摘要：二次脉冲法技术的目的是改善动力电缆故障测试设备的性能，显著提高电缆故障工程测量过程的准确度、可靠度、成功率。同时，显著降低对测量操作人员的技能素质要求。本文详述了二次脉冲法电缆故障测量设备的技术原理、测量方法和测量技巧，给出了采用该二次脉冲法设备的测试实例数据。结果表明二次脉冲法电缆故障测试技术比单纯的冲击高压闪络法和低压脉冲法在多种复杂故障测试中适应性强，可以显著改善测试性能（包括成功率、准确度和降低操作难度）。
关键词：二次脉冲法；动力电缆故障测试；应用
多年来，国内一直沿用冲击高压闪络法（电流取样法）检测动力电缆的高阻故障。由于电流取样法的测试波形较为复杂，不同类型、不同长度、不同故障距离、不同的冲击高压所得的波形千变万化，往往与标准波形相差甚远。这就需要操作技术人员要有相当多的现场实测经验积累和波形分析能力。然而，对于一个具体单位来讲，故障发生率非常低，实测经验的积累谈何容易，很多人看不懂波形，更掌握不了波形规律，所以常常发生误判错判。他们虽然买了电缆故障测试仪，也无法解决实际问题。真正出现故障时，仍然束手无策，还得求助于电缆仪生产厂家，费时误事，严重影响生产生活。落后的仪器和落后的测试手段是长期困扰电力用户的一大心病。
二次脉冲法的先进之处，在于将冲击高压闪络法中的复杂波形变成极其简单最易掌握的，人人都能识别的低压脉冲法短路故障测试波形。可以说，任何人稍加培训就能识别回波的拐点，达到快速准确测得故障距离的目的。
1 二次脉冲法的技术原理：
二次脉冲法是将低压脉冲法巧妙地应用在冲击高压闪络法之中，利用冲击闪络时故障点被电弧短路的物理特性而获得发射脉冲与反射脉冲极性相反的波形。这种波形，应该说任何稍加培训的人都会判读的。
根据行波法测试原理，电波在电缆中传输时，路径上如果遇到阻抗不匹配点，就会产生波的反射。在短路点，回波的极性与发射脉冲的极性相反。而断路点（包括电缆终端）回波的极性与发射脉冲的极性相同。一般的电缆故障测试仪利用低压脉冲法，就可以根据回波的极性非常容易地判断出故障点距测试端的距离来。
但是，对于高阻泄漏故障，故障点的等效阻抗几乎与电缆的特性阻抗相等，也就是说故障点的等效阻抗与电缆的特性阻抗是匹配的。一般情况下，使用脉冲法时，故障点的回波极弱，甚至没有回波。所以低压脉冲法是无法测试电缆的高阻故障的（无故障回波）。
然而，如果在足够高的冲击电压作用下，故障点被电弧击穿短路的同时，能发送一个低压测试脉冲，即可在短路点得到一个短路反射的回波。即反射回波的极性与发射脉冲的极性相反。当故障点短路电弧熄灭后，再发射一个低压测试脉冲（二次脉冲），可测得电缆的开路全长波形。前后两次采集到的波形同时显示在一个屏面上。开路全长波形与发射脉冲同极性，故障反射波形的极性与发射脉冲极性相反，且一定在全长距离以内。两相对比，故障波形极好区别判断。如果将两个波形靠拢叠加，在故障点以前的两个测试波形，在规律上重合得很好，一旦越过故障点，两个波形就产生明显离散，不再重合。两条曲线的离散点就是故障点距测试端的距离。
2 二次脉冲法系统的测量方法
所谓“二次脉冲”，就是仪器在冲击高压的作用下，先后发射两个测试脉冲。一个发射脉冲是在电缆被冲击高压击穿短路时测试故障点距测试端的距离，第二个发射脉冲是在冲击高压结束，电弧熄灭时测试电缆的开路全长。
二次脉冲法也有一定的局限性。主要表现在故障点发生在电缆始端或近始端，波形稍复杂一些，精确读数会引入一定误差。另外，因为有“二次脉冲产生器”串接在冲击高压发生器与故障电缆之间，电缆上得到的冲击高压实际上要比真正产生的冲击高压低一些。为使故障点充分击穿，所加的冲击高压会比常规的电流取样法要高。
二次脉冲法测试系统接线图如下：
作为采用二次脉冲法的电缆故障测试系统，全套仪器包括可以产生单次冲击高压的“一体化高压发生器”、“二次脉冲产生器”、“二次脉冲自动触发装置”和测试波形分析处理的“二次脉冲法电缆故障测试仪”。
简单工作原理：
“二次脉冲产生器”的作用是将“一体化高压发生器”产生的瞬时冲击高压脉冲引导到故障电缆的故障相上，保证故障点能充分击穿，并能延长故障点击穿后的电弧持续时间。同时，产生一个触发脉冲同时启动“二次脉冲自动触发装置”和“二次脉冲电缆故障测试仪”。“二次脉冲自动触发装置”立即先后发出两个测试低压脉冲，经“高频高压数据处理器”传送到被测故障电缆上，利用电缆击穿后的电流电压波形特征和电弧熄灭后的全长反射回波，将形成两个完全不同的反射脉冲记录在显示屏上。一个脉冲波形反映电缆的全长，另一个脉冲波形反映电缆的高阻（短路）故障距离。
以下是部分现场故障测试波形。人们可以从波形图中看出，二次脉冲法的波形与电流取样法波形相比，是再简单不过的了。任何人都会判读。
3 二次脉冲法测试的操作技巧：
尽管二次脉冲法测试波形极易判断、准确性也较高，但要获得一个较为理想、方便判读的波形还需掌握一定的技巧才能应用自如。
3.1采用高值的冲击高压
冲击高压的幅度一定要高，必须保证故障点充分击穿。否则采集不到故障回波的。这时只能看到两个终端开路波形。故障点击穿后，屏幕上显示的两个波形是有区别的。下半部波形是用低压脉冲法测得的电缆开路全长波形。上半部波形是故障点被高压击穿电弧短路时用低压脉冲法测得的短路故障波形。故障回波的极性一定向上，与开路全长的终端反射回波的极性相反。且标定的距离一定小于电缆全长。
由于二次脉冲产生器接入电路后会产生一定的电压降，冲击闪络时电缆故障相上得到的电压实际上要比高压发生器输出的电压低得多。例如电流取样法时冲击电压加到20KV才能将电缆故障点击穿。
而使用二次脉冲法时，有可能将冲击电压升高到35KV才能达到同样的击穿效果。如果所加的冲击电压过低，将看不到故障点的击穿回波，上下两个波形是完全一样的。
3.2 根据故障位置距离选择测试脉冲信号
按照电缆长短故障距离的远近选择“短距离”（1Km以内）、“中距离”（2Km以内）、“长距离”（大于2Km)三种测试脉冲。对于远距离故障，由于回波较弱，其回波前沿拐点变化园缓，判断故障拐点的起始点有一定困难。此时应将两次测得的脉冲基线重合起来。其故障回波基线的前沿与全长波形的基线分叉处，用游标卡在该处，也可较精确测得故障距离。
3.3 近始端测试采用波形扩展测量法
有时电缆故障点就在始端或近始端，二次回波脉冲极端靠近发射脉冲前沿，要精确读出故障距离也是有一定困难的。值得注意的是，二次脉冲基线上没有电缆全长信息。可以说明此次测试的波形是可信的。所以，追求精确的故障距离读数已经没有必要。直接到故障电缆始端附近定点即可。
对于短距离电缆故障，故障回波与发送的测试脉冲靠得很近，此时应进行波形扩展，必须将上下两个波形严格重叠才能读出故障距离来。
3.4 放电球隙法对比测试
由于在二次脉冲法测试过程中，高压设备与故障电缆之间串有“高频高压数据处理器”（过压保护单元），实际加到电缆故障相上的冲击高压比高压发生器输出的电压低一些。如果高压发生器的输出电压已经达到35KV，故障点还未被击穿，此时应更换测试方法。如采用二次脉冲终端测试法：将被测电缆得终端一根好相和故障相间用放电球隙连接，在电缆始端将35KV的直流高压通过好相加在终端球隙上，加之，还利用好相的分布电容加大冲击功率，此方法可以有效击穿故障点，获得较为理想的波形。终端二次脉冲测试法如下图所示。
也可将二次脉冲法测试改为冲击高压闪络法，利用传统的电流取样法进行测试。
终端二次脉冲法接线如图所示：
3.5 改变二次脉冲发送的延迟时间
在使用二次脉冲法测试电缆故障时，值得注意的是要考虑到故障电缆被高压击穿时，线路上会产生幅度很大的低频衰减余弦振荡。这个振荡将严重影响波形的观测。要获得理想的测试波形，必须延迟二次脉冲发送的时间，避开大振荡。在大振荡结束以后再行发送低压测试脉冲。测试仪设置有脉冲发送延迟功能（延迟系数模拟键），现场测试时，每打一次冲击高压，都要观测故障回波波形是否平直。如果波形严重倾斜表示发射脉冲过早，应增大延时系数，如从1×S逐步增大到15×S，总能得到一个较好的便于分析定位的平直波形。也可通过增加储能电容的容量延长击穿电弧持续的时间，同时加大延迟系数来得到理想分析波形。
参考文献：
[1]张栋国《电力电缆及其故障分析与测试》陕西科技出版社
论文作者:金博文
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/25
标签：脉冲论文; 波形论文; 故障论文; 电缆论文; 回波论文; 测试论文; 高压论文; 《电力设备》2018年第4期论文;