電纜故障測(cè)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(jié)構(gòu)

觀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(fù)雜電纜的結(jié)構(gòu)，這一優(yōu)點(diǎn)是電橋法無(wú)法比擬的。而實(shí)際的測(cè)量波形往往變化較多，需要操作人員具有起碼的測(cè)試訓(xùn)練和一定的測(cè)量經(jīng)驗(yàn)和技巧，能否正確地理解反射波形是準(zhǔn)確地測(cè)出故障距離及了解電纜結(jié)構(gòu)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(cè)得的脈沖反射波形。類似于透視用的X光片，被測(cè)電纜結(jié)構(gòu)（狀態(tài)）以波形的形式直觀地呈現(xiàn)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(biāo)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、電纜的開路終端B，均按實(shí)際的距離以脈沖的形式出現(xiàn)在波形上。根據(jù)脈沖的極性與大小可判別阻抗不匹配的性質(zhì)（例如低阻還是開路）與嚴(yán)重程度。一般來(lái)說(shuō)，開路與短路故障反射比較強(qiáng)，而中間接頭反射較弱。低阻故障電阻值愈小，反射愈強(qiáng)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(cè)量端與故障點(diǎn)之間多次來(lái)回反射的結(jié)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(xù)反射脈沖誤認(rèn)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(xiàn)一正一負(fù)的交替變化，這是由于脈沖在故障點(diǎn)反射系數(shù)為-1，而在測(cè)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(xiàn)低電阻故障時(shí)，故障點(diǎn)電壓反射系數(shù)與透射系數(shù)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(shù)與透射系數(shù)隨K值的變化關(guān)系，可見K>10，即故障電阻大于波阻抗值的10倍時(shí)，脈沖反射系數(shù)幅值小于5%，故障點(diǎn)反射脈沖較難以識(shí)別，故低壓脈沖法不適用測(cè)量這類故障的距離。

圖3.5 低電阻故障點(diǎn)電壓反射系數(shù)與透射系數(shù)變化規(guī)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(cè)量端，該脈沖從測(cè)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(cè)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(yīng)用中應(yīng)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(cè)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(biāo)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(biāo)尺或電子光標(biāo)，來(lái)測(cè)量故障距離。實(shí)際測(cè)試時(shí)，人們往往沒(méi)有把握應(yīng)該把光標(biāo)定在何處來(lái)標(biāo)定反射脈沖的起始點(diǎn)。根據(jù)2.7節(jié)所述，故障點(diǎn)愈遠(yuǎn)，反射脈沖上升愈圓滑，標(biāo)定愈困難。

在實(shí)際測(cè)試時(shí)，應(yīng)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虛線所標(biāo)定處，亦可從反射脈沖前沿作一切線，與波形水平線相交點(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(biāo)定

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