[摘要] 从原理、效果等方面比较二次脉冲法和三级脉冲法，阐述其本质差别。

关键词: 电缆故障测距 二次脉冲 三级脉冲 弧短路 燃弧时间 采样成功率

引言

高阻故障（除短路、开路以外的故障）时需要施加高压脉冲来击穿故障，再跟据放电电流波形特征分析故障点距离，这就是高压闪络法。从理论上讲，放电电流波形是有一定周期性的，根据周期性就能确定出故障点距离；而实际采样时，受多种因素的影响，其周期性比较难判断，难以实现电缆故障定位。

二次脉冲法和三级脉冲法可将高阻故障的放电电流波形变为低压脉冲短路波形，解决了高阻故障测距存在的问题。其基本原理是通过击穿故障点并保持燃弧短路一定时间，使高阻故障瞬间变成短路故障，然后在燃弧短路稳定期触发测量脉冲采样，则此刻的采样波形必然是“低压脉冲短路波形”。

对同一故障点，击穿故障点并燃弧短路所需最小击穿电压Uj,min和维持燃弧短路所需最小电压Ur,min是一定的。燃弧短路过程就是脉冲能量的释放过程，当脉冲能量释放到一定程度，即维持燃弧电压低于Ur,min时燃弧熄灭，燃弧短路断开，能量释放终止，故障从瞬间短路恢复到原来的高阻状态。故障点的燃弧短路时间t与脉冲能量P、击穿电压Uj及维持燃弧短路最小电压Ur,min的关系密切。因此，本文从脉冲能量P的释放过程和击穿电压Uj与燃弧短路时间t的关系入手，阐述二次脉冲法和三级脉冲法的差异。

1 二次脉冲法

二次脉冲法采用限流技术来延缓脉冲能量P的释放，它将“无源的二次脉冲产生器”串联在“高压脉冲电源”与“故障电缆”之间来构成二次脉冲测试系统。二次脉冲法接线如图1所示。

（1）第一次脉冲：高压脉冲击穿故障点，使电容器C中储存的能量通过R限流后在故障点处释放。

（2）第二次脉冲：二次脉冲产生器随机发送的测量脉冲，传至故障点采样。

图1 二次脉冲法接线图

由此可知，二次脉冲的燃弧能量P是由电容器C中所储能量提供，经电阻R限流后，能量释放得到减缓，从而达到延长燃弧时间T2（不超过微秒级）目的。二次脉冲法燃弧过程的U-T曲线图如图2所示。

图2 二次脉冲法燃弧过程的U-t曲线图

由于电阻R的限流要损失一定的击穿能量，因此二次脉冲的击穿电压设定值Uj是未知的，测试过程中需要不断调整才能获得适当的击穿电压。通常，击穿电压Uj要高于最小击穿电压Uj,min30%以上，即Uj≥Uj,min（1＋30%）。又由于二次脉冲的燃弧过程不稳定，测量脉冲是随机发送的，因此需要不断调整击穿电压Uj及多次发送测量脉冲，才能成功采集到波形。 二次脉冲法采样时需要一次触发8个（或更多）测量脉冲，且操作者须从这8个波形中辨别出 “成功波形”，而在测量环境恶劣的情况下采集到的波形尤为复杂，几乎没有成功波形。

2 三级脉冲法

三级脉冲法采用蓄能燃弧技术，它将“有源的中央控制单元”串接在“直流高压源”和“故障电缆”之间构成三级脉冲测试系统。脉冲发送的顺序及时刻，均由中央控制单元自动控制完成，与操作人员无关。三级脉冲法接线如图2所示。

（1）第一级脉冲:高压击穿故障点后，电容器C1上所储能量P1施加至故障点。

（2）第二级脉冲:中央控制单元的储能装置C2的能量P2也加至故障点。

（3）第三级脉冲:燃弧稳定后，控制系统发送测量脉冲采样。

图3 三级脉冲法的接线图

由此可知，三级脉冲法的燃弧能量P是由高压脉冲电容C1所储能量P1和有源蓄能装置C2所储能量P2共同提供，即P= P1+ P2，且能量P2的释放受控于控制系统并以小电流、稳定燃弧形式进行。由于有了外界能量的补充，故障点处的弧短路时间t3从微秒级延长至毫秒级，达到了量级的变化，同时使得击穿燃弧并不消耗第一级的脉冲能量，相反还有一定的补充作用，因此三级脉冲法的击穿电压设定值Uj与最小击穿电压Uj,min相当，即Uj=Uj,min。通常，Uj,min在三级脉冲测试前是已知的，因此不需要调整击穿电压设定值Uj。三级脉冲法燃弧过程的U-t曲线图如图4所示。

图4 三级脉冲法燃弧过程的U-t曲线图

三级脉冲具有足够长的弧短路时间，并能在燃弧稳定期自动触发测量脉冲采样，从而保证每次触发的测量脉冲都能采到弧短路波形。在蓄能燃弧的基础上，三级脉冲法在燃弧稳定的整个时间段t3内，采用了分时刻多次控制触发测量脉冲技术，即将t3分为8个时段后，分时段触发8次测量脉冲，从而保证了三级脉冲采样不受故障点环境的影响，即使在极端环境下（故障点在水中）也能成功采集波形。三级脉冲法的采样波形是在燃弧稳定期控制触发测量脉冲而获得的，所以其波形与“低压脉冲短路波形”几乎一致，极易判读，大大提高了测试成功率。

3 比较

综上所述，二次脉冲法和三级脉冲法存在以下差异：

（一）三级脉冲的蓄能燃弧技术优于二次脉冲的限流技术。三级脉冲的稳弧控制触发技术是二次脉冲随机触发无可比拟的。

（二）三级脉冲的弧短路时间可达毫秒级；而二次脉冲的弧短路时间只是微秒级。

（三）三级脉冲的中央控制单元可控制测量脉冲在最佳时刻触发采样；而二次脉冲是随机触发测量脉冲。

（四）在击穿燃弧的前提下，三级脉冲法不受故障点环境的影响，采样成功率近100%；而二次脉冲的采样是随机的，需一次发多个测量脉冲，故障点环境不理想时几乎采不到成 功波形，因此采样成功率低。

（五）三级脉冲法是在中压续弧的稳定期采样获得波形的，此波形几乎与“低压脉冲短路波形”无差异，极易判别；二次脉冲法是在高压燃弧瞬间采样获得波形的，燃弧不稳定、干扰大，所采波形乱、一致性差、不易判别。

参考文献：西安华傲通讯技术有限责任公司《KC—900电缆故障快测系统使用说明》[R]; 张国栋，孙雷《电力电缆及其故障分析与测试》[M ]陕西科学技术出版社,1994; 于景丰，赵锋《电力电缆实用技术》[M]。北京：中国水利水电出版社，2003