7.2.4.1 经典法介绍

经典法作为电缆故障的诊断技术，已逐渐被现代的脉冲反射测试技术所取代。但在某些地区与单位尚不具备脉冲反射测试条件时，仍需要使用经典法。因此，下面将简单介绍几种常用的经典测试技术的基本原理。

（1）电阻电桥法。

电阻电桥法，在20世纪60年代以前，被世界各国所广泛采用。该法几十年来几乎没有任何改变，它对低阻接地或短路性故障比较适用。

电阻电桥法的接线原理如图7-2-4-1所示，其等效电路如图7-2-4-2所示。其工作原理大致如下：

反复调节电桥平衡电阻R2，最终使电桥平衡，即CD之间电位差为零，检流计中的电流为零。此时，根据电桥平衡原理可得

式中 R1——标准电阻；

R2——平衡电阻；

R3——（2L-Lx）长度直流电阻；

R4——Lx长度直流电阻。

由于电缆直流电阻与其长度成正比，所以有

由式（7-2-4-1）可知，只要掌握电缆的精确长度L和电桥已知桥臂的阻值之比k，就能够计算出故障距离Lx。

图7-2-4-1　电阻电桥法接线原理

图7-2-4-2　电阻电桥法等效电路

需要特别指出的是：对于三相低阻故障，由于没有完好相做参比，而无法测试，使它的应用范围大打折扣。

（2）电容电桥法。

当电缆故障呈断线性质时，由于直流电阻电桥法中测量桥臂不能构成直流通路，所以电阻电桥法将无法测量出故障距离，这时采用电容电桥法即可测出故障距离。

电容电桥法的接线原理如图7-2-4-3所示，其等效电路如图7-2-4-4所示。其工作原理与电阻电桥法基本相同，不同之处在于：直流电源换为交流50Hz电源，检流计换成交流毫伏表。

仔细调节平衡电阻R2，最终可使毫伏表指示为零，即达到电桥平衡，根据电桥平衡原理得

式中 R1——标准电阻；

R2——平衡电阻；

Xx——故障相上的容抗；

X0——无故障相上的容抗。

由于电缆上分布电容与电缆长度成正比，所以上式可改写为

由式（7-2-4-2）可知，只要精确地掌握电缆全长L，电桥平衡时测出k值，就可以计算出故障点距测试端的距离Lx。

需要注意的是：使用电容电桥法测试电缆故障时，其断线故障的绝缘电阻应不小于1MΩ，否则会造成较大的误差，从而限制了电容电桥法在实际测试工作中的应用。

（3）烧穿降阻法。

电力电缆的高阻故障几乎占故障总数的90%以上，对于这些高阻故障，经典的测试方法是毫无效果的。因为高阻故障的故障电阻很高，测量电流极小，即使用足够灵敏的仪表也难以测量；对于低压脉冲法，由于故障点等效阻抗几乎等于电缆的特性阻抗，即反射系数几乎为零，所以得不到反射脉冲而无法测量。为了使经典法能够测试高阻故障，必须通过烧穿降阻法把高阻故障变为低阻故障。烧穿的原理电路如图7-2-4-5所示。

图7-2-4-3　电容电桥法接线原理

图7-2-4-4　电容电桥法等效电路

图7-2-4-5　烧穿原理电路

图7-2-4-6　低压脉冲反射法测试线路

为利用电缆中电渗透效应的优点，烧穿设备的输出通常是直流负高压。大量的实践证明，用负高压烧穿故障点的效果要比正高压或交流高压烧穿故障点好得多。烧穿电流一般为毫安级。那种认为烧穿须用大电流的概念是错误的，事实上，在直流负高压下，数毫安的电流即可使故障点的绝缘物碳化。烧穿电流太大时，虽然烧穿速度快，但烧穿过程不易控制，极易引起故障点的碳化熔烧，形成金属性接地故障，从而增加了故障定点工作的难度。

当故障点形成低而稳定的电阻通道时，即可使用低阻测试方法进行故障距离的测试。顺便提一下，并不是所有的高阻故障都可以用烧穿法降为低阻故障（如某些电缆中间头）。对于油浸纸绝缘电缆，由于绝缘油的渗透作用，常使烧穿后的故障阻值回升而影响测试工作，有时需要反复烧穿。

（4）高压电桥法。

经典法测试高阻故障，必须经过烧穿降阻过程。而有些高阻故障虽然已被烧穿，但当去掉烧穿高压时，故障电阻迅速回升，以致无法测量。另外，前面介绍的几种低压电桥法，由于测试电压低，测量电流小，在检流计灵敏度一定的情况下，测量误差大。为解决上述两个问题，可采用高压电桥法。

高压电桥法的测试接线方式，测量原理与故障距离的计算公式均与电阻电桥法完全相同。所不同的是将低压直流电源换成高压直流电源。

高压电桥法，由于在测试过程中所有测试设备均在高压状态工作，所以设备与操作人员的安全工作是一个十分重要的问题，只有在比较完善的测试条件下，才可使用高压电桥法。因此，高压电桥法始终没能普遍推广应用。

7.2.4.2 低压脉冲反射法

低压脉冲反射法适用于低阻（Rx＜10Zc）短路或接地、断线（开路）性故障，并可测试电缆的全长和电波在电缆中的传播速度。由于电缆的全长及电波在电缆中传播速度的测试方法与开路性故障完全相同，因此这里不作特别介绍。低压脉冲反射法测试线路非常简单，如图7-2-4-6所示。

（1）短路性故障。

如果电缆在X处发生低阻（Rx＜10Zc）短路或接地性故障时，故障点处的等效阻抗Zx应为故障电阻Rx与电缆特性阻抗Zc的并联，即

当Rx=0→∞时，Pu=-1→0，从而可得出如下几点结论：

1）短路性故障的反射系数为：-1≤Pu＜0。即|U-|≤|U+|，且U-与U+极性相反。

2）Rx越小，反射脉冲幅值|U-|越大，反之，|U-|越小。这就是低压脉冲反射法不能测试高阻故障的根本原因。

3）当Rx=0时，Pu=-1，反射脉冲幅值最大，即|U-|=|U+|，这种情况称为短路故障的全反射。

短路性故障的典型波形如图7-2-4-7所示。图中：t1是测试仪产生的发射脉冲（负极性）开始入射的时刻，t2是入射脉冲到达故障点后形成的反极性反射脉冲到达测试端的时刻，由于测试端等效阻抗（测试仪输入阻抗）大于电缆特性阻抗，所以在测试端将产生同极性反射脉冲（相当于t2时刻的反射脉冲）再次向故障点入射，到达故障点后，产生反极性反射，并传向测试端……，从而形成了t3、t4、…、tn时刻的二次、三次等多次反射脉冲。各反射脉冲时间间隔相等，幅值越来越小，各相邻反射脉冲的极性相反。

（2）开路性故障。

当电缆在X处发生开路性故障时，这一点的等效阻抗Zx应为故障电阻Rx与电缆特性阻抗的串联，即

图7-2-4-7　短路性故障的典型波形

当Rx=0→∞时，Pu=0→1，因此可以得出以下几点结论：

1）开路性故障的反射系数为：0＜Pu≤1。即|U-|≤|U+|，且U-与U+极性相同。

2）Rx越大，反射脉冲幅值|U-|越大，反之，|U-|越小。

3）当Rx=∞时，Pu=1，反射脉冲幅值最大，|U-|=|U+|，这种情况称为开路故障的全反射。

开路性故障的典型波形如图7-2-4-8所示。

图7-2-4-8　开路性故障的典型波形

图7-2-4-8中：t1是测试仪产生的发射脉冲（负极性）开始入射的时刻，t2是入射脉冲到达故障点后形成的同极性反射脉冲到达测试端的时刻。由于测试端的等效阻抗（测试仪输入阻抗）大于电缆的特性阻抗，所以在测试端将产生同极性反射脉冲（相当于t2时刻的反射脉冲）再次向故障点入射，到达故障点以后再次产生同极性反射，并传向测试端……，从而形成了t3、t4、…、tn时刻的二次、三次等多次反射。各反射脉冲极性相同、时间间隔相等，但幅值越来越小。

（3）电缆中间接头反射。

电缆线路上常常存在着一个或多个中间接头。由于电缆接头处的绝缘材料及其几何结构等发生了变化，因此电缆接头处的特性阻抗就与电缆本体的特性阻抗不同，根据传输原理，脉冲波在电缆中间接头处也将产生反射现象。

根据同轴电缆特性阻抗计算公式，可以作出如下定性分析

式中的绝缘材料相对介电系数εr、绝缘外半径b、导体半径a在电缆中间接头处都将发生变化，相对导磁系数μr的变化较小，因而可以忽略不计。a与b都将增大，但一般来讲，b的增加幅度要比a大，因此b与a的比值趋于增加。另外常用电缆头绝缘材料相对介电系数为：

热缩管：εr=2.38～2.48。

聚四氟乙烯带：εr=1.8～2.2。

可见电缆接头处的εr值不大于电缆本体的εr值。因此，电缆接头处的特性阻抗值通常是变大的。

根据传输线理论，电缆接头处的反射系数一般为大于或等于零。因此电缆中间接头的反射波与入射波同极性，当采用适当的绝缘材料和电缆接头结构时，可以减小或消除电缆中间接头的反射。

另外，电缆T接处也将存在反射现象。由于T接处的等效阻抗为两电缆特征阻抗的并联，所以，该等效阻抗必定较原来减小，从而使其反射系数为负值。可见，电缆T接处的反射脉冲与入射脉冲极性相反。

（4）HW2000测试要点。

1）先将故障电缆与其他一切设备断开，并进行充分放电。

2）将笔记本电脑充足电。

3）按图7-2-4-6原理接线。将同步定位系统数据采集器后面的Q9插座接上单Q9测试线；测试线的红色线夹接在被测电缆故障相的端子上，黑色线夹接在被测电缆的地线上，连接好通信接口信号线。

4）打开电源开关，根据被测电缆的绝缘介质来选择电波传播速度。如果不是常用的四种介质，就选择“自选”，然后输入自选介质电缆的电波传播速度。

5）选择工作方式为“脉冲”方式。

6）根据所测电缆的长度选择脉冲宽度：当电缆长度不大于500m时，可用0.2μs宽度脉冲；当电缆长度大于500m时，可用2μs宽度脉冲。

7）点击“采样”功能选项，采集测试波形。

8）波形处理：波形采集出来以后，移动鼠标，使起始游标对准发射脉冲的前沿拐点，单击鼠标左键，固定起始游标，移动鼠标使活动游标对准反射脉冲的前沿拐点，再固定游标，此时故障点距离显示在屏幕相应显示栏内。波形采集出来以后，也可以使用自动功能判断故障距离。

9）粗测结束。

（5）首端及其附近故障点的测试。

当故障点位于首端（测试端）及其附近（大约40m以内）时，由于电波在电缆中的传播速度很快，因此在脉冲宽度τ时间内反射脉冲就已到达测试端，甚至在时间τ内已形成了多次反射。此时，在测试端得到的波形已不是入射脉冲与反射脉冲两个分离的峰，而是入射脉冲与反射脉冲的叠加波形，其波形外貌已发生了根本的改变，此时若用常规的分析方法已无法测算故障距离，通常把该范围定义为“盲区”。

如果发射脉冲的宽度为τ，根据

当T＜τ时，将发生入射脉冲和反射脉冲的叠加情况，形成叠加波形的最大距离与脉冲宽度τ和电波速度V有关，其叠加波形的形成剖析如图7-2-4-9和图7-2-4-10所示。

图7-2-4-9　短路性故障叠加波形

根据图7-2-4-9，作如下讨论：

1）t2-t1＜τ时，T=t2-t1。

2）t2-t1=τ时，有：

①当入射脉冲与反射脉冲反向衔接（t2=t3），即t2点和t3点重合，此时

②当入射脉冲和反射脉冲相脱离（t3＞t2），即t3点和t2点不重合时，故障点不在盲区，属于正常情况，其T值和Lx值的测算如前所述，这里不再赘述。

根据图7-2-4-10作如下讨论：

图7-2-4-10　开路性故障叠加波形

1）t2-t1＜τ时，T=t2-t1。

2）t2-t1=τ时，有：

①当入射脉冲与反射脉冲同向衔接（t2=t3），即t2点与t3点重合，此时在波形上已看不到t2点或t3点，因此

由于实测波形中的t4点很难判断准确，因此这种情况一般采取改变脉冲宽度重新测取波形的方法来获取更为理想的波形。

②当入射脉冲与反射脉冲相脱离，即t3点与t2点不重合时，故障点不在盲区，属于正常情况，其T值与Lx值的测算如前所述，这里不再赘述。

（6）低压脉冲回路法。

在故障电缆的首、末端，故障相分别与同一好相短接后，发射脉冲将同时（t0时刻）进入故障相和短接好相。因此，脉冲波在故障相上，经过故障距离Lx到达故障点，并在那里产生反射，于t1时刻返回到测试端。另一路脉冲波在短接好相上，经过电缆全长L，在电缆末端通过短接线进入故障相末端，再经过故障点与电缆末端的距离L′x到达故障点，并在那里产生反射，于t2时刻到达测试端。由上述分析可知：故障相上的脉冲波往返一次的行程是2Lx，而短接好相上脉冲电波往返一次的行程是2（L+L′x），即2（Lx+2L′x）。开路性故障和短路性故障的低压脉冲回路法波形如图7-2-4-11和图7-2-4-12所示。

在图7-2-4-11和图7-2-4-12中得

图7-2-4-11　开路性故障低压脉冲回路法波形

图7-2-4-12　短路性故障低压脉冲回路法波形

回路测试法的反射脉冲数量增加了一倍，容易形成反射脉冲的多峰叠加，在实测中应特别注意其波形的变化与分析。

（7）粗测案例。

【例7-2-4-1】 电缆型号：ZQ22—6 3×150。电缆全长：840m。故障性质：RA=RB=RC=70Ω。测试方法：低压脉冲法。测试波形：三相低压脉冲波形如图7-2-4-13所示。图中：t2点为中间接头反射，t3点为接地反射，t4点为终端反射。则有

图7-2-4-13　低压脉冲波形

【例7-2-4-2】 电缆型号：YJLV22—8.7/10 3×95。电缆全长：1120m。故障性质：开路性故障（A相），且RA=100Ω。测试方法：选用低压脉冲法，宽脉冲测试波形如图7-2-4-14（a）所示。

由于图7-2-4-14（a）波形是复杂的叠加波形，因此改换窄脉冲后再测得波形如图7-2-4-14（b）所示。

图7-2-4-14　低压脉冲波形

（a）宽脉冲波形；（b）窄脉冲波形

【例7-2-4-3】 电缆型号：ZLQ22—10 3×240。运行电压：10kV。故障性质：相间短路跳闸，RAB=100Ω，其余正常。测试方法：低压脉冲法。测试波形：电缆好相与故障相波形如图7-2-4-15所示。图中：tx1为发射脉冲波前沿，tx2为短路点反射波前沿，tx3为终端反射波前沿，tx4为故障点二次反射波前沿。所以有

图7-2-4-15　低压脉冲波形

（a）好相波形；（b）故障相波形

【例7-2-4-4】 电缆型号：ZQD22—10 3×120。电缆全长：320m。故障性质：单相接地，RC=150Ω。测试方法：低压脉冲法。测试波形：三相低压脉冲波形如图7-2-4-16所示。

由图7-2-4-16可见，各相波形几乎完全相同，只是在t2处的反射波幅值不同。故障相波形上没有接地性反射特征峰，且终端反射幅值变小的原因是：故障点位于终端，电波在那里产生接地反射和终端反射，二者叠加的结果使终端反射被接地反射所削弱。即

图7-2-4-16　低压脉冲波形

（a）好相波形；（b）故障相波形

【例7-2-4-5】 电缆型号：多芯通信电缆。电缆全长：380m。故障性质：两芯短路，短路电阻Rx=0Ω。测试方法：低压脉冲法。测试波形：好相波形如图7-2-4-17（a）所示。校验被测电缆的电波传播速度约为：180m/μs。故障相波形如图7-2-4-17（b）所示。

图7-2-4-17　低压脉冲波形

（a）好相波形；（b）故障相波形

图中可见，这两个波形与典型的电力电缆的开路性故障和短路性故障的测试波形差别很大，主要是二次反射以后的波形极性，其原因是通信电缆的特性阻抗较大，超过了闪测仪输入端的等效阻抗，确切地讲是大于低压脉冲仿真线的特性阻抗（75Ω）的缘故。因此，测试端的反射系数为负值。由于开路点反射系数大于零，短路点反射系数小于零，因此造成了短路故障的多次反射方向一致，而开路反射极性依次相反。

7.2.4.3 直流高压闪络法

直流高压闪络法简称直闪法，该方法最适于高阻闪络性故障，即故障点未形成电阻通道（或虽形成电阻通道，但阻值很高），当外施电压达到一定值时（一般为数千伏或上万伏）产生闪络击穿。

闪络性故障两次击穿的时间间隔，有时为数秒或数分钟，对于油浸纸绝缘电缆，尤其是陈旧性的充油接头部位故障，由于绝缘油的流动，可使击穿现象暂时停止，形成封闭性故障。另一方面，闪络性故障击穿几次或十几次以后，由于故障电阻降低，直流高压加不上而无法继续测试，所以应珍惜最初的闪络机会。

直闪法还可分为脉冲反射电压取样直闪法和脉冲反射电流取样直闪法两种。这两种方法除了提取的测试信号一个是电压，而另一个是电流以外，在其他方面均完全相同，现分述如下：

（1）脉冲反射电压取样直闪法。

脉冲反射电压取样直闪法接线原理如图7-2-4-18所示。

图7-2-4-18　脉冲反射电压取样直闪法接线原理

图中：TV——调压器，要求调压范围为0～200V，输出功率大于2kVA。

T——高压变压器，要求输出电压为0～50kV，容量不小于1kVA。

VD——高压整流二极管，要求其反向耐压大于200kV，正向电流大于100mA。

C——耦合电容，容量不小于2μF的10kV移相电容器或专用脉冲电容器。

R1和R2构成水阻分压器。

R2——碳质电阻，阻值约为300Ω，4W。

R1——水电阻，内充CuSO4水溶液，阻值应根据R1和R2分压后R2的电压不超过300V为原则，一般取50kΩ，功率大于250W。

脉冲反射电压取样直闪法标准波形如图7-2-4-19所示。

图7-2-4-19　脉冲反射电压取样直闪法标准波形

图7-2-4-20　脉冲反射电流取样直闪法接线原理

（2）脉冲反射电流取样直闪法。

脉冲反射电流取样直闪法接线原理如图7-2-4-20所示。图中L为线性电流耦合器，其他设备及其参数均与电压取样直闪法相同。

电流取样直闪法中的线性电流耦合器不可以把方向放错，否则会改变测试波形的极性，影响正常的测试与分析。另外，为保证测试波形的规范性，应使电容器与被测电缆线芯导体之间的连线尽可能短，并且电容器低压侧引线应与被测电缆的地线直接相连。

脉冲反射电流取样直闪法标准波形如图7-2-4-21所示。

图7-2-4-21　脉冲反射电流取样直闪法标准波形

（3）HW2000直闪法测试要点。

1）先将故障电缆与其他一切设备断开，并进行充分放电。

2）将笔记本电脑充足电。

3）按图7-2-4-18或图7-2-4-20接线（注意：接地方式不允许串接共地）。将双Q9电缆一端接至同步定位系统数据采集器后面的Q9插座接上，另一端接至取样电阻的Q9座上，连接好通信接口信号线。

4）打开电源开关，根据被测电缆的绝缘介质来选择电波传播速度。如果不是常用的四种介质，就选择“自选”，然后输入自选介质电缆的电波传播速度。

5）选择工作方式为“闪络”方式。

6）点击“采样”功能选项，使系统处于采样准备状态。

7）施加直流高压：接通调压器输入的220V电源，慢慢升高调压器输出电压，经TV升压，当电压达到足以使故障点闪络击穿时，故障点击穿，仪器开始采样。

8）波形处理：波形采集出来以后，移动鼠标，使起始游标对准采集波形的前沿拐点，单击鼠标左键，固定起始游标；再移动鼠标使活动游标对准采集波形的后沿拐点，再固定游标，此时故障点距离显示在屏幕相应显示栏内。

9）粗测结束。

（4）首端及其附近故障点的测试。

故障位于首端及其附近（大约40m以内）时，与低压脉冲法相类似，测得的波形与正常波形不同，用常规的分析方法也无法准确地测算故障距离。这是由于故障点击穿而形成的短路电弧使故障点产生电压跃变时，因为故障点位于（或靠近）首端，这一跃变电波尚未达到稳态值时，下一反射波又已到达测试端，即形成了多次反射的叠加，并且故障距离越近，波形中快速变化的过程振荡越密集。根据脉冲技术原理，对首端及其附近故障的脉冲反射电压取样直闪法和脉冲反射电流取样直闪法波形进行剖析，从而获得了直闪法“盲区”波形剖析图，如图7-2-4-22和图7-2-4-23所示。

图7-2-4-22　脉冲反射电压取样直闪法“盲区”波形剖析

根据图7-2-4-22和图7-2-4-23的剖析，不难得出

T=t2-t1 或 T=t3-t2

图7-2-4-23　脉冲反射电流取样直闪法“盲区”波形剖析

故障距离仍可采用式（7-2-2-1）求得，即(www.daowen.com)

由于Lx＜40m，故有T＜0.5μs（V取160m/μs），反射波密集，而仪器的显示分辨率又不可能无限小，因此造成“盲区”测距的困难和误差增大。此时可取一较长的时间t（3～5μs），然后根据测试波形确定在时间t内的反射次数n，或先选定n次反射（5～8次），再测定n次反射所需的时间t，于是故障距离的计算公式可改写为

由上述分析可知，式（7-2-4-7）是根据几何平均原理所得，其计算结果为几何平均值。实际测试中就是选定n次反射，将固定游标和活动游标分别置于第一次和第n次反射波的前沿，然后将仪器显示的故障距离被n除，其商数为实际故障距离。

（5）终端直闪法。

如果被测电缆比较长，而且闪络性高阻故障又靠近终端，采用直闪法测得的波形往往拐点比较圆滑，使测量误差增大。在这种情况下，可采用终端直闪法进行测试，其测试线路参见图7-2-4-24。

终端直闪法是在电缆的始端给故障相加直流高压，用闪测仪在终端检测测试波形。当直流负高压使故障点闪络放电后，在故障点产生的反极性反射波同时向电缆的始端和终端反射，向终端传播的反射波于t1时刻到达终端。与反射波到达始端的情况一样，反射波在终端也要产生同样性反射波并返回故障点……，如此便在终端形成了图7-2-4-25所示的波形。该波形的形成过程与波形形状均与标准直闪波完全相同。

采用终端直闪法进行测试时，终端与始端需要密切配合，因此两端的联系工作很重要，以确保测试工作的顺利进行。有时为了避免两端联系上的不便，还可以采用另一种形式的终端直闪法。即利用故障电缆的好相或并行的好电缆，在始端按终端测试原理与方法进行直闪法测试。其测试线路如图7-2-4-26所示。

上述两种终端直闪法的测试原理，测试方法及波形的形成过程与波形形状均与标准直闪法完全相同。所不同的是它们所测得的距离分别是故障点到终端和始端的距离。即始终是故障点到闪测仪端的距离。

图7-2-4-24　终端直闪法测试线路Ⅰ

图7-2-4-25　终端直闪法波形

图7-2-4-26　终端直闪法测试线路Ⅱ

图7-2-4-27　回路直闪法测试线路

上述两种终端直闪法也可以采用电流取样方式，其测试方法与波形均与常规电流取样直闪法相同，这里不再赘述。

（6）回路直闪法。

在电缆线路较长（大于2km），而故障点又靠近终端时，除了可以采用终端直闪法以外，还可以采用回路直闪法测试，以减小远距离故障的测量误差。

回路直闪法是将直流负高压直接加在故障相上，在电缆终端通过短接线将故障相与一好相或另一同型号等长的并行电缆相连，其测试线路如图7-2-4-27所示。

当直流负高压升高到一定值时，故障点电离击穿放电，正向突跳电压一方面沿故障相直接向测试端传播，于t1时刻首先到达测试端并通过耦合电容C及分压电阻R1、R2进入闪测仪；另一方面，还会向电缆终端传播，在终端通过短接线传到好相上，然后从终端经电缆好相传回测试端，于t2时刻到达测试端并通过耦合电容C′及分压电阻R′1、R′2在N点与t1时刻的正突跳电压波叠加。很明显，t2时刻传回的正突跳电压波比t1时刻传回的正突跳电压波多走了故障点到电缆终端的两倍，即2L′x。

回路直闪法波形如图7-2-4-28所示。

图7-2-4-28　回路直闪法波形

根据图7-2-4-28，故障点到电缆终端的距离L′x可由下式求得

回路直闪法也可采用电流取样法。其接线只是将图7-2-4-27中的两组电阻分压器换成两个线性电流耦合器即可；测试方法与波形均与常规直闪法完全一致。

（7）粗测案例。

【例7-2-4-6】 电缆型号：ZLQ22—6 3×120。电缆全长：195m。故障性质：试验击穿。闪络性高阻故障。测试方法：电压取样直闪法。测试波形：电压取样直闪法波形如图7-2-4-29所示。

图7-2-4-29　电压取样直闪法波形Ⅰ

图中：t1——故障点击穿电压跃变第一次传至测试端的时刻。

t2——故障点击穿电压跃变第二次传至测试端的时刻。【例7-2-4-7】 电缆型号：YJLV22—8.7/10 3×120。电缆全长：1280m。故障性质：试验击穿。闪络性高阻故障。测试方法：电压取样直闪法。测试波形：电压取样直闪法波形如图7-2-4-30所示。从图7-2-4-30（a）上可以看出是始端附近的故障，为减小测试误差，按扩展键后得到图7-2-4-30（b）的波形。

图7-2-4-30　电压取样直闪法波形Ⅱ

（a）原始波形；（b）扩展波形Lxa=53m；Lxb=50.8m

7.2.4.4 冲击高压闪络法

冲击高压闪络法简称冲闪法。冲闪法主要用于直闪法不易测试的泄漏性高阻故障，也可对闪络性高阻故障进行有效的测试。

由于直闪法所采用的直流高压电源的等效内阻比较大，电源输出功率受到了一定的限制。而泄漏性高阻故障往往需要较大功率的直流高压电源才能使其闪络放电，形成瞬间短路。在实际测试中，已充电的大容量电容器可作为较大功率的直流电源，其等效内阻很小，相当于一个恒压源。在冲闪法中，正是利用大容量的充电电容作为直流高压电源，使故障点闪络击穿，形成瞬间短路放电。

冲闪法也可以采用电压取样和电流取样两种方式测试。

（1）脉冲反射电压取样冲闪法。

脉冲反射电压取样冲闪法接线原理如图7-2-4-31所示。

图中Js为球间隙，用以形成冲击高压脉冲。改变Js距离的大小，即可控制冲击电压的高低。Zs为取样原件，其余部分均与图7-2-4-27中相应参数相同。当Zs为一电阻R时（50～100Ω），称为冲R法。冲R法适用于电缆故障电阻值不太高的泄漏性高阻故障，也可测试一些闪络性高阻故障。当Zs为一电感L时（5～30μH），称为冲L法。冲L法适用于一切泄漏性高阻故障和闪络性高阻故障，因此冲闪法把冲L法作为主要测试方法，而把冲R法作为一种辅助的测试方法。一般地，在无特别说明时的冲闪法，均指电压取样冲L法。

冲R法与冲L法的标准波形如图7-2-4-32和图7-2-4-33所示。

（2）脉冲反射电流取样冲闪法。

脉冲反射电流取样冲闪法接线原理如图7-2-4-34所示。

图中：Js为球间隙，调节Js距离的大小，可以改变冲击电压的高低。其余各参数均与图7-2-4-20所示的相应参数相同。

图7-2-4-31　脉冲反射电压取样冲闪法接线原理

图7-2-4-32　冲R法标准波形

图7-2-4-33　冲L法标准波形

图7-2-4-34　脉冲反射电流取样冲闪法接线原理

脉冲反射电流取样冲闪法标准波形如图7-2-4-35所示。

图7-2-4-35　脉冲反射电流取样冲闪法标准波形

（3）HW2000冲闪法测试要点。

HW2000冲闪法测试步骤与方法均与直闪法完全相同，只是测得的波形不同，因此在故障波形的分析与距离测量时应区别对待。

冲闪法测试的直流高压不是直接加在被测电缆上的，而是通过球间隙的放电将高压脉冲加在被测电缆上，而球间隙和故障点的放电情况并不一定是对应的。因此，在进行冲闪法测试时，应特别注意以下几点：

1）将故障电缆与其他一切设备断开，并进行充分放电。

2）将笔记本电脑充足电。

3）按图7-2-4-31或图7-2-4-34接线（注意：接地方式不允许串接共地）。将双Q9电缆一端接至同步定位系统数据采集器后面的Q9插座上，另一端接至取样电阻的Q9座上，连接好通信接口信号线。

4）打开电源开关，根据被测电缆的绝缘介质来选择电波传播速度。如果不是常用的四种介质，可选择“自选”，然后输入自选介质电缆的电波传播速度。

5）选择工作方式为“闪络”方式。

6）点击“采样”功能选项，使系统处于采样准备状态。

7）施加直流高压：接通调压器输入的220V电源，慢慢升高调压器输出电压，经T升压，通过球间隙Js的距离调节，使冲击电压由低到高逐渐变化，直至故障点被击穿，闪测仪出现较为理想的波形。注意，并非冲击电压越高，故障点放电情况越好，测得的波形越理想。

测试时，若故障点不放电或放电不充分，切忌一直不停地加压冲击。因为当故障点没有放电或放电不充分时，冲击电压主要是通过采样电阻器内部元件放电，长时间的冲击放电（指球间隙放电），会使采样电阻器内部元件（R1）发热，阻值降低，进而引起R2开路，导致仪器损坏。这一点应特别引起注意。

由能量公式可知，如果故障点不放电或放电不充分，可通过加大储能电容器的容量C或提高冲击电压U来增大故障点的放电能量。一般来说，如果电容量不小于4μF时，提高冲击电压对放电能量提高的效果更显著。

8）波形处理。波形采集出来以后，移动鼠标，使起始游标对准采集波形的前沿拐点，单击鼠标左键，固定起始游标。移动鼠标使活动游标对准采集波形的后沿拐点，再固定游标，此时故障点距离显示在屏幕相应显示栏内。

9）粗测结束。

（4）脉冲反射电压取样冲L法几种典型波形。

1）波形全貌。

冲L法的波形全貌是（或类似）一个衰减的余弦振荡，如图7-2-4-36所示。在前面一段叠加着快速变化的尖脉冲，测量故障点的就是这些快速变化的尖脉冲。

图7-2-4-36　冲L法波形全貌

2）标准波形。

在测得波形全貌之后，利用波形的“扩展”键进行适当的扩展，即可得到理想的测试波形——标准波形，如图7-2-4-37所示。

图7-2-4-37　冲L法标准波形

3）故障点位于首端及其附近的波形。

故障点位于首端及其附近的波形如图7-2-4-38所示。

图7-2-4-38　故障点位于首端及其附近的波形

由图7-2-4-38可见，它与故障点位于首端及其附近的直闪法波形类似，它们都是由于多次反射的叠加改变了测试波形。T值与故障距离Lx的计算公式均可参照直闪法进行。即

4）故障点在末端反射到达故障点后才击穿的波形。

故障点在末端反射到达故障点后才击穿的波形如图7-2-4-39所示。

图7-2-4-39　故障点在末端反射到达故障点后击穿波形

由图7-2-4-39可见，这个波形与标准波形的差别是在第一个正脉冲之前有一个负脉冲。这是由于电缆在加负冲击高压时，故障点的电离放电需要一段延迟时间ΔT，若故障点与电缆末端的距离L′x较近，常有下式成立

当上式成立时，在故障点放电之前，冲击电压波已经到达电缆末端，并在那里产生正反射，通过故障点传向测试端。在此之后，故障点才被电离击穿，产生正向脉冲电压向测试端传播，因此在第一个反射正脉冲之前出现负脉冲。这时测量故障距离应特别注意，只能从故障点放电脉冲正突跳拐点（t1）算起，到第一故障反射脉冲的负突跳拐点（t2），即

实际上，当所加的冲击电压不足够高时，即使故障点距离末端还有相当距离，也可能会出现冲击电压波在电缆末端被反射回来，并到达故障点以后才电离击穿故障点的情况，这主要是故障点的电离击穿延迟太长的缘故。

（5）终端冲闪法。

脉冲反射电压取样冲闪法与直闪法相类似，也可以采用终端冲闪法进行故障测试。终端冲闪法接线原理如图7-2-4-40所示。图中各参数均与图7-2-4-41中相应参数相同。

由终端冲闪法波形的形成过程可知，终端冲闪法测试的波形幅值几乎是所加冲击直流电压的4倍，而常规的直闪法和冲闪法的测试波形最大幅值只是所加冲击直流电压的2倍。因此，测试波形幅值大是终端冲闪法的主要特点，即终端冲闪法适用于故障距离较大的测试场合。

终端冲闪法的测试波形与常规冲闪法波形完全相同，这里不再赘述。只是该方法测试的故障距离为故障点到终端的距离。

如果故障电缆有好相或并行好电缆时，与终端直闪法相类似，可以在始端按终端冲闪法进行电缆故障测试，其测试线路如图7-2-4-41所示。

图7-2-4-40　终端冲闪法接线原理Ⅰ

图7-2-4-41　终端冲闪法测试线路Ⅱ

由图7-2-4-41可见，把球间隙Js放在电缆终端，冲击高压通过好相或并行的好电缆，经球间隙Js加到电缆故障相。当故障点闪络放电后，可在始端测得无异于常规冲闪法的波形，需要指出的是，测得的故障距离为故障点到始端的距离。

该测试方法中，电缆的等效电容与储能电容并联，从而增大了电容量，使故障点容易击穿放电。尤其是故障电缆较长时，效果更明显。

（6）回路冲闪法。

回路冲闪法，是在被测电缆两端与同一好相或另一并运电缆短接，再按常规冲闪法进行测试的方法，所用设备与参数均与常规冲闪法完全相同。

在回路冲闪法测试中，当直流高压升高到球间隙击穿临界值时，球间隙被击穿，电容器对电缆放电。若该脉冲电压使故障点电离击穿放电，则可产生一阶跃电压波同时向电缆的测试端与终端传播。经故障相直接传回的电波于t1时刻到达测试端，传播到电缆终端的脉冲电波经短接线到达好相（或并行电缆）的终端，再经好相于t2时刻到达测试端。显然，同回路直闪法一样，从电缆终端经好相回到测试端的脉冲电波，滞后于从故障点直接传回到测试端的电波T′时间，多行程故障点到电缆终端距离的两倍，即2L′x，因此有下式成立

电压取样回路冲闪法波形如图7-2-4-42所示。

图7-2-4-42　电压取样回路冲闪法波形

实际上，电压取样和电流取样回路冲闪法的波形形成机理与各自的常规冲闪法完全相同，只是回路冲闪法测得的波形是在常规冲闪法波形上叠加了从终端返回到测试端的波形。我们只是利用这两个故障点放电脉冲的时间差T′来测量故障点到电缆终端的距离L′x。

由于回路冲闪法的反射脉冲数量增加一倍，使得测试波形更为复杂。因此，回路冲闪法在实际测试工作中很少应用。

（7）粗测案例。

【例7-2-4-8】 电缆型号：ZLQ22—10 3×120。电缆长度：3200m。故障性质：C相试验击穿，RA=RB=1000MΩ，RC=20kΩ，典型的泄漏性高阻故障。测试方法：冲闪法。测试波形：①C相冲R法波形如图7-2-4-43所示；②C相冲L法波形如图7-2-4-44所示。

图7-2-4-43　C相冲R法波形

Lx=1180m

图7-2-4-44　C相冲L法波形

Lx=1180m

【例7-2-4-9】 电缆型号：YJLV22—6/10 3×150。电缆全长：380m。故障性质：单相（B）运行接地，RB=200kΩ，属泄漏性高阻故障。测试方法：冲L法。测试波形：当冲击电压为10kV时，测得波形如图7-2-4-45所示。

图7-2-4-45　冲L法波形

Lx=192m

如果提高冲击电压，故障点放电延迟时间将会缩短，终端反射也会减小，甚至消失。

【例7-2-4-10】 电缆型号：ZQ22—10 3×120。电缆全长：920m。故障性质：A相运行接地。RA=100MΩ，属泄漏性高阻故障。测试方法：冲L法。测试波形：在18kV冲击电压下的冲闪波形如图7-2-4-46所示。

图7-2-4-46　冲L法波形

Lx=548m

【例7-2-4-11】 电缆型号：ZLQ22—10 3×185。电缆全长：280m。故障性质：A相运行接地，RA=4kΩ，属泄漏性高阻故障。测试方法：冲L法。测试波形：①在21kV冲击电压下的冲闪波形如图7-2-4-47所示，由于故障点反射特征拐点不明显，所以故障距离难以测准；②在21kV冲击电压下的终端冲闪波形（扩展波形）如图7-2-4-48所示。

图7-2-4-47　冲L法波形

图7-2-4-48　终端冲闪波形

L′x=16m

7.2.4.5 故障地点距离测试中的问题处理

（1）故障点未击穿。

在冲闪法测试中，缺乏经验的人员常认为球间隙放电时，故障点也同时放电；或认为只要球间隙放电，就可以测到所需的波形，其实这两种观点都是片面的。球间隙的击穿，取决于球间隙距离的大小与所加电压的高低。距离越大，击穿所需的电压越高，击穿时加到电缆上的电压也越高。而故障点的击穿与否是取决于故障电阻的大小与电缆上受到的冲击电压的高低。对于具有某一故障电阻值的故障点，若球间隙太小，球隙击穿时加到电缆上的电压就很低，甚至可能低到无法电离击穿故障点。

判断故障点是否闪络击穿放电的方法主要有以下两种：

1）通过检测高压整流回路中的电流来判断故障点是否闪络击穿放电。一般来说，放电电流不大于10mA时，故障点未被击穿；放电电流大于20mA时，故障点已闪络击穿；放电电流在10～20mA时，常常表现为放电不充分。故障点已充分放电时，球间隙的放电声音清脆而响亮。

2）通过观察闪测仪测试波形来判断故障点是否闪络击穿放电。对于直闪法，若故障点闪络放电，仪器屏幕上就会显示直闪波形，否则将无任何波形显示。对于冲闪法，故障点未击穿时，测得的波形上只有终端反射脉冲，而没有故障点放电脉冲，如图7-2-4-49所示。当故障点放电不完善时，屏幕上会出现一些无规律的波形，而不是大余弦振荡波形。

图7-2-4-49　故障点未击穿冲闪波形

（2）故障点产生二次放电。

在实际测试中，有些故障点因某种原因，在一次测试过程中产生两次（或两次以上的）闪络放电，使测试波形变得更加复杂。如图7-2-4-50所示就是一例具有二次放电的冲L波形。

图7-2-4-50　二次放电冲L波形

图中，t1时刻为故障点第一次闪络放电形成的正突跳反射波，此时故障点尚未完全被放电电弧短路，经过ΔT′时间后，在t′1时刻，故障点第二次闪络放电，形成二次正突跳反射波，从而在t2、t′2时刻有两次故障点的反射波（由于电缆衰减较大，使t2和t′2时刻的反射波幅值很小）。因此，故障点到测试端的距离Lx为

二次放电现象，一般是由于冲击电压过高造成的。除了掌握对二次放电波形的分析方法以外，还可以通过降低冲击电压，来测取理想的波形。

（3）多点故障的同时放电。

在实际测试中，有时存在故障电缆的一相上有两点（或两点以上）故障的情况。对这类故障进行闪络方式测试时，往往会出现两个（或多个）故障点同时放电的现象。一般来说，在测试端得到的是较近故障点的放电波形，后面故障点产生的反射波因前面故障点已被放电电弧短路而不能到达测试端。但也有可能出现较近的故障点没有被放电电弧完全短路的情况，这样，测得的波形就比较复杂了，是一个叠加着两个故障点反射的合成波形。该波形可由电波的叠加原理进行分析。

出现多点故障叠加波形时，如果难以分析与测量故障距离，可以改变测试参数使多点故障的击穿不同步，逐个故障点分别测试。

（4）放电延迟时间太长。

采用直闪法测试电缆故障时，不存在放电延迟的问题。而采取冲闪法测试电缆故障时，就产生了放电延迟的问题。无论是冲L法还是冲R法，由于故障点放电延迟时间太长，经常造成故障点没放电的错误判断。

在实际冲闪法测试中，如果屏幕上显示的波形只有终端开路反射，而无故障点击穿反射时，应使用“压缩”键观察波形全貌，从而来准确判断故障点是否击穿。

故障点放电延迟时间较长时，不影响故障距离的粗测结果。但对故障点的精测有一定的影响。提高冲击电压会明显地缩短故障点的放电延迟时间。

（5）冲击电压过高。

在冲闪法测试过程中，不应使冲击直流高压太高。因为，过高的冲击直流高压会引起测试波形的畸变。当被测试相上有两个以上的故障点时，可能引起多个故障点同时放电，使测试波形复杂化。过高的冲击直流高压可能会将故障点电阻降低太快，甚至变成金属性接地故障，从而给定点工作带来麻烦。

基于上述三个原因，冲闪法测试电缆故障时，冲击直流高压应由低到高逐渐调整，并且能使故障点充分放电即可。

（6）故障电缆严重受潮。

在电缆故障的实际测试中，有时会遇到这种情况：故障电缆的泄漏电流很大，根本加不上直流高压而无法使用直闪法。当采用冲闪法测试时，从球间隙击穿放电的声音及冲击电流数值上看，都可以判断故障点已被电离击穿，但闪测仪并不显示出放电波形。造成这种现象的主要原因是故障部位大面积受潮。

当电缆故障部位大面积受潮时，由于故障点放电面积大、爬距长、能量不集中，电弧不足以使故障点形成瞬间短路，因此不能形成理想的放电波形。

受潮严重的故障电缆，虽然不能测得较为理想的波形，却往往在故障部位附近，能听到清晰的放电声，这对故障的定点极为有利。另外，受潮严重的故障部位，经过长时间冲击放电而发热，当停止冲击放电而冷却时，将进一步吸潮（水），这时常使故障电阻显著下降，甚至可降低成为低阻故障。

（7）陈旧式接头故障。

故障点发生在电缆本体，一般来说是容易判断的，无论是采用低压脉冲法，还是直闪法或冲闪法，都会测取到较为典型的测试波形。但是，如果故障点发生在油浸纸电力电缆的陈旧式中间接头或终端头时，往往会发生判断困难，而且还可能会出现一些不易理解的怪现象。

这里指的陈旧式三头包括：充油头、沥青头、环氧树脂头等。它们往往由于拙劣的制作工艺而使接头内部存在气隙、亚微观裂纹及有害杂质，造成事故隐患，在不利的环境温度、湿度和过负荷或预防性试验中极易形成故障。这种电缆头出现故障，在测试时可能出现以下几种情况：

1）粗测时，开始故障点电阻值较低，由于加不上直流高压而使直闪法失效，加冲击高压后，绝缘电阻越来越高，测取的波形上，往往没有故障点反射波出现，也就是故障点未被电离击穿。

2）在采用冲闪法测试时，球间隙放电声音清脆响亮，似乎故障点已被击穿，但是观察不到故障点反射脉冲波。

3）作预防性耐压试验时，泄漏电流特别大，而在冲击电压很高（35kV左右）时，仍无故障点反射脉冲波。

实测中，如果出现上述反常现象，则应考虑故障点发生在陈旧式接头处，此时的处理办法是：增大储能电容器的容量或提高冲击电压。

（8）故障点位于电缆两端及其附近。

当故障点位于电缆两端及其附近时，由于故障波形的改变，给测量工作带来很大的困难，常规的测量方法已无法测量故障距离。本章前文中已介绍了低压脉冲法、直闪法和冲闪法对故障点位于电缆两端及其附近的波形分析与测量方法。这里将介绍几种其他的测量方法。

1）低压脉冲法。在低压脉冲法中，从测试端故障波形的分析来看，其波形比常规波形复杂得多，取点较为困难，但故障点位于终端及其附近时，波形几乎没有改变。因此，当测试端波形过于复杂、难以理解时，可以考虑测量故障点到电缆终端的距离L′x，这样就把测试端故障转化为终端故障了。

把测试仪与设备搬到终端测试，可将测试端故障转化为终端故障，也可采用回路法在测试端测取故障点到终端的距离L′x。

2）直闪法。故障点位于电缆终端及其附近时，直闪波形变化不大。因此，当测量始端故障波形有困难时，可以改为测量故障点到电缆终端的距离L′x，L′x的测量途径之一是将测试仪与设备搬迁到电缆终端侧进行测试，即始端与终端交换。另一种办法是采用终端直闪法进行测试L′x。对于较长电缆来说，如果故障点靠近终端，常规直闪法测取的波形往往拐点比较圆滑，使测试精度下降，这时可以采用终端直闪法或回路直闪法进行测试，以提高测试精度。

3）冲闪法。如前所述，故障点位于电缆两端时，其冲闪波形都将发生较大的变化。因此，只是简单地把两端故障互相转化的做法对测试工作益处不大。此时可采用终端冲闪法或回路冲闪法测取故障点到电缆终端的距离L′x后，再与测试端的其他测量数据：电缆全长L和故障距离Lx进行比较与分析，从而可以确认和验证测试结果的准确性。

（9）闪络性高阻故障的暂闪过程。

由于直闪法具有波形比较简单，变化小，特征拐点明显，测量误差小等优点，因此测试闪络性高阻故障的首选方法是直闪法。但在实际测试工作中，相当一部分闪络性高阻故障，只存在几次暂闪过程，如果把握不好，常使直闪法测试失败。暂闪过程通常有以下三种情况：

1）几次闪络过后，故障点转变为泄漏性高阻故障或低阻故障。这时应立即停止直闪测试，改用冲闪法或低压脉冲法测试。从这方面来讲，在进行直闪法测试时，用电流表检测电缆的泄漏电流是十分必要的。

2）几次闪络过后，故障点转变为泄漏性高阻故障。改用冲闪法测试后，尚未测出比较理想的波形，故障点闪络放电就消失了，又变为闪络性高阻故障，如此反复变化。

3）暂闪过程结束后，故障点也随之“消失”，经过一段时间以后，暂闪过程又重新开始。对这种较为特殊的故障，应采用直闪法测试，特别之处在于所施加的直流电压更高些（但不得高于直流耐压的标准值），直至使故障点闪络放电。这种类型的故障一般出现在陈旧式的注油接头中。

（10）故障测试误差。

闪测仪是电缆故障距离的粗测设备，其测试误差的主要来源有以下几个方面：

1）仪器误差。测试仪液晶显示屏像素1024×640，最小读数分辨率为0.67m，因此仪器自身误差很小，可以忽略不计。

2）速度误差。由于电波在电缆（等效为长线）中的传播速度与电缆的绝缘介质有关，因此不同绝缘介质的电缆，其电波传播速度不同。就是同种电缆，由于其制造工艺或老化状况的差异，其电波传播速度也不完全相同。仪器中预存的几种速度是平均值，在测试工作中，最好首先校准一下速度，以求更加精确。

3）丈量误差。用闪测仪测试电缆故障距离时，测得的数据是故障点到测试端的实际电缆长度，而丈量时对电缆的预留余量，自然弯曲，绕过障碍物等因素很难估算准确。因此，丈量距离总是小于仪器的测试距离。实际上，丈量误差是主要的误差来源。

4）取点误差。当故障点距离测试端较近时，测试波形中反射波比较密集；而在故障点距离测试端较远时，测试波形产生畸变，拐点比较圆滑或不明显。在这两种情况下，要准确地将游标移到反射波的特征拐点处是很困难的。可见游标取点不当会给测试结果带来一定的误差，特别是在压缩波形下，这种测试误差还会增大。