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摘?要 本文简述了现行各种电缆故障定位技术的发展情况和正在研制的电缆故障快速定位系统所采用的最先进八次脉冲测试技术。其次，对于正在研制的电缆故障快速定位系统主要组成部分的功能作了全面描述，并就一次现场电缆故障的成功应用进行详细介绍。
关键词 电缆故障快速定位系统；低压脉冲测距法；二次脉冲测距法；多次脉冲法；声磁同步定点仪；电缆故障快速定位系统的专家帮助系统
中图分类号 TM711 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0140-03
电力的传输线路包括架空线路和电缆线路两种。电缆传输方式具有地下敷设、不占地面空间，线间绝缘距离小、占地少，不受周围环境污染的影响，送电可靠性高，利于城市美观且安全可靠等诸多优点，
为解决运维中出现的困难，满足电力供应质量的需求，促进电力事业的发展，本文研制一种技术先进、测试效率高的电缆故障快速定位系统。
1 电缆故障快速定位系统与传统电缆故障测试方法的比较
在电缆发生故障时，检测电缆故障的方法主要包括高压电桥法、低压脉冲测距法、冲击高压闪络法、二次脉冲测距法等，各有其优缺点，下面对各方法进行简要分析。
1.1 高压电桥法
高压电桥法是通过测量和计算故障点到测量端的阻抗，然后根据线路参数，根据电桥平衡原理求解故障点方程，求得故障距离。早期在实际的电缆低阻故障测距中。对于高阻泄露故障，一般都是应用高压电桥法来实现的。
电桥法具有原理简单、测量精确度较高的优点，但它的缺点是适用范围小，主要体现在以下三个方面：1）受故障电阻影响大。一般的高阻性故障和闪络性故障由于故障电阻值大，电桥电流很小，受检流计灵敏度限制，不易探测而使电桥法失效。2）电缆的准确长度必须已知，当电缆线路内由导体材料或截面不同的电缆组成时，需要进行换算。3）电桥法无法用于检测三相短路故障和断路故障。
1.2 低压脉冲测距法
低压脉冲测距法又名波反射法，由传输线理论分析知，电缆中波阻抗发生变化的地方会有能量反射（反射波）。脉冲测距法的基本原理是根据发送脉冲和回波脉冲之间的时间差和电缆中波速计算出实际故障距离。计算公式为：
（1）
式中：v——波速；
t——发送与回波间的时间差值。
通过故障测试波形可直观地判断电缆故障是短路还是开路故障性质。
1.3 冲击高压闪络电流取样法
此法是可靠对付电缆的各种常见故障现象的一种适应性非常强的故障测寻手段。
基本原理是在故障电缆的始端施加一个冲击高压，将故障点电弧击穿，故障点产生突变的阶跃电压，此突变电压在故障点和测试端来回反射，只要根据此信号往返一次的时间差和本电缆的波速就能计算出故障点距测试端的距离来。
测试波形的取得是利用电磁感应原理，电流互感器放在电缆与储能电容接地线旁，以便获得电缆中的电波电流反射信号。冲击高压闪络电流取样法的电原理线路如1所示。
1.4 二次脉冲测距法
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，与标准波形相差甚远，不易掌握波形变化规律，致使发生误判。二次脉冲测距法利用冲击高压在故障点产生的短路电弧时的低压脉冲测试法实现电缆故障回波呈短路故障波形进行预定位而有效克服了这一缺点。这是电缆故障测试技术的一次质的飞跃。
二次脉冲测距法的基本原理是结合高压发生器发射冲击闪络技术，冲击高压产生后故障点电弧短路瞬间发射一低压测试脉冲，在故障点发生短路反射，形成低压脉冲典型短路故障波形，并存储在仪器中。待电弧熄灭，再发送一个低压脉冲获得电缆的开路全长波形。将两次测得的波形同时显示在屏幕上。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。
采用二次脉冲测距法的电缆故障测试系统接线图如2所示。
二次脉冲测距法的典型测试波形如3所示。
由图3可知，二次脉冲测距法的先进之处，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低压脉冲测距法短路故障测试波形，回波拐点易于识别，便于用户快速准确测得故障距离。
2 八次脉冲测距法
多次脉冲法（八次脉冲测距法）是在二次脉冲测距法采样技术的一次飞跃。其波形完全和二次脉冲测距法的波形一样，在屏幕上按时序排列记录下八组波形。可以从从这八组故障波形中任意选择一组故障反射波形进行分析。利用分析低压脉冲测距法的短路故障波形的方法就能方便地读出故障距离，而且不会误判错判。八次脉冲测距法（多次脉冲法）是目前国际公认的最好的电缆故障测试方法。
采用八次脉冲测距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”、“八次脉冲产生器”、“八次脉冲自动触发装置”和测试波形分析处理软件的“八次脉冲电缆故障测试仪”。图4是典型的八次脉冲测距法测试波形。
现场测试过程中，可以将测试波形按图4方框选中的波形进行展宽，如5所示。
为了精确判断故障距离而将上下两波形重叠，如图6所示，观察两波形的离散点，以便用游标卡在发射脉冲前沿拐点和离散分叉点，并显示出故障距离数值。
不同的冲击高压、不同的电缆长度、不同的电缆故障距离、余弦大振荡的周期和持续时间差异非常大，单纯的二次脉冲测距法所采集的波形往往因发送迟延时间不够而受到余弦大振荡的干扰，导致波形较乱、分析困难，只有靠调整测试脉冲的延迟发射时间或采用中压延弧装置来保障，无形中增加了操作难度和设备重量及成本。
由于八次脉冲测距法测试电缆故障时，从软件设计上已经考虑到预先将第一个发射脉冲进行了足够的延时，一般情况下第一个故障回波已经避开了电缆固有的余弦大振荡，以后的七个故障测试脉冲完全是平直的。所以，采用八次脉冲测距法测试电缆故障使发送的低压测试脉冲有效避开故障电缆在冲击高压作用的瞬间出现的余弦大振荡干扰，在故障点短路电弧相对平稳期间得到标准清晰的类似短路故障的回波，并有较多的理想测试波形选择余地，从而大大简化了测试手续。 3 电缆故障快速定位系统中的其它配套设备
3.1 声磁同步电缆故障定位仪
为解决复杂环境下电缆故障点快速精确定位这一难题，本文提出利用声磁同步电缆故障定位仪进行精确电缆故障点定位，基本原理是利用定点仪接收机在故障点接收到的冲击高压作用下的地震波与同时接受到的空间传来的冲击高压电磁波之间的时间差来进行精确定位。
3.2 路径信号产生器
路径信号产生器用以配合声磁同步电缆故障定位仪的路径探测接收机，可靠探测各类埋地电缆的埋设路径及埋设深度。
由于采用了幅度调制技术，不仅适用于传统的差拍式接收机，也适用于直放式倍压检波路径接收机，其大于60瓦的大功率输出信号可以使所探测的路径距离达10 Km以上。而且断续的幅度调制15KHz正弦信号，在探测埋地电缆的路径走向及埋设深度时，有效地抑制工频干扰，大大提高了现场探测效率。
4 电缆故障快速定位系统的专家帮助系统
此系统含两部分：一是远程专家操控系统，一是随机专家帮助分析系统。
远程专家超控系统支持最新开通的3G通信终端或无线上网卡，专用3G通信软件可实现专家远程现场实时测试技术服务。由产品公司的专家远程操控用户主机，给用户现场测试提供及时、准确波形分析和交流指导。
为了完成和实现远程专家操控，每一台电缆故障测试仪都提供了一个专用号码的无线上网卡。用户在现场用该卡通过3G网络与公司的远程操控中心取得联系后，输入相应密码双方沟通即可实现异地操控现场的电缆故障测试仪，及时对现场测试的方法步骤、采样波形进行分析和处理。
在确有困难的情况下再借助远程专家操控系统，通过3G网络使用无线上网卡与公司的远程操控中心取得联系，由公司的工程技术人员对现场的电缆故障测试仪进行远程遥控操作，给用户现场测试提供及时、准确波形分析和交流指导。
5 结束语
电缆故障快速定位系统由于具备有世界先进水平的八次脉冲电缆故障定位仪、波形显示的声磁同步定点仪和超轻型的大功率冲击高压发生器等配套设备，使该系统确实成为目前国内最先进的电缆故障快速定位系统。较之电缆故障测试车和国内传统的其它电缆故障测试设备，具有更为机动方便，效率更高的电缆故障快速定位系统。
参考文献
[1]徐丙垠,李胜祥,陈宗军.电力电缆故障探测技术[M]．北京:机械工业出版社,1999.
[2]张栋国,孙雷.电力电缆及其故障分析与测试[J].陕西科学技术出版社,1994,4.
[3]洪滨.常见地下电力电缆故障及其探测方法[J].电世界,2003,6:6-7,2003,7:39-41,2003,8:39-41,2003,9:39-41.
[4]徐丙垠等.电力电缆故障探测技术[J].机械工业出版社,1999,9.
[5] M.Chamia S.Libberman：Ultra High Speed Relay for EHV/UHV Transmission Lines —Development，Design and Application,IEEE PAS Vol.97,No.6,Nov/Dec.1978:2104-2116.
作者简介
黄曙（1979—），男，硕士，广东电网公司电力科学研究院，高级工程师，从事电力系统及自动化的研究及技术管理工作；谈树峰（1985-），男，硕士，助理工程师，广东电网公司电力科学研究院，从事电力系统及自动化研究工作。
张栋国（1942—），男，高级工程师，西安电子科技大学理学院。研究方向为微波、大气电波传播特性研究及电力电缆故障测试方法与设备的
研究。
樊永山（1953—），男，高级工程师，西安电子科技大学电子工程学院。研究方向为微波技术与通信的研究。
关键词 电缆故障快速定位系统；低压脉冲测距法；二次脉冲测距法；多次脉冲法；声磁同步定点仪；电缆故障快速定位系统的专家帮助系统
中图分类号 TM711 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)062-0140-03
电力的传输线路包括架空线路和电缆线路两种。电缆传输方式具有地下敷设、不占地面空间，线间绝缘距离小、占地少，不受周围环境污染的影响，送电可靠性高，利于城市美观且安全可靠等诸多优点，
为解决运维中出现的困难，满足电力供应质量的需求，促进电力事业的发展，本文研制一种技术先进、测试效率高的电缆故障快速定位系统。
1 电缆故障快速定位系统与传统电缆故障测试方法的比较
在电缆发生故障时，检测电缆故障的方法主要包括高压电桥法、低压脉冲测距法、冲击高压闪络法、二次脉冲测距法等，各有其优缺点，下面对各方法进行简要分析。
1.1 高压电桥法
高压电桥法是通过测量和计算故障点到测量端的阻抗，然后根据线路参数，根据电桥平衡原理求解故障点方程，求得故障距离。早期在实际的电缆低阻故障测距中。对于高阻泄露故障，一般都是应用高压电桥法来实现的。
电桥法具有原理简单、测量精确度较高的优点，但它的缺点是适用范围小，主要体现在以下三个方面：1）受故障电阻影响大。一般的高阻性故障和闪络性故障由于故障电阻值大，电桥电流很小，受检流计灵敏度限制，不易探测而使电桥法失效。2）电缆的准确长度必须已知，当电缆线路内由导体材料或截面不同的电缆组成时，需要进行换算。3）电桥法无法用于检测三相短路故障和断路故障。
1.2 低压脉冲测距法
低压脉冲测距法又名波反射法，由传输线理论分析知，电缆中波阻抗发生变化的地方会有能量反射（反射波）。脉冲测距法的基本原理是根据发送脉冲和回波脉冲之间的时间差和电缆中波速计算出实际故障距离。计算公式为：
（1）
式中：v——波速；
t——发送与回波间的时间差值。
通过故障测试波形可直观地判断电缆故障是短路还是开路故障性质。
1.3 冲击高压闪络电流取样法
此法是可靠对付电缆的各种常见故障现象的一种适应性非常强的故障测寻手段。
基本原理是在故障电缆的始端施加一个冲击高压，将故障点电弧击穿，故障点产生突变的阶跃电压，此突变电压在故障点和测试端来回反射，只要根据此信号往返一次的时间差和本电缆的波速就能计算出故障点距测试端的距离来。
测试波形的取得是利用电磁感应原理，电流互感器放在电缆与储能电容接地线旁，以便获得电缆中的电波电流反射信号。冲击高压闪络电流取样法的电原理线路如1所示。
1.4 二次脉冲测距法
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，与标准波形相差甚远，不易掌握波形变化规律，致使发生误判。二次脉冲测距法利用冲击高压在故障点产生的短路电弧时的低压脉冲测试法实现电缆故障回波呈短路故障波形进行预定位而有效克服了这一缺点。这是电缆故障测试技术的一次质的飞跃。
二次脉冲测距法的基本原理是结合高压发生器发射冲击闪络技术，冲击高压产生后故障点电弧短路瞬间发射一低压测试脉冲，在故障点发生短路反射，形成低压脉冲典型短路故障波形，并存储在仪器中。待电弧熄灭，再发送一个低压脉冲获得电缆的开路全长波形。将两次测得的波形同时显示在屏幕上。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。
采用二次脉冲测距法的电缆故障测试系统接线图如2所示。
二次脉冲测距法的典型测试波形如3所示。
由图3可知，二次脉冲测距法的先进之处，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低压脉冲测距法短路故障测试波形，回波拐点易于识别，便于用户快速准确测得故障距离。
2 八次脉冲测距法
多次脉冲法（八次脉冲测距法）是在二次脉冲测距法采样技术的一次飞跃。其波形完全和二次脉冲测距法的波形一样，在屏幕上按时序排列记录下八组波形。可以从从这八组故障波形中任意选择一组故障反射波形进行分析。利用分析低压脉冲测距法的短路故障波形的方法就能方便地读出故障距离，而且不会误判错判。八次脉冲测距法（多次脉冲法）是目前国际公认的最好的电缆故障测试方法。
采用八次脉冲测距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”、“八次脉冲产生器”、“八次脉冲自动触发装置”和测试波形分析处理软件的“八次脉冲电缆故障测试仪”。图4是典型的八次脉冲测距法测试波形。
现场测试过程中，可以将测试波形按图4方框选中的波形进行展宽，如5所示。
为了精确判断故障距离而将上下两波形重叠，如图6所示，观察两波形的离散点，以便用游标卡在发射脉冲前沿拐点和离散分叉点，并显示出故障距离数值。
不同的冲击高压、不同的电缆长度、不同的电缆故障距离、余弦大振荡的周期和持续时间差异非常大，单纯的二次脉冲测距法所采集的波形往往因发送迟延时间不够而受到余弦大振荡的干扰，导致波形较乱、分析困难，只有靠调整测试脉冲的延迟发射时间或采用中压延弧装置来保障，无形中增加了操作难度和设备重量及成本。
由于八次脉冲测距法测试电缆故障时，从软件设计上已经考虑到预先将第一个发射脉冲进行了足够的延时，一般情况下第一个故障回波已经避开了电缆固有的余弦大振荡，以后的七个故障测试脉冲完全是平直的。所以，采用八次脉冲测距法测试电缆故障使发送的低压测试脉冲有效避开故障电缆在冲击高压作用的瞬间出现的余弦大振荡干扰，在故障点短路电弧相对平稳期间得到标准清晰的类似短路故障的回波，并有较多的理想测试波形选择余地，从而大大简化了测试手续。 3 电缆故障快速定位系统中的其它配套设备
3.1 声磁同步电缆故障定位仪
为解决复杂环境下电缆故障点快速精确定位这一难题，本文提出利用声磁同步电缆故障定位仪进行精确电缆故障点定位，基本原理是利用定点仪接收机在故障点接收到的冲击高压作用下的地震波与同时接受到的空间传来的冲击高压电磁波之间的时间差来进行精确定位。
3.2 路径信号产生器
路径信号产生器用以配合声磁同步电缆故障定位仪的路径探测接收机，可靠探测各类埋地电缆的埋设路径及埋设深度。
由于采用了幅度调制技术，不仅适用于传统的差拍式接收机，也适用于直放式倍压检波路径接收机，其大于60瓦的大功率输出信号可以使所探测的路径距离达10 Km以上。而且断续的幅度调制15KHz正弦信号，在探测埋地电缆的路径走向及埋设深度时，有效地抑制工频干扰，大大提高了现场探测效率。
4 电缆故障快速定位系统的专家帮助系统
此系统含两部分：一是远程专家操控系统，一是随机专家帮助分析系统。
远程专家超控系统支持最新开通的3G通信终端或无线上网卡，专用3G通信软件可实现专家远程现场实时测试技术服务。由产品公司的专家远程操控用户主机，给用户现场测试提供及时、准确波形分析和交流指导。
为了完成和实现远程专家操控，每一台电缆故障测试仪都提供了一个专用号码的无线上网卡。用户在现场用该卡通过3G网络与公司的远程操控中心取得联系后，输入相应密码双方沟通即可实现异地操控现场的电缆故障测试仪，及时对现场测试的方法步骤、采样波形进行分析和处理。
在确有困难的情况下再借助远程专家操控系统，通过3G网络使用无线上网卡与公司的远程操控中心取得联系，由公司的工程技术人员对现场的电缆故障测试仪进行远程遥控操作，给用户现场测试提供及时、准确波形分析和交流指导。
5 结束语
电缆故障快速定位系统由于具备有世界先进水平的八次脉冲电缆故障定位仪、波形显示的声磁同步定点仪和超轻型的大功率冲击高压发生器等配套设备，使该系统确实成为目前国内最先进的电缆故障快速定位系统。较之电缆故障测试车和国内传统的其它电缆故障测试设备，具有更为机动方便，效率更高的电缆故障快速定位系统。
参考文献
[1]徐丙垠,李胜祥,陈宗军.电力电缆故障探测技术[M]．北京:机械工业出版社,1999.
[2]张栋国,孙雷.电力电缆及其故障分析与测试[J].陕西科学技术出版社,1994,4.
[3]洪滨.常见地下电力电缆故障及其探测方法[J].电世界,2003,6:6-7,2003,7:39-41,2003,8:39-41,2003,9:39-41.
[4]徐丙垠等.电力电缆故障探测技术[J].机械工业出版社,1999,9.
[5] M.Chamia S.Libberman：Ultra High Speed Relay for EHV/UHV Transmission Lines —Development，Design and Application,IEEE PAS Vol.97,No.6,Nov/Dec.1978:2104-2116.
作者简介
黄曙（1979—），男，硕士，广东电网公司电力科学研究院，高级工程师，从事电力系统及自动化的研究及技术管理工作；谈树峰（1985-），男，硕士，助理工程师，广东电网公司电力科学研究院，从事电力系统及自动化研究工作。
张栋国（1942—），男，高级工程师，西安电子科技大学理学院。研究方向为微波、大气电波传播特性研究及电力电缆故障测试方法与设备的
研究。
樊永山（1953—），男，高级工程师，西安电子科技大学电子工程学院。研究方向为微波技术与通信的研究。