1、脉冲回波返射法之电子管、晶体管阶段 我国第一台电缆故障检测仪DGC—711可以 等同于一台示波器，因为其电路与一般脉冲示 波器相似，所不同的是采用了贮能示波管。利 用其可有限保持瞬时暂态信号波形的特性(通常 可保持十几秒钟)来观察故障点放电时所采集的 电压波形，用照像机拍照记录再分析冲洗出的 照片上的波形，以此计算出故障点的距离。为 了分析方便，仪器在同屏显示中设计了光标尺 (电刻度波)。所以，直到今天还有专家采用存贮 示波器测电缆故障皆缘于此。
图1-11 笔记本电脑型电缆仪组成框图
实测 测形 电脑真采 显示屏 输入 电路 高速A/D 转换器 笔记本 电脑 打印机 闪络
脉冲
低压脉冲 发生器
功能 键盘
鼠标
图1-12 智能电缆仪原理框图
软件方面由刚开始采用汇编语言过渡到高级 语言编程，工作平台由DOS升级为Win 98，全中 文视窗界面，软件功能强大而丰富，使人机对话 进一步友好。 3.2采样方式的改变
1、电阻电桥法 上个世纪七十年代以前，世界各工业发达国家都 广泛采用此种方法，被称为“经典”方法。几十 年来几乎没有什么质的变化，对于短路故障及低 阻故障的测试甚为方便。
C L全长 R1 A
A
E
R2 D
Lx
Lo
1-1 电阻电桥法测试连线图
C R1 R L全长 全长+Lo 全长
A R2
A
Rx D E
改革开放20多年来，我国国民经济迅猛发展， 各种类型的电力电缆在全国的各工矿企业、事业 单位得到了广泛的应用，特别是近几年城网和农 网改造以来，城市美化日益突出，大量的架空线 路下地，使得电缆的用量进一步加大。供发电、 石化、钢铁、机场、港口、油田等许多供电场合， 几乎全都采用了电力电缆供电。好处：安全方便、 线损小、受自然的影响小。但是在供用电力电缆 过程中，一旦发生故障，很难较快地寻测出故障 点的确切位置，不能及时排除故障恢复供电，往 往造成停电停产的重大经济损失。所以，如何用 最快的速度、最低的维护成本恢复供电是各供电 部门遇到故障时的首要课题。
测试波形
存 储 示 波 器 显 示 屏
扫描基线 光标尺
图1-5
DGC—711电缆故障测试仪面板显示部分示意图
线路输入
刻度波
Y X
储 存 示 波 管
脉冲 闪络
主控 脉冲 锯齿波
低压 脉冲
增辉方波
图1-6 DGC—711闪测仪基本原理框图
基于当时的技术及元器件水平，DGC—711 全部由分立元件组装而成，因此，各项功能均采 用手动切换。做高压脉冲测试时（闪络）取样方 式也和国外一样，采用电阻分压法。 主要技术指标：测试距离：10km 测试盲区：＜30m 30m 仪器电源：~220V 50Hz
了半自动化。与第一代电缆故障测试仪相比，此 阶段电缆故障检测仪在信号处理技术上是一个大 的飞跃。它充分利用微处理器庞大的数据处理功 能及丰富的软件，彻底改变了原来用贮存示波管 观察瞬态模拟波形，用人工估读故障波形距离的 传统方法，做到了一次采样获得的瞬态波形可以 永远显示、保存，并且用光游标自动跟踪故障特 征波形，自动换算故障点距离，自动数字显示， 自动打印等。还可以根据不同种类的电缆电波传 输速度自动修正测试距离……。可以说基本上实 现了电缆故障测试半自动化、半智能化，提高了 仪器的可靠性、稳定性。读数误差减小，测试精 度明显提高。
其中：R1、R2为已知电阻，K = R1 R2 高压电桥法测电缆故障连线图与低压电阻电桥 法相同。此种方法的优点是再也不用“烧穿”法 先降低故障相绝缘电阻，使其变成低阻才能测试， 即大家常形容的“边烧穿边粗测”。 二、现代新技术的应用 通过前面的分析，我们了解到电桥法实质上只能 解决电缆部分故障的测试。而电缆的故障千奇百 怪，三相全坏的情况常有发生。为了解决诸多难 题，同时也为了方便各种故障的测试，因此，通 过西安电子科技大学(原西北电讯工程学院)和西 安供电局科研人员的合作攻关，我国才有了真正
Lx = k +1
其中：R1、R2为已知电阻通过上式可以看出，只 要知道电缆的准确长度L全长，就能精确算出故障 点的距离。 2、电容电桥法 当电缆是开(断)路故障时，若再采用测量电阻电 桥法将无法测出故障点的距离，因为直流电桥测 量臂未能构成直流通道。在此只能采用交流电源， 根据电桥平衡原理测量出电缆好相及故障相的交 流阻抗值。由于电缆被视为“均匀的传输线”， 其上分布电容与电缆长度成正比，以此推算出故 障点的距离（在此略去计算公式推导，只给出结 论）即： L x = K × L全长
电力电缆 故障测试技术
闵争斌 西安福润德电子科技有限公司
目 录 第一章 电力电缆故障测试技术发展历史及今 后方向 一、传统技术的应用 二、现代技术的应用 三、今后发展方向:虚拟仪器 多次脉冲 今后发展方向 虚拟仪器,多次脉冲 虚拟仪器 第二章 电力电缆故障测试中应注意的几个问 题 一、电缆故障产生的因素 二、电缆故障测试所需的设备及用途 三、电缆故障性质判别及测试步骤 电力电缆故障粗测（预定位） 第三章 电力电缆故障粗测（预定位）方法 一、测试原理
全性很高，所以有些制造厂家又回到了老路 上，运用单片机技术及电子技术改造电桥，使其 智能化。 此类仪器采样频率在20—25MHz，测试距离 15—20Km，测试盲区大多在15—25米左右。 3、计算机及网络技术阶段 3.1硬、软件技术的改进 新世纪伊始，随着计算机技术的进一步发展，电 脑走进了千家万户。人们不再满足于仪器的“简 单”使用，于是就出现了信号采集和显示、分析 等功能的分解。即通过前置器采样信号并处理后 送入笔记本电脑，在电脑上显示波形，采用专用 软件完成对波形的分析、存取、阅读、比较等， 给出最终的结果。
意义上的电缆故障检测仪。 仪器的基本原理应用 了微波传输(雷达测距)理论，即脉冲法。无论低 压脉冲法还是高压脉冲法均是依据微波在“均匀 长线（电缆）”传输中，因其某处(故障点)特性 阻抗发生变化对电波的影响来微观地分析电波相 位、极性及幅度等物理量的变化，来测得电波传 输到故障点的时间再计算出故障点的距离。 即： S = 1 vt 2 其中：v — 电波在不同介质电缆中的传输速度。 t — 电波从始端到故障点再返回始端的时间。 在我国电缆故障检测仪的发展基本上经历了 三个阶段：
标准波形 储存系统
输入 电路
高速A/D 转换器
CPU 控制系统
CRT/LC D 显示器 微型 打印机
闪络 脉冲 K 低压脉冲 发生器 功能键 面板
图1-8 电缆仪基本原理框图
图1-9 电缆故障测试仪面板示意图
主机性能虽得到了大幅度改善和提高，但又 一个遗留的难题并未解决---高压分压取样方式。 继续延用水电阻分压，意味着在高压脉冲的测试 中若主机接地不良(或遗忘)、误操作、水电阻老 化爆裂均会损坏仪器，严重时造成人身伤害。所 以，象西安等一些大的供电局在自编的《操作规 程》中明文规定：测试前必须检查判别水电阻等 的好坏，一切良好才能使用。
这一时期的产品在采样频率上明显有了提高， 最高达40MHz，大大提高了仪器的响应速度和分 辩率,仪器的操作已趋鼠标化。 测试距离最大到 40km，测试盲区15米左右。同时仪器采用了高集 成化及SMT(表面贴装)技术，更加小巧，便携、 可靠，实现“一包一箱”结构。
笔记本电脑 信号前置处理器 待测电缆
JS VT PT
L 电缆 R1
～220V
C
R2
DGC-711 故障测试仪
图1-7 DGC—711电缆仪高压脉冲法(冲闪法)测试连线图
图1-7中R1分压电阻常用水电阻(约51K )， 才能满足大功耗宽电压范围的要求。小电感L(或 R)是用于取出故障点闪络波形，故称为冲L(R) 法。 上世纪70年代第一代电缆故障检测仪的研 发成功填补了我国当时在此领域的一项空白， 发挥了相当大的作用。但测试精度差、误差大、 笨重、不易操作、贮存示波管易老化等是此阶 段仪器的重要缺陷。随着电子新技术的出现， 人们对仪器提出了更高的要求，创新势在必行。 2、单片机技术用于电缆故障检测阶段 上世纪90年代初期，国内电缆故障检测仪在电 路设计中大多采用了 CPU处理器、高速的A/D 转换器、单片机编程控制等新技术，初步实现
其中：R1、R2为已知电阻， K = R2 R1
C R1 L全长 A mA A
Cx Co
50HHz
～
R2 D
LxΒιβλιοθήκη Lo图1-3电容电桥法测试连线图
C R11 Xco
A R21
A
Xcx1 D ～ 50Hz
B
图1-4 等效电路
依据上式，已知电缆全长就可算出故障点距 离。由于此类故障实际中出现机会较少，所以不 常使用。 3、高压电桥法 电阻电桥法和电容电桥法解决的电缆故障类 型很单一，局限性很大。通常电缆出故障往往都 是综合性的，而且大多数故障都是泄漏高阻(已形 成固定泄漏通道的一类故障)或闪络高阻(未形成 固定泄漏通道的一类故障)。为了解决实际面临的 难题，人们想到了通过提高直流电桥输出电压(通 常可达10kV)，使故障点击穿，形成瞬间短路，测 量出故障点两侧段电缆的直流电阻值，推算出故 2 L全长 障点距离，即： Lx = k +1
B
图1-2 等效电路
电阻电桥法顾名思义，即利用电桥平衡原理， 以电缆某一好相为臂组成电桥并使其达到平衡， 测量出故障点两侧段电缆的直流电阻值，同时将 电缆视为“均匀的传输线”，那么电阻的比值与 电缆长度的比值成正比，以此推导出故障点距测 试端的距离（在此略去计算公式的推导，只给出 结论）即： 2 L全长
在国外，六十年代末期英国首先研制出了世 界上第一台电缆故障闪测仪。我国在七十年代初 期由西安电子科技大学（原西北电讯工程学院） 和西安供电局联合研制出了我国第一台贮存示波 管式电缆故障检测仪DGC—711，91年推出智能 型电缆仪，即采用单片机技术，实现简单编程完 成测试功能，显示方式也大多采用液晶（LCD） 及显像管（CRT）。 一、传统技术的应用 所谓传统技术是指用电桥法来解决电缆故障的方 法，我国第一代电缆故障测试方面的专家们均熟 悉并熟练掌握了此项技术，现在使用此方法的人 已不多见。无论是电阻电桥法，还是电容电桥法， 甚至后来的高压电桥法，缺点是要求电缆必须有 一个好相，若三相均坏则无法组成“桥”根本不 能进行测试。