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高壓電纜故障的二次脈沖法測距:適用范圍與波形對比要點

來源:北京康高特儀器設備有限公司 發布時間:2026-09-30 11:42:21 作者: 瀏覽次數:4733次 分類:技術文章

文章概述: DL/T 849.1-2019 把弧反射法、二次脈沖法與多次脈沖法列在同一個術語下,定義是燃弧時與熄弧后分別注入低壓脈沖,比較兩條波形求出故障距離。判讀不再需要數波頭,代價是必須抓到燃弧那一下。文中逐檔列出適用與不適用的情形:高阻與間歇性故障適合,閃絡性故障要看放電維持多久,低阻、短路、開路不必上高壓,泄漏性故障取決于加壓之后能否擊穿。線路側給出故障測試區間不小于 20km、測距盲區不大于 20m 的標準門檻,并與云長高精度電纜故障測距儀標稱的 100km 與 2m 對照。波形對比給出時間零點、分叉起點、距離算式、重合檢驗四項要點,另附三條旁證與一次完整算例。

高阻故障用低壓脈沖法測不出來,這一句話是二次脈沖法存在的全部理由。低壓脈沖的發射電壓只有幾十伏,云長標的是 30 伏,這點電壓加在受潮或碳化的故障通道上,通道根本建立不起來,行波走到故障點感受不到足夠的阻抗變化,波形上便什么也沒有。二次脈沖法做的只有一件事:先用高壓把故障點打成弧光接地,讓它臨時變成低阻,再注入低壓脈沖去測。

二次脈沖法給出的不是一條更好看的波形,而是兩條波形的差。這個差字決定了它的全部優點,也決定了它全部的短板:判讀不再需要數波頭,可一旦抓不到燃弧那一下,兩條波形會重合得讓人無從下手。重合便沒有答案。

一、二次脈沖法是為哪一類故障準備的

1、低壓脈沖法能測的故障有名單,名單里沒有高阻

低壓脈沖法能測的故障有名單,高阻不在名單上。DL/T 849.1-2019《電力設備專用測試儀器通用技術條件》里,電纜故障閃測儀那一部分把分工寫得很清楚:這類儀器一般具備低壓脈沖法、脈沖電流法與弧反射法三種模式,低壓脈沖法模式下可探測開路、低阻與短路,脈沖電流法與弧反射法則要借助直流高壓電源去探測高阻。

標準列出的這份名單是方法的邊界,不是經驗的總結。開路、低阻、短路在低壓下便有明確的阻抗突變,行波走得過去也折得回來。高阻故障不一樣,它的通道要電壓升到擊穿值才導通。低壓下它不導通。

2、故障點導不導通,取決于加在它上面的電壓

故障點導不導通,取決于加在它上面的電壓。故障電阻從幾百千歐到幾十兆歐不等,受潮、碳化通道、放電間隙各有各的擊穿值。30 伏的低壓脈沖分攤到故障點上,離擊穿值差著幾個數量級,儀器再靈敏也沒有用。電壓不夠是根子。

故障點在低壓下不導通,恰好解釋了現場那個常見現象:低壓脈沖法打出來的波形上,發射脈沖之后一路平靜,直到電纜末端才出現一個與入射同極性的反射,故障點該在的位置上什么也沒有。儀器沒壞,波形也沒問題,是故障點當時根本不導通。波形本身沒錯。

3、上高壓讓故障點臨時變低阻,是三種方法的共同思路

脈沖電流法、脈沖電壓法、弧反射法走的是同一條路:先上高壓把故障點打成導通,再用行波去測。差別只在導通之后測什么:前兩種測電流行波與電壓行波,第三種回過頭來再打一次低壓脈沖。

脈沖電壓法正在被淘汰,原因是儀器側與高壓電源部分有直接電氣連接,存在安全隱患。DL/T 849.1-2019 在術語里特別注明了這一點。這一注解釋了為什么現場主流只剩下脈沖電流法與弧反射法兩條路。

二、方法本身:兩條波形各是怎么來的

1、標準術語的原文

弧反射法在標準里的正式定義,包含燃弧時與熄弧后兩次注入。DL/T 849.1-2019 術語里,弧反射法的定義是:向電纜施加直流高壓,使故障點出現弧光接地,在燃弧時和電弧熄滅后,分別注入低壓脈沖信號,通過比較測試波形得出故障距離。該術語原文注明,它又稱二次脈沖法或多次脈沖法。

2、兩條波形的差別只有一處:打后一條脈沖時故障點導不導通

基線波形在電弧熄滅后注入。故障通道斷開,行波一路走到電纜末端,波形上只有與入射同極性的末端反射,故障點位置沒有反射。

燃弧波形在燃弧期間注入。故障點被電弧短接,等效阻抗遠低于電纜波阻抗,行波走到這里便被折回來,反射極性與入射相反。

3、分叉點即故障點

兩條波形從某一點開始分開,那個分叉點的位置便是故障點。DL/T 849.1-2019 附錄 B 給出的距離計算式在這里照樣適用:故障點與測試端的距離,等于脈沖傳輸波速度乘入射脈沖與反射脈沖的時間差,再除以二。

4、它把認波形換成了比波形,這是判讀上的全部優勢

二次脈沖法把認波形換成了比波形,省掉數波頭這一步。脈沖電流法要在電流行波上數出哪一個波頭對應故障點、哪一個對應末端,數錯一位便差出整段長度。不數波頭,只看兩條波形開始分開的位置。這個替換看著不起眼,落到現場卻省掉了相當容易出錯的一步。這一步常出錯。

三、燃弧窗口決定成敗

1、能不能在燃弧期間把脈沖打進去,是整個方法的命門

電弧維持的時間是有限的。高壓一撤、通道冷卻,故障點又變回高阻,此刻打進去的脈沖與基線波形沒有區別,兩條波形疊在一起,分叉點便無從談起。二次脈沖法用得上用不上,取決于這一個窗口夠不夠寬。窗口一瞬即過。

窗口寬不寬由故障性質決定,不由儀器決定。儀器能做的是在窗口內盡量多打幾條、打得更準,做不到的部分誰也補不上。

2、閃絡性故障正卡在這個短板上

閃絡性故障的電弧維持時間很短,低壓脈沖還沒打完弧已經滅了,抓到的兩條波形幾乎重合。這類情形改用脈沖電流法往往更可靠:它記錄的是擊穿瞬間的電流行波,不要求在燃弧期間再注入一次,時間窗的壓力小得多。換個方法更穩。

3、二次脈沖與多次脈沖,差在注入次數上

標準把二次脈沖法與多次脈沖法列為同一術語的不同叫法。落到設備上,注入次數可以有差別:有的在燃弧期間只打一條,有的在窗口內連續打多條并同屏顯示。窗口越短、電弧越不穩,多打幾條越容易挑出一條可用的。北京康高特(KGT)自研的云長高精度電纜故障測距儀官網列出的預定位方法里寫的便是多次脈沖法。

四、適用范圍之一:按故障性質分檔

1、高阻故障里的絕大多數都適用

高阻故障占二次脈沖法應用場景的多數。絕緣受潮、接頭進水這一類,加壓到擊穿值之后都能形成弧光接地,燃弧時間通常夠打完一條脈沖。這也是標準把弧反射法與脈沖電流法一并歸到「借助直流高壓電源探測高阻」那一類的原因。

2、閃絡性故障要挑,看燃弧時間夠不夠長

閃絡性故障不是一律不適用,要看這一次放電維持多久。同一條線路在不同時間測,結果可以不一樣:受潮嚴重的時段電弧穩定,分叉點清楚,干燥時段放電一閃即滅,波形重合。測不到時不急著下結論,隔一段時間復測往往有變化。

3、間歇性故障反而適合,加壓能把故障激出來

間歇性故障適合用二次脈沖法,加壓能把故障激出來。間歇性故障的難處在于故障時有時無,低壓脈沖打過去常常碰到它安靜的時候。加了直流高壓之后,故障點被反復激發,出現的概率明顯提高。云長官網列出的可測故障類型里便含間歇性這一項。

4、低阻、短路、開路不必上高壓,上了是多余的工序

低阻、短路與開路由低壓脈沖法直接出結果,波形上反射清楚、極性判據明確。為這幾類故障再加一套高壓電源與燃弧流程,是把簡單事情做復雜,還平白多了安全風險。

5、泄漏性故障要看加壓后有沒有擊穿

泄漏性故障能不能用二次脈沖法,取決于加壓之后能不能形成穩定的弧光接地。若加壓只表現為泄漏電流上升而始終沒有擊穿,波形上便沒有分叉點,此時應換脈沖電流法,看擊穿瞬間的電流行波。

五、適用范圍之二:按線路條件分檔

1、線路長度要落在有效測距區間內

標準對單端測距給出的要求是故障測試區間不小于 20km,云長標的是 100km。線路超出有效區間之后,末端反射收不回來,基線波形失去參照,比對便沒有意義。看波形時要先確認末端反射還在,再看分叉點。

2、近端故障撞的是盲區,這條邊界繞不過去

標準對盲區的要求是不大于 20m,云長標的是 2m。故障點落在盲區內時,兩條波形在發射脈沖尚未散盡的那段時間里已經分叉,屏幕上分辨不出來。這不是二次脈沖法特有的短板,是所有反射法共同的邊界,靠換方法解決不了,要靠換測試端或加延時線。換端才有用。

3、分支與 T 接會讓分叉點不止一個

分支點會造成假的差異點。分支點本身便是阻抗突變,行波走到這里會反射。若一條線路上有多處分支,兩條波形上會出現不止一處差異,只靠波形分不清哪一處是故障。這類線路要先靠竣工圖把分支位置標出來,再拿波形去對,順序不能反。

4、中間接頭不是分叉點,這條判據省掉很多麻煩

中間接頭的反射不是分叉點,因為它燃弧前后一直都在。中間接頭的結構反射在兩條波形上都會出現,位置也相同。反過來講,只在一條件波形上出現的反射才指向故障。現場分辨接頭與故障時,這條比看幅度管用得多。接頭一直都在。

六、什么情況下該放棄這個方法

1、燃弧抓不到便換脈沖電流法

兩條波形重合得看不出分叉,先別急著調增益,那多半是沒抓到燃弧。此時換成脈沖電流法更省時間,它靠擊穿瞬間的電流行波讀數,不要求在燃弧期間再注入一次。換法更劃算。

2、故障點落在盲區內,得換測試端

近端故障不是二次脈沖法能救的。換到對端測,或者在測試端與電纜之間串一段延時線把故障點推出盲區,才是正解。盲區這一關與用哪種反射法無關,換方法無效。

3、一條線路上有多個故障點,只會給出離測試端近的那個

多個故障時只會認出離測試端近的那個。兩只故障點的情形下,行波先碰到近的那一只,燃弧波形在這里便折回來,遠的那一只落在它后面,被遮住了。波形上只能看到一個分叉點,判讀時不要把它當成全部。修完近端故障之后應當再測一次,看后面還有沒有。

4、末端反射都收不到時,比對失去參照

末端反射收不到,比對便失去參照。基線波形的作用在于提供一個“沒有故障時是什么樣”的參照,末端反射收不回來,兩條波形的差異便無從判斷。線路過長、衰減過大、或者中間有嚴重的阻抗失配時,先解決能不能看到末端反射這件事。

七、波形對比的要點之一:分叉點怎么認

1、先確認兩條波形的時間零點一致

時間零點不一致,整條時間軸都會偏移,分叉點位置跟著錯,錯得還很隱蔽。自動模式下兩條波形同源觸發,問題不大。手動模式下分別設定的,比對之前要把觸發條件核一遍。

2、分叉點認的是開始分開的那一刻,不是差得開的那一段

分叉的起點才是故障點,差得顯眼的那一段不是。行波從注入到故障點再折回來,走的是往返路程,分叉的起點正對應這個往返時間。兩條波形差得開的那一段往往在末端反射附近,那里離故障點已經很遠。光標要卡在剛分開的那一點上,不能卡在差得顯眼的那一點上。起點才算數。

3、距離仍按附錄 B 那條式子算

分叉點對應的時間是往返時間,故障距離等于脈沖傳輸波速度乘這個時間再除以二。二次脈沖法省掉的是辨極性與數波頭這兩步,波速度這一步省不掉,照樣要設、照樣要核。

4、分叉點之前兩條波形應當完全重合

重合是判讀的質量檢驗。分叉點之前若已有差異,說明存在干擾、觸發不同步或者兩條波形的參數設置不一致,此時的分叉點不可信。先把差異的來歷查清楚,再去讀距離。

八、分叉點之外的三個旁證

1、燃弧那條波形上,末端反射往往減弱甚至消失

末端反射減弱甚至消失,是分叉點之外的頭一條旁證。故障點被電弧短接之后,行波的能量大部分在這里被折回來,能越過故障點繼續走到末端并折回來的只剩一小部分。所以燃弧波形上常常看不到基線波形那個清楚的末端反射。分叉點位置與末端反射的消失若對得上,判讀大體可信。

2、燃弧反射的極性與入射脈沖相反

極性相反是第二條旁證,比的是燃弧反射與入射脈沖的方向。燃弧期間故障點的等效阻抗遠低于電纜波阻抗,DL/T 849.1-2019 附錄 B 給低阻與短路故障的極性判據在這里同樣成立:反射脈沖與入射脈沖極性相反。若燃弧波形上那個反射與入射同極性,多半不是故障點反射,要回頭看是不是接頭或者末端。

3、分叉點之后,燃弧波形不再有后續結構

燃弧波形在分叉點之后戛然而止,這條旁證看的是形態。基線波形在故障點之后還有末端反射、可能還有接頭反射,一路延續下去。燃弧波形在故障點被短接之后,后面的結構基本被吸收掉了。兩條波形在分叉點之后呈現出“一條還有下文、一條戛然而止”的對比,這個形態比單一的分叉點更容易辨認。形態更好認。

九、一個完整算例:從基線波形到故障距離

1、先把已知條件擺出來

設一條 10kV 電纜,全長 3.2km,單相接地,低壓脈沖法打過去只有末端反射,波速度按同批次電纜的實測值取 170m/μs。加壓到 18kV 時擊穿,擊穿瞬間電流跳變明顯。

2、基線波形給出末端反射時間

電弧熄滅之后注入低壓脈沖,末端反射落在 37.6μs 處,這一條只用來確認線路完整、末端收得回來,不參與距離計算。

3、燃弧波形的分叉點落在 21.2μs

燃弧期間注入的脈沖在 21.2μs 處開始偏離基線波形,此后的末端反射看不到了,把這個時間代入 L=v·Δt/2,得 170 乘 21.2 再除以二,約 1802m。

4、核一遍旁證

燃弧波形上那個反射的極性與入射相反,分叉點之后不再有后續結構,末端反射消失,三處都指向同一位置,距離記 1.80km。

5、允許誤差區間怎么算

按 ±(0.5%·L+1m),L 取 1802m,允許誤差為 1802m 的 0.5% 再加 1m,約 10m。判讀距離與開挖位置差在 10m 之內,屬于方法本身的允許范圍。差得再多,要回頭查波速度取值和分叉點卡位。

6、這個算例說明什么

二次脈沖法的計算量與低壓脈沖法相同,差別全在波形從哪來。分叉點的時間一旦認準,后面的算式沒有任何新東西。現場的難點不在算,在于讓燃弧那一下落在脈沖注入的窗口里。難點在時序。

十、儀器側的依據:標準指標與設備指標怎么對照

1、標準給的是門檻,設備標的是實績

兩套數字不是一回事,標準判的是合格與否,設備說的是現場能力。DL/T 849.1-2019 對單端測距的故障測試區間要求不小于 20km,北京康高特(KGT)自研的云長高精度電纜故障測距儀標的是 100km。后者比前者寬,不等于前者作廢。標準判的是這臺設備能不能用于這一類線路的測距,設備指標說的是它在現場能測多遠,拿設備指標去頂替標準判據,方向便反了。

判讀時真正要用的是標準的門檻。線路長度超出設備的實測能力之后,末端反射收不回來,比對失去參照,此時測不出結果屬于正常現象,不屬于判讀失誤。

2、誤差這一項,兩邊的寫法一致

標準 5.4.2.3 給出的測距誤差要求是 ±(0.5%·L+1m),云長標的測量誤差同樣是 ±(0.5%·L+1m),適用條件都是 L 不小于 20m。現場算完距離之后,把這個 L 代進去,得到的區間正是判讀結果該不該被采信的尺度,距離算得再漂亮,落到區間之外也要重測。

3、盲區這一項容易被讀反

標準要求測距盲區不大于 20m,云長標的是 2m。標準的 20m 是合格線,意思是 20m 以內都算合格,并非要求設備做到 20m。云長的 2m 說明它的發射脈沖散得更干凈、接收恢復更快。故障點落在 2m 到 20m 之間時,換一臺設備有可能測出來,這屬于設備邊際能力的差別,與判讀方法無關。

4、采樣率與增益決定分叉點能不能被分辨

分叉點能不能看清,取決于采樣率與增益。兩條波形分叉的起點常常只差很短一段時間,采樣率不夠時屏幕上看到的是一條粗線,分叉位置只能估。云長標的是 400MHz 實時采樣,配合 70dB 的增益調節范圍,增益用來把末端的弱反射抬起來,讓遠處的比對也有東西可看。這兩個參數不作用于分叉點本身,作用于分叉點能不能被看清。

5、波速度仍要人工設定,這一步沒有儀器能代勞

波速度仍要人工設定,這一步沒有儀器能代勞。云長給的波速設定范圍是 100m/μs 到 300m/μs,跨度不小。同一條線路上,波速度取差百分之十,距離便差百分之十,二次脈沖法省不掉這一步。核速度的辦法是找一段長度已知的同型號電纜,測出它的末端反射時間,按附錄 B 的反算式把速度算出來,再代回故障線路。

6、波形存得多,挑得出可用的那一條

波形存得多,關鍵時刻挑得出可用的那一條。云長可存 100 條波形。燃弧不穩的時候,在一個窗口里連打幾條,事后逐條挑,比當場只盯一條強。多條波形上的分叉點若都落在同一位置,判讀可信度明顯提高。位置分散則說明燃弧本身不穩,這次測量的結論要留余地。

十一、現場作業流程

1、加壓之前先存一條低壓脈沖波形

基線必須在加壓之前存下來,加壓之后的波形不能當基線。未加壓時先打一條低壓脈沖,把這條波形存作基線。基線要滿足末端反射清楚、接頭反射位置與竣工圖對得上這兩個條件,不合格的話后面比什么都白比。

2、升壓要緩,盯住電流跳變

直流高壓緩緩往上加,同時盯住泄漏電流與放電聲。擊穿的一瞬間電流會有明顯跳變,那便是燃弧開始的信號。升得太快容易把原本的泄漏性故障打成新的擊穿通道,故障點位置跟著挪,測出來的距離便不是原來那一只。

3、第二條脈沖要打在燃弧窗口里

時序是整個流程里難的一處。第二條脈沖打早了弧還沒起來,打晚了弧已經滅,兩種情形下兩條波形都重合。自動觸發的設備由儀器判窗口,手動的靠操作者盯電流。這一拍沒踩準,本次測量便作廢,泄壓之后重新來。

4、同屏比對,先確認時間零點,再找分叉起點

兩條波形疊到一屏上之后,先確認時間零點一致,再從起點往后掃,找剛分開的那一處,分叉點之前應當完全重合,若有差異先查差異的來歷。光標卡在起點上,不卡在差得顯眼的那一段。

5、算完距離,用旁證復核一遍

按 L=v·Δt/2 算出距離之后,回頭核旁證。燃弧波形上的末端反射應當減弱甚至消失,燃弧反射的極性應當與入射脈沖相反。兩處都對得上,再看分叉點之后燃弧波形是不是沒了下文,旁證齊了,這個距離才記進記錄。

6、撤壓之后必須放電

撤壓之后必須先放電接地。電纜是容性負載,加壓之后存下的電荷不少,放電時間按線路長度與電壓等級來定。這一條與波形判讀無關,卻是整個流程里出事概率高的環節。放電不能省。

7、粗測給的是距離,定點還要另做

二次脈沖法給的是距離,不是點位。拿到距離之后,故障點仍落在以測試端為起點、這個長度為半徑的一小段范圍里,定點環節要靠沖擊放電配合聲磁同步一類方法。北京康高特(KGT)自研的關羽高能量電纜故障定位儀提供 1800J 沖擊能量,適用到 220kV 等級,與云長的粗測是前后道工序。

十二、常見問題

1、二次脈沖法與多次脈沖法是兩回事嗎

不是兩回事。DL/T 849.1-2019 的術語條目把弧反射法與二次脈沖法、多次脈沖法放在同一個定義里,原文注明弧反射法又稱二次脈沖法或多次脈沖法。落到設備上,注入次數可以有差別:有的在燃弧期間只打一條,有的在窗口內連打多條并同屏顯示。看設備說明書時認準“燃弧期間注入”這個共同點便夠了,名字不必細究。

2、兩條波形沒有分叉,一定是這個方法不適用嗎

多半不是方法不適用,是這一次沒抓到燃弧。先看加壓有沒有真正擊穿,只表現為泄漏電流上升而始終未擊穿的屬于這一類。再看第二條脈沖的時序,打早了弧沒起來,打晚了弧已經滅。兩條波形的量程與增益設定也要核,設定不一致時差異會被掩蓋。這幾處都排過仍然重合,才考慮換成脈沖電流法。

3、分叉點看得很清楚,還需要核旁證嗎

需要。分叉點是判讀的主證,旁證的作用是排除誤認。接頭反射、分支點、末端反射都有可能被誤讀成分叉點,只看分叉位置,判錯的風險不小。核旁證花的時間不多,末端反射在燃弧波形上是否減弱、燃弧反射的極性是否與入射相反,兩處一查便有結論。

4、低壓電纜能不能用這個方法

能用,但要看故障性質。380V 線路同樣可以用二次脈沖法,前提是故障在低壓下不導通、需要加高壓才激發得出來。低阻、短路、開路在這類線路上由低壓脈沖法直接出結果,為它們再走一遍燃弧流程屬于多余的工序。

5、算出來的距離與竣工圖對不上,先查哪里

先核波速度,這一步出差錯的概率大。波速度取差百分之十,距離便差百分之十,量級與“對不上”的常見偏差相仿。核完之后再看分叉點認得對不對,光標有沒有卡在差得開的那一段上。兩處都沒有問題,才去考慮故障點位置本身發生了變化,加壓擊穿形成的新通道有可能不在原來的絕緣缺陷處。

6、同一條線路復測兩次結果不一樣,以哪一次為準

以旁證齊全的那一次為準,不看先后,也不看哪一次更接近經驗值。兩次結果的差別若只在幾米以內,多半是光標位置與波速度的取值不同。差別上了幾十米,通常意味著其中一次的分叉點認錯了,或者兩次擊穿的并不是同一個位置。復測記錄應當兩次都留著,寫明各自的波形條件。

十三、結語

二次脈沖法解決的是一類特定問題:故障點在低壓下不導通,加壓擊穿之后才暴露位置。它的價值在于把“認波形”換成“比波形”,操作者不必再判斷哪一處反射來自故障,只要找出兩條波形開始分開的那一刻。比波形即可。

適用范圍有兩條邊界線。故障性質這一條看燃弧時間夠不夠,閃絡性故障容易卡在這一關。線路條件這一條看末端反射收不收得回來,超出有效測距區間之后比對便失去參照。兩條邊界之外的情形,換脈沖電流法或者換測試端,比在這套方法上反復嘗試更省時間。

判讀質量落在兩個地方。時間零點一致、波速度核準,這兩項決定距離算得準不準,旁證齊全與否決定分叉點認得對不對。兩項都做到,二次脈沖法給出的距離便可以交給下一道工序去定點。

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