電纜故障測試儀脈沖反射波形的理解

1. 脈沖反射波形反映電纜故障與結構

觀(guān)察電纜的低壓脈沖反射波形除可以找出故障點(diǎn)的位置及判別故障性質(zhì)外，還有利于了解復雜電纜的結構，這一優(yōu)點(diǎn)是電橋法無(wú)法比擬的。而實(shí)際的測量波形往往變化較多，需要操作人員具有起碼的測試訓練和一定的測量經(jīng)驗和技巧，能否正確地理解反射波形是準確地測出故障距離及了解電纜結構的關(guān)鍵。

圖 3.2.a 給出了一個(gè)有低阻故障的電纜，中間有接頭J，圖3.2.b給出了向電纜注入一低壓脈沖測得的脈沖反射波形。類(lèi)似于透視用的X光片，被測電纜結構（狀態(tài)）以波形的形式直觀(guān)地呈現在儀器的屏幕上。

a

b

圖3.2  中間有接頭的電纜脈沖反射波形

把波形上任一點(diǎn)的時(shí)間坐標乘以二分之一的波速度（即3.1式），換算成距離，則電纜上所有的阻抗不匹配點(diǎn)，如中間接頭J、故障點(diǎn)F、電纜的開(kāi)路終端B，均按實(shí)際的距離以脈沖的形式出現在波形上。根據脈沖的極性與大小可判別阻抗不匹配的性質(zhì)（例如低阻還是開(kāi)路）與嚴重程度。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)路與短路故障反射比較強，而中間接頭反射較弱。低阻故障電阻值愈小，反射愈強烈。

下面介紹幾種典型故障的脈沖反射波形。

(1) 斷路故障

脈沖在斷路點(diǎn)產(chǎn)生全反射，反射脈沖與發(fā)送脈沖同極性。

圖3.3  斷路故障脈沖反射波形

圖3.3給出了斷路故障脈沖反射波形。波形上第一個(gè)故障點(diǎn)反射脈沖之后，還有若干個(gè)相距仍然是故障距離的反射脈沖，這是由于脈沖在測量端與故障點(diǎn)之間多次來(lái)回反射的結果。由于脈沖在電纜中傳輸存在損耗，脈沖幅值逐漸減小，并且波頭上升變得愈來(lái)愈緩慢。

實(shí)際上有用的是第一個(gè)反射脈沖，注意不要把后續反射脈沖誤認為是其它故障點(diǎn)的反射脈沖。

(2) 短路故障

脈沖在短路點(diǎn)產(chǎn)生全反射，反射脈沖與發(fā)送脈沖極性相反。

圖3.4給出了電纜短路故障脈沖反射波形。波形上第一個(gè)故障點(diǎn)反射脈沖之后的脈沖極性出現一正一負的交替變化，這是由于脈沖在故障點(diǎn)反射系數為-1，而在測量端反射為正的緣故。

圖3.4  短路故障脈沖反射波形

(3) 低阻故障脈沖反射波形

電纜中出現低電阻故障時(shí)，故障點(diǎn)電壓反射系數與透射系數由式ρu=-1/(1+2K)與γ=2K/(1+2K)給出，其中K=Rf/Z0是故障電阻與電纜波阻抗的比。圖3.5給出了電壓反射系數與透射系數隨K值的變化關(guān)系，可見(jiàn)K>10，即故障電阻大于波阻抗值的10倍時(shí)，脈沖反射系數幅值小于5%，故障點(diǎn)反射脈沖較難以識別，故低壓脈沖法不適用測量這類(lèi)故障的距離。

圖3.5 低電阻故障點(diǎn)電壓反射系數與透射系數變化規律

圖3.6.c給出了故障點(diǎn)在電纜中點(diǎn)之前的低阻故障脈沖反射波形。由脈沖傳播網(wǎng)格圖（圖3.6.b）看出，注入的脈沖在故障點(diǎn)產(chǎn)生反射脈沖，t1時(shí)刻回到測量端，該脈沖從測量端返回，在故障點(diǎn)又被再次反射，t2時(shí)刻又一次回到測量端。第二個(gè)故障點(diǎn)反射脈沖在波形上與第一個(gè)故障點(diǎn)反射脈沖之間的距離為故障距離，在實(shí)際應用中應注意不要把它誤以為新的故障點(diǎn)或接頭反射。穿過(guò)故障點(diǎn)的透射脈沖在電纜的端點(diǎn)被反射，t3時(shí)刻回到測量端。   

電纜中點(diǎn)之后低阻故障的脈沖反射波形如圖3.7所示，這里不再詳述。

a.

b.

c.

圖3.6  電纜中點(diǎn)之前的低阻故障脈沖反射波形

圖3.7  電纜中點(diǎn)之后的低阻故障脈沖反射波形

2. 怎樣標定反射脈沖的起始點(diǎn)

一般的低壓脈沖反射儀器依靠操作人員移動(dòng)標尺或電子光標，來(lái)測量故障距離。實(shí)際測試時(shí)，人們往往沒(méi)有把握應該把光標定在何處來(lái)標定反射脈沖的起始點(diǎn)。根據2.7節所述，故障點(diǎn)愈遠，反射脈沖上升愈圓滑，標定愈困難。

在實(shí)際測試時(shí)，應選波形上反射脈沖造成的拐點(diǎn)作為反射脈沖的起始點(diǎn)，如圖3.8.a虛線(xiàn)所標定處，亦可從反射脈沖前沿作一切線(xiàn)，與波形水平線(xiàn)相交點(diǎn)，可作為反射脈沖起始點(diǎn)，如圖 3.8.b所示。

a.                                                           b.

圖3.8  反射脈沖起始點(diǎn)的標定

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