电缆故障测试仪脉冲反射波形的理解

1. 脉冲反射波形反映电缆故障与结构

观察电缆的低压脉冲反射波形除可以找出故障点的位置及判别故障性质外，还有利于了解复杂电缆的结构，这一优点是电桥法无法比拟的。而实际的测量波形往往变化较多，需要操作人员具有起码的测试训练和一定的测量经验和技巧，能否正确地理解反射波形是准确地测出故障距离及了解电缆结构的关键。

图 3.2.a 给出了一个有低阻故障的电缆，中间有接头J，图3.2.b给出了向电缆注入一低压脉冲测得的脉冲反射波形。类似于透视用的X光片，被测电缆结构（状态）以波形的形式直观地呈现在仪器的屏幕上。

a

b

图3.2  中间有接头的电缆脉冲反射波形

把波形上任一点的时间坐标乘以二分之一的波速度（即3.1式），换算成距离，则电缆上所有的阻抗不匹配点，如中间接头J、故障点F、电缆的开路终端B，均按实际的距离以脉冲的形式出现在波形上。根据脉冲的极性与大小可判别阻抗不匹配的性质（例如低阻还是开路）与严重程度。一般来说，开路与短路故障反射比较强，而中间接头反射较弱。低阻故障电阻值愈小，反射愈强烈。

下面介绍几种典型故障的脉冲反射波形。

(1) 断路故障

脉冲在断路点产生全反射，反射脉冲与发送脉冲同极性。

图3.3  断路故障脉冲反射波形

图3.3给出了断路故障脉冲反射波形。波形上第一个故障点反射脉冲之后，还有若干个相距仍然是故障距离的反射脉冲，这是由于脉冲在测量端与故障点之间多次来回反射的结果。由于脉冲在电缆中传输存在损耗，脉冲幅值逐渐减小，并且波头上升变得愈来愈缓慢。

实际上有用的是第一个反射脉冲，注意不要把后续反射脉冲误认为是其它故障点的反射脉冲。

(2) 短路故障

脉冲在短路点产生全反射，反射脉冲与发送脉冲极性相反。

图3.4给出了电缆短路故障脉冲反射波形。波形上第一个故障点反射脉冲之后的脉冲极性出现一正一负的交替变化，这是由于脉冲在故障点反射系数为-1，而在测量端反射为正的缘故。

图3.4  短路故障脉冲反射波形

(3) 低阻故障脉冲反射波形

电缆中出现低电阻故障时，故障点电压反射系数与透射系数由式ρu=-1/(1+2K)与γ=2K/(1+2K)给出，其中K=Rf/Z0是故障电阻与电缆波阻抗的比。图3.5给出了电压反射系数与透射系数随K值的变化关系，可见K>10，即故障电阻大于波阻抗值的10倍时，脉冲反射系数幅值小于5%，故障点反射脉冲较难以识别，故低压脉冲法不适用测量这类故障的距离。

图3.5 低电阻故障点电压反射系数与透射系数变化规律

图3.6.c给出了故障点在电缆中点之前的低阻故障脉冲反射波形。由脉冲传播网格图（图3.6.b）看出，注入的脉冲在故障点产生反射脉冲，t1时刻回到测量端，该脉冲从测量端返回，在故障点又被再次反射，t2时刻又一次回到测量端。第二个故障点反射脉冲在波形上与第一个故障点反射脉冲之间的距离为故障距离，在实际应用中应注意不要把它误以为新的故障点或接头反射。穿过故障点的透射脉冲在电缆的端点被反射，t3时刻回到测量端。   

电缆中点之后低阻故障的脉冲反射波形如图3.7所示，这里不再详述。

a.

b.

c.

图3.6  电缆中点之前的低阻故障脉冲反射波形

图3.7  电缆中点之后的低阻故障脉冲反射波形

2. 怎样标定反射脉冲的起始点

一般的低压脉冲反射仪器依靠操作人员移动标尺或电子光标，来测量故障距离。实际测试时，人们往往没有把握应该把光标定在何处来标定反射脉冲的起始点。根据2.7节所述，故障点愈远，反射脉冲上升愈圆滑，标定愈困难。

在实际测试时，应选波形上反射脉冲造成的拐点作为反射脉冲的起始点，如图3.8.a虚线所标定处，亦可从反射脉冲前沿作一切线，与波形水平线相交点，可作为反射脉冲起始点，如图 3.8.b所示。

a.                                                           b.

图3.8  反射脉冲起始点的标定

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