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摘要：本文根据行波反射法理论进行了电缆故障脉冲特点分析以及故障检测的相关技术分析。采用行波法对接头进行检测不仅扩大了行波法检测电缆故障的使用领域，而且为电缆接头故障检测领域提供了新的方法。本文通过对电缆故障检测关键技术的探究，解决了电缆故障检测的难点，为电网快速恢复供电，保证电网安全可靠运行提供了技术支持。
关键词：行波反射法；电缆故障测距；多次脉冲探测技术
一、前言
随着经济快速发展和城市规模逐渐增大，城市用电量逐年增加，供电安全对于保证城市的正常运行具有重要作用。考虑到城市的美观性，城市配电网越来越多的采用电缆代替原来的架空裸导线。由于电缆铺设在地下，运行环境恶劣，加之复杂电磁环境的影响，当发生电缆故障时很难进行故障点排查。因此，准确、快速的检测电缆故障，对于保证电力供电可靠性和稳定性具有重要意义。电缆输电线路具有分布参数特征，使用集总参数等效电路来代替分布参数电路，集总参数大大简化了对电缆输电线路的分析和计算。但近似电路本身并不等同于原型电路，表述电力电缆线路的准确模型是分布参数电路，而故障行波正是在分布参数电路上形成并传播的。
二、电力电缆故障行波的产生与性质
根据叠加原理，故障后的电力系统可以等效为正常运行网络和故障附加网络的叠加。在故障附加网络中，附加电源是一个电压源，数值等于故障点故障前电压。正是在这个附加电压源的作用下，故障行波才得以形成。故障发生时，在故障点附加电压源的作用下，附加电源要将自身的电压传递给其它非故障节点，但是由于分布参数电路中存在电感、电容等储能元件，而电感电流和电容电压是不能突变的，它们需要一个充电过程，这个过程就是故障行波形成和传播的过程。对于三相电路，沿导线传播的故障行波都是时间和位置的函数，由于耦合电感、电容的存在，它们不独立。在此情况下，可以采用相模变换技术，在各个模量下，行波是独立的。
三、电力电缆故障行波的特征
根据上述，可以发现故障行波具有如下特征：
（1）、随着各种行波陆续到达各级母线，行波出现“突变”，分别标志着故障发生、行波从故障点到检测母线往返一次的时间等；
（2）、突变的幅值取决于故障发生时刻故障点初始电压的大小、波阻抗间断点（像母线、故障点等）的折、反射系数和行波的衰减特性；
（3）、突变的极性取决于故障发生时故障点初始电压的极性和波阻抗的间断性质。通常，行波极性具有下述特点：①来自于故障点的反射电压、电流行波和初始行波同极性；②线路两端的初始电压或者电流行波同极性；③对应于来自母线方向的正向方向行波和来自故障线路方向的反向方向行波，它们的初始行波和反射行波具有相同的极性。
上述故障特征构成基于暂态故障行波的故障检测技术的基础。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆故障行波具有如下性质：（1）故障行波只在故障发生时出现，能准确反映故障发生；（2）故障行波中包含着故障发生时刻、故障位置、故障相、故障线等有用的故障信息；（3）故障行波具有高频、暂态突变的性质，难以分析；（4）故障行波不可重复，具有易逝性，造成捕捉困难；（5）行波同时是时间和位置的函数，因此传统的时间分析方法和频率分析方法不能有效刻画暂态行波的故障特征。正是由于行波的上述特点，导致行波的分析、采集、记录和应用困难；同时由于行波的高频暂态性质导致它灵敏、也容易受其它噪声信号的干扰。近些年计算机技术、高速数据采集技术的发展，克服了行波记录和处理中的许多难点问题；特别是二次脉冲技术（SIM）可以有效剔除电磁干扰，保证行波故障检测技术的可靠性。正因为如此，基于行波的电缆故障探测技术才获得广泛的应用。
四、行波探测技术分析
低压脉冲法（TDR）无法测试电缆的高阻故障（无故障回波）。然而，如果能在足够高的冲击电压作用下故障点被电弧击穿的同时，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。所以，“二次脉冲法”（SIM）的故障波形极好区别判断。从上世纪90年代中后期至本世纪近十年，以二次脉冲探测法为代表的新型行波电缆探测技术不断涌现。它主要有以下几类：
（1）二次脉冲探测技术。二次脉冲技术是具有突破性的电缆故障预定位技术之一。二次脉冲法又称“高压弧反射法”，即结合高压发生器冲击闪络技术，在故障点起弧的瞬间通过内部装置触发发射一低压脉冲，此脉冲在故障点闪络处（电弧的电阻值很低）发生短路反射，并记忆在仪器中，电弧熄灭后，复发一测量脉冲通过故障处直达电缆末端并发生开路反射，比较两次低压脉冲波形可非常容易地判断故障点（击穿点）位置。现有的二次脉冲法有一定的局限性，主要表现在：①故障点发生在电缆始端或近始端，波形复杂，精确读数困难，给探测故障点引入了系统误差；②使用二次脉冲法时，为使故障点充分击穿，所加的冲击高压往往会比常规的电流取样法要高一些，这样一来，对被测电缆的绝缘材料损害较大。
（2）多次脉冲探测技术。多次脉冲技术是在目前先进的二次脉冲法采样技术的基础上发展起来的又一最新电缆故障测试技术。其波形实质还是二次脉冲法的波形，只是在屏幕上按不同的延迟时间记录下多组二次脉冲波形，同样属于冲击高压闪络法中的一种。此法除具备二次脉冲法的全部优点外，在冲击高压闪络的同时发送不同延时的一组故障测试脉冲和一组电缆全长测试脉冲，最便于分析的故障反射波形。将复杂的高压冲击闪络波形变成了非常容易判读的类似于低压脉冲法的短路故障波形，省去了中压延弧装置，简化了测试手段，给用户提供了更为简捷的故障波形判断方法。“多次脉冲技术”的先进之处在于：它使现场测得的故障波形得到大大简化，探测手法有更多的选择余地，不再为得到一个理想二次脉冲波形，不断在测试中调节测试脉冲的延时发射时间。同时，多次脉冲法还降低了对电缆故障探测人员的技术和经验要求，提高了现场故障的判断准确率。任何人都能方便、准确地判读波形，标定故障距离，达到快速准确测试电缆故障的目的，它是所有传统测试方法无法与之比拟。
五、结束语
高阻电缆故障的测试难点主要在测距上，对有些隐蔽性较强的地下电缆故障，甚至需花费数天的时间才能确定故障的准确范围。所以，利用行波技术探测电缆高阻故障，必须深入了解行波在缆线中的传播基理及波形识别技巧。尽管本文介绍了二次脉冲法探测电缆故障一些波形识别技术，但二次脉冲法能否成功运用，还取决于电缆故障探测技术人员能否熟知大量的电缆典型故障“标准波形”，和纯熟的现场工作经。缆线维护和电气试验人员，必须通过大量现场实测波形的具体分析，才能提高电缆故障距离的准确判断能力。
参考文献：
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论文作者:金硏洙,宋雪涛
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/21
标签：故障论文; 脉冲论文; 电缆论文; 波形论文; 极性论文; 技术论文; 反射论文; 《电力设备》2015年第10期供稿论文;