西安交通大學宋辭、穆海寶 等：基于脈沖頻域反射法的電纜缺陷檢測技術

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導語

為滿足電纜缺陷輕量化、精準化和快速化檢測需求，該文提出了一種基于脈沖頻域反射法的電纜缺陷檢測技術。脈沖頻域反射法旨在使用寬頻脈沖信號替換傳統頻域反射法的掃頻信號，使得檢測方法同時具備時域反射法的快速性和頻域反射法的精準性。仿真和實驗表明脈沖頻域反射法對設備要求低、響應迅速，并且可以準確地定位缺陷并識別極性。此外，在電纜首端阻抗失配的情況下，診斷結果不會產生首端遮蔽區，具備較高的工程實際應用價值。

研究背景

電纜缺陷檢測技術有助于提前發現電纜缺陷，避免其轉化為永久性故障導致電纜停運。而行波反射法因為其無損性和高效性被廣泛用于電纜缺陷檢測中。目前運用于工程實際的行波反射法主要為時域反射法和頻域反射法。雖然頻域反射法相比時域反射法擁有更高的缺陷定位精度和靈敏度，但頻域反射法需要更多的信號處理模塊和更長的檢測時間，這制約了頻域反射法設備輕量化和快速化的發展。因此，亟需一種新型的電纜缺陷檢測技術兼顧時域反射法和頻域反射法的優勢，滿足電纜缺陷檢測的工程實際需求。

圖1傳統頻域反射法測試原理圖

論文所解決的問題及意義

脈沖頻域反射法使用寬頻脈沖信號替換傳統頻域反射法的掃頻信號，既保留了頻域反射法對缺陷定位的精準性，又具備了時域反射法的快速性和對硬件設備的低需求，同時診斷結果不會出現首端遮蔽區，有助于電纜缺陷檢測設備的輕量化、精準化和快速化發展。

圖2 脈沖頻域反射法實現電纜缺陷診斷流程圖

論文方法及創新點

1、脈沖信號與頻帶范圍

圖3梯形脈沖時頻分布

提出以寬頻梯形脈沖信號獲取電纜傳遞函數，通過改變梯形脈沖時間參數可以調節梯形脈沖頻帶范圍以滿足不同電纜的檢測要求。傳統頻域反射法使用的掃頻信號的頻帶同樣可以自由調節，但梯形脈沖在時域上的持續時間僅為ns級別，遠小于掃頻信號，這就意味著梯形脈沖入射信號很難與反射信號發生混疊，即時域上允許分離入射信號和反射信號，這就避免了使用功分器和定向耦合器分離入射信號和反射信號，有利于檢測設備的小型化和輕量化發展。

2、頻帶匹配技術

頻域反射法的本質是利用電纜的傳遞函數反演出缺陷對沖激信號的響應。雖然本文使用的梯形脈沖信號能量覆蓋全頻帶，但是高頻能量微弱，高頻部分獲取的電纜傳遞函數并不可靠。頻帶匹配技術確定梯形脈沖信號的頻帶上限為極大值的5%，并處于第一個極小值前，有效保證了用于缺陷診斷的傳遞函數的可靠性。

表1 梯形脈沖信號有效頻帶范圍

3、分立判定方法

通過對梯形脈沖激勵得到的電纜傳遞函數進行頻譜分析可以得到電纜缺陷的診斷函數。診斷函數的本質是通過傳遞函數反演出窗函數響應的復信號，取診斷函數的實部即可將復信號轉化為實信號。

實信號雖然同時包含缺陷位置和極性信息，但由于傳遞函數的頻帶并非無限長，反演出的缺陷反射信號將出現由極性波動引起的振蕩，影響定位結果。因此，本文采用分立判定方法解決這一問題：取診斷函數幅度作為缺陷定位曲線，取診斷函數實部作為極性判斷曲線，將缺陷定位結果帶入極性判斷曲線即可實現缺陷極性的判定。

圖4 脈沖頻域反射法、BIS法和RCS法對10kV配電電纜破損缺陷檢測結果

相比于BIS法和RCS法，脈沖頻域反射法檢測時間短，檢測結果無遮蔽區并且可以直觀判定缺陷極性。此外，脈沖頻域反射法不需要額外的硬件分離入射信號和反射信號。由此可見，脈沖頻域反射法更易于滿足電纜缺陷檢測的輕量化、精準化和快速化需求。

表2 脈沖頻域反射法、BIS法和RCS法對10 kV配電電纜51 m處破損缺陷檢測結果比較

結論

脈沖頻域反射法使用寬頻脈沖信號替換掃頻信號使得檢測方法同時具備時域反射法的快速性和頻域反射法的精準性。相比于傳統頻域反射法，脈沖頻域反射法對設備要求低、響應迅速，可以準確地定位缺陷并識別極性，并且在電纜首端阻抗失配情況下診斷結果不會產生遮蔽區，有利于滿足電纜缺陷檢測輕量化、精準化和快速化的需求。

團隊介紹

西安交通大學“高壓放電與等離子體團隊”由張冠軍教授領銜，團隊現有教授5人、副教授/副研究員5人、助理教授1人、工程師2人、在讀碩博研究生80余人。團隊多年來專注高電壓絕緣與放電等離子體領域，開展氣、液、固與真空的復合絕緣放電與狀態評價、等離子體技術研究與工程應用，涉及電氣工程與材料、航天、生物醫學、農業和國防等多個領域和學科交叉。

• 宋辭，博士研究生，研究方向為電纜缺陷檢測與行波保護。

• 穆海寶，教授，博士生導師，研究方向為電力設備狀態檢測與評估、電氣設備絕緣耐電性能提升、微放電等離子體等。

本工作成果發表在2026年第5期《電工技術學報》，論文標題為“基于脈沖頻域反射法的電纜缺陷檢測技術“。

引用本文

宋辭, 穆海寶, 鄒星宇, 成子謙, 王帥. 基于脈沖頻域反射法的電纜缺陷檢測技術[J]. 電工技術學報, 2026, 41(5): 1795-1804. Song Ci, Mu Haibao, Zou Xingyu, Cheng Ziqian, Wang Shuai. Cable Defect Detection Technology Based on Pulse Frequency Domain Reflectometry. Transactions of China Electrotechnical Society, 2026, 41(5): 1795-1804.

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