...................................................... 29
一、工作原理..........................................................29
二、信号发生器的接线和使用方法....................................... 29
三、路径探测步骤..................................................... 31
第七章 仪器维护...................................................... 35
一、充电............................................................. 35
*章 ST系列概述
一、 ST系列用途
ST系列，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：
信号发生器用于路径探测的信号发射。
ST系列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、 ST系列功能特点
四.基本测试步骤
1.一般步骤：
第二章 ST系列组成和简介
ST系列包括两台仪器及相关附件：
1.ST-400电力（简称主机）
主机有以下功能，并根据不同功能使用相应附件：
2. ST-500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、ST-400电力（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
ST系列主机面板如图2-1-2所示：
图2-1-2 主机面板
ST系列主机面板上有以下内容：
显示各种信息，显示的内容在以后章节中有详细介绍。
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。
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。
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。
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：
和
键：用来移动光标。确定功能：当某些操作需要时，用来进行确认。
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。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：
和
键：比例缩放键，用于对波形的缩小／放大显示。ST系列顶部接口板见图2-2-2所示：
图2-1-3 主机顶接口板
脉冲电流模式下，接脉冲电流耦合器。
侧面接口板见图2-1-4所示：
路径模式下，用来调整路径信号增益。 图2-1-4 主机侧接口板
二、ST-500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：
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。
主机侧面接口板见图2-1-4所示：
图2-2-3 信号发生器侧接口板
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。
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)
(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：
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：
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
和
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 放大 键将波形放大；按 缩小 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：
仪器开机后默认实光标在*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*；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.
第四章 脉冲电流法测距
脉冲电流法用于电缆的高阻和闪络性故障的测距，需要和高压冲击信号发生器配合使用。
1、 ST系列基本原理：
当电缆故障点绝缘电阻较大(大于10倍电缆特性阻抗,Rf＞10Zc≈200Ω)时，故障点的反射系数很小，造成反射脉冲无法分辨，因此低压脉冲法无法测距。
使用高压发生器向故障电缆施加高压，使得故障点击穿放电，放电脉冲在故障点和测试端之间来回反射，用仪器采样记录此信号并测量时间差，将得到故障点的距离。
有两种方法可以采集放电脉冲信号：电压取样和电流取样，采用电流取样即为脉冲电流法：电流耦合器采集测试地（电缆金属外皮）流回高压储能电容的电流，与高压部分*隔离，安全可靠，波形较易识别。
2、直闪法：
直流高压闪络法（直闪法）用于测量闪络性故障，即故障点绝缘电阻*，但在做耐压试验时电压上升到一定水平产生闪络击穿的故障。
直闪法原理如图4-2-1所示，其中T1为调压器；T2为高压变压器，容量应在1KVA左右；VD为高压硅堆；C为高压储能电容器，容量在2μF以上；L为电流耦合器。调节T1调压器，使得输出电压逐渐升高，直至故障点击穿。
图4-2-1 直闪法原理图
直闪法的波形如图4-2-2所示:
图4-2-2 直闪法波形
3．冲闪法：
当电缆故障点的电阻不是很高时，故障点的泄漏电流较大，如果使用直闪法，因T2高压变压器的内阻很大，输出电压将无法升高到闪络电压，这时必须使用冲击高压闪络法（冲闪法）。冲闪法也适用于大多数闪络型故障。
冲闪法原理如图4-2-3所示，它与直闪法基本相同，区别在于在储能电容C和电缆之间串入一球间隙G。调节T1调压器对电容C充电，当电容电压上升到一定程度时，球间隙G击穿，电容C对电缆放电，由于电容的内阻极小，输出电压将能足够高并使得故障点击穿。
图4-2-3 冲闪法原理图
冲闪法的波形如图4-2-4所示:
图4-2-4 冲闪法波形
1、 ST系列接线：
使用脉冲电流法必须配合使用高压冲击信号发生器，推荐使用集成化的设备，操作简单，安全可靠；也可以使用由分立器件组合成的高压冲击放电装置。
测试接线如图4-3-1所示。
图4-3-1 与其他高压设备配合使用
以电缆相对地故障为例，将高压发生器的高压输出线连接电缆故障相，测试地线连接电缆的金属护套；将脉冲电流耦合器挂在测试地线上，耦合器输出插头接主机 测距 信号插口。
若电缆是相间故障，则需将高压发生器测试地线连接另一故障相，并将其接地。
接线注意事项
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2、选择工作模式：
按 脉冲电流 键，进入脉冲电流测距模式，其显示界面和低压脉冲法基本相同。
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。
如果确信故障点已经放电（观察高压发生器的高压表，发现放电时电压跌落明显，说明已放电），但仍然没有得到放电波形，说明故障点的击穿延时有可能较长，可以适当将范围增大再测试。
4、设定波速：
根据电缆类型设定合适的波速。
5、测试并调整增益：
按 测试 键，仪器进入等待触发状态，当高压发生器对电缆放电后，仪器触发、采集并显示波形。若波形过小须调高增益，反之调低，再重复测试，直至获得满意的脉冲电流波形。
6、故障点定位：
采集到波形后，按 和 键 将虚光标定位在*个放电脉冲起始点，再按 光标切换 键，将虚光标变为实光标，再移动虚光标移动到第二个脉冲起始点，其相对距离即为故障点。
按 定位／确定 键，仪器能自动进行计算和定标。
图4-3-2为一组典型的直闪法波形：
图4-3-2典型的直闪法波形
图4-3-3为一组典型的冲闪法波形：
图4-3-3 典型的冲闪法波形
6、定标时的注意事项：
①. 故障点击穿时，球间隙放电声清脆响亮，火花较大。而没击穿时，一般球间隙放电声嘶哑，不清脆，而且火花较弱。
②. 电缆故障点击穿时，电压表指针摆动范围较大。而未击穿时，电压表摆动较小，
③. 
根据仪器记录波形判断。图4-3-5为电缆未击穿时的典型波形。
图 4-3-5 故障点未击穿时的典型波形
第五章 声磁同步定点
本仪器采用波形显示的声磁同步法进行故障定点 ，是一种非常、且*性很好的定点方法，其原理基于传统的声测定点法，但有多项改进和提高。
当高压发生器对故障电缆进行直流高压冲击，使故障点击穿放电，放电产生的机械振动传到地面，振动信号被高灵敏度的传感器拾取，经放大后用耳机监听，便可以听到“啪、啪”的声音。这就是传统的声测法定点的基本原理。
传统的声测法定点仪一般仅使用耳机监听，或辅以表头指针摆动来分辨故障点放电声音。由于放电声一瞬既逝，而且和环境噪声区别不大，往往给经验不是十分丰富的操作者带来很大困难。
传统声测法经改进后即为声磁同步法，利用高压冲击放电瞬间的强大电磁场信号，触发一个指示灯闪亮（或表针摆动），对声音进行同步。若听到“啪、啪”声的同时看到指示灯闪亮（或表针摆动），表明听到的声音是故障点放电声。声磁同步法对声测法改进很大，但仍然主要靠人耳对声音进行判断，仍然对操作者的经验有很高要求。
ST系列利用放电脉冲磁场作为同步信号，对声音进行数字化采样，将声音波形显示出来，波形可以持续保持，避免了声音转瞬即逝的缺点，而且故障点放电波形和噪声有明显的区别，更重要的是多次放电的声音波形均非常相似，当观察到多次放电的声音波形相同时，可以明确判断已经采集到了放电声音。
现场测试时，往往已经听到故障点放电声，但仅靠声音强弱仍很难判定故障点位置，特别是当电缆敷设在管道里面时，困难更大。通过检测电磁信号和声音信号之间的时间差，可以解决这个问题。由于电磁信号的传播速度是光速，从电缆传播到传感器的时间可以忽略不计；而声音传播速度相比起来慢的多，为每秒几百米的量级；因此，通过检测电磁、声音信号之间的时间差，可以判断故障点的远近。当不断移动传感器，找到声磁时间差小的点，则其下方就是故障点。应该指出，由于很难知道声音在电缆周围介质中的传播速度，也不知道电缆埋设的具体深度，所以不可能确切计算出传感器和故障点之间的水平距离。
声磁同步定点需要配合使用高压冲击信号发生器，并工作在周期放电状态。
1、相线对铠装接法：
当发生相地故障、相间合并对地故障，或断线合并接地故障，总之只要存在相对地绝缘损坏，均优先采用相对铠接法，其优点为故障点放电声的传播衰减较小。
如图5-2-1所示，将高压发生器的高压输出连接电缆故障相，测试地连接电缆的金属铠装。
图5-2-1 相对铠接法
2、相间接法：
当发生单纯相间故障（没有合并接地）时，使用相间接法。如图5-2-2所示，将高压发生器的高压输出和测试地连接两故障相，其中一故障相需进行安全接地。
图5-2-2 相间接法
3、断线故障的接法：
对于单纯断线故障（没有发生合并接地），接线示意图如图5-2-3所示：
图5-2-3 断线故障接线示意图
将高压发生器的高压输出线和测试地线分别接电缆的一完好相线和故障相线，在电缆的远端将两项短路。
1、连接传感器和耳机：
将定点传感器接主机 定点 信号插口，耳机接 耳机 插口。如图5-3-1所示：
2、选择工作模式：
按 定点 键，进入声磁同步定点模式，其显示界面如图4-3-2所示：
图5-3-1 主机定点模式的配置
2、选择工作模式：
按 定点 键，进入声磁同步定点模式，其显示界面如图5-3-2所示：
图5-3-2 定点显示界面
3、选择定点区域：
在定点之前，首先应明确电缆路径。如果图纸资料不完整，应进行路径探测，并做好标志。
根据测距结果，考虑电缆头盘余量、地形因素，粗略确定故障点位置，由于不可避免的存在估算误差，一般应在（测距值 ± 50m）之间定点。
注意：在脉冲电流测距时，由于放电波形的起始处一般都有向上的小幅凸起，造成不易定位，一般测距值均略大于实际故障距离，长约10~20m。
在选定的区域，将传感器平放于电缆正上方的地面，观察波形并用耳机监听，开始定点。
4、调整磁场增益：
当高压发生器开始对故障电缆周期放电后，调整仪器主机的“磁场增益”旋钮，使“信号”指示灯的闪亮和高压发生器的放电形成同步，正常同步时的磁场波形和图5-3-2所示的非常相似。如果“信号”指示灯闪亮频率很快（如1－2秒闪亮一次），而且磁场波形尖细，毛刺较多，这是由于磁场增益过大，造成电磁噪声错误触发，此时需要将磁场增益适当调小。
5、调整声音增益：
当调整好磁场增益正常同步后，再调整“声音增益”旋钮。 当“信号”指示灯闪亮时，声音信号同步采样一次，波形更新。调整“声音增益”旋钮，使声音波形足够大且不失真。
声音信号（包括噪声）在不断变化，要随时看到真实的声音波形，需要不断地调整其增益，但根据经验，声音信号增益可以调的较大，只要不是每次都失真即可，不必随时调整。
6、寻找并逼近故障点：
以大约0.5~2m的间隔移动传感器，如果连续几次放电，均没有看到如图5-3-2所示的典型声音波形，则应继续向前移动，直至多次放电的声音波形都与典型波形非常相似,而且稳定（除非当时有很大的噪声出现），说明已经到了故障点的附近，采集到了真正的故障点放电声音信号。这时用耳机监听，会在“信号”指示灯闪亮的同时，听到较沉闷的一声“啪”。一般来说，靠观察声音波形得到的响应范围大于听声的响应范围，而且单纯听声较难分辨。
7、测量声磁延时，定位：
看到放电声音波形后，按
键移动光标，将其移动到声音波形的起始点上，在声音波形显示区的右上角显示声磁延时值，如图5-3-2所示。此延时值能代表故障点的远近，但由于很难确知声音在电缆周围复杂介质中的传播速度，也不知道电缆埋设的具体深度，所以不能计算出传感器和故障点之间的水平距离。
注意：光标在其它位置时，显示的声磁延时值没有意义。
以较小的间隔不断改变传感器的位置，并测量声磁延时，直至找到延时值小的点，其正下方即是故障点，误差在0.2m之内。
8、利用磁场极性进行辅助路径探测：
在电缆的两侧，磁场波形的极性相反，可由此进行辅助路径探测。此功能在终确定故障点位置时比较有用。
9、 ST系列注意事项：
第六章 路径探测
电缆路径探测的基本原理，是用探测线圈感知加载在待测电缆上的交变电流引起的电磁场。进行路径探测时，需要用信号发生器向电缆发射音频信号，用主机进行接收。
1、芯线-大地接法
芯线-大地接法是对离线电缆（退出运行的不带电电缆）进行路径探测和鉴别的基本接线方式，信号强，并能大程度地抗干扰。
图6-2-1 芯线－大地接线法
如图6-2-1所示，将电缆金属铠装（护层）两端的接地线均解开，低压电缆的零线和地线的接地也应解开，将信号发生器输出线的红色鳄鱼夹夹一条完好芯线，黑色鳄鱼夹夹在打入地下的接地钎上。在电缆的对端，对应芯线接打入地下的接地钎。
注意，尽量使用接地钎，而不要直接用接地网！至少在电缆的对端必须用接地钎，接地钎还需要离开接地网一段距离，否则会在其他电缆上造成地线回流，影响探测效果。
2、相线－护层接法：
图6-2-2 相线－护层接法
如图6-2-2所示，发射信号加在电缆一相和护层之间，对端相线和护层短路，护层两端保持接地。
这种接法比较简单，但辐射出的有效信号较小，如果是多条电缆并行敷设，信号也会传播到其他电缆上，造成干扰。故此方法适用于简单现场，若遇到多条电缆不易区分的问题，可换用芯线-大地接法。
3、连续／断续输出模式选择
使用连续输出模式能够满足绝大多数探测工作的需要；在干扰较大的场合可以考虑换用断续输出模式，有助于区分真实信号和背景噪声。
需要时，操作信号发生器侧接口板上的开关进行“连续”/“断续”模式切换。
4、信号发射
接好线后，长按 开关 键打开电源，仪器根据负载情况进行实时全自动阻抗匹配，表头显示输出电流的大小。
可以通过观察电流大小，来判断电缆电流回路的阻抗情况，电流大说明回路阻抗小，信号强，易于探测；反之说明阻抗大，信号弱，探测灵敏度降低；如果输出电流很小，可能是因接线错误造成回路阻抗过大，或回路不通，可能无法探测。
5、电池检测
需要检测电池电量时，按 电池检测 键，表头显示电池水平，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。
1、连接传感器和耳机：
将路径传感器接主机 路径 信号插口，耳机接 耳机 插口。如图6-3-1所示：
图6-3-1 主机路径探测模式的配置
2、选择工作模式：
按 路径 键，进入路径探测模式，其显示界面如图6-3-2所示：
图6-3-2 定点显示界面
第七章 ST系列维护
一、 ST系列充电
当主机屏幕上显示的电池水平很低，或信号发生器“电源”指示灯闪烁时，需要对其充电，在继续使用一小段时间后，仪器将自动关机。
充电时，将充电器的输出插头插到仪器的 充电 插孔，充电器的电源插头插市电220V插座，仪器开始充电，充电器的指示灯指示充电状态，红灯表示正在充电，绿灯表示充电完成。将放完电的电池充满大约需要4小时，充不满也可以使用，超过4小时也不会损坏电池。
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