西安交通大学宋辞、穆海宝 等：基于脉冲频域反射法的电缆缺陷检测技术

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导语

为满足电缆缺陷轻量化、精准化和快速化检测需求，该文提出了一种基于脉冲频域反射法的电缆缺陷检测技术。脉冲频域反射法旨在使用宽频脉冲信号替换传统频域反射法的扫频信号，使得检测方法同时具备时域反射法的快速性和频域反射法的精准性。仿真和实验表明脉冲频域反射法对设备要求低、响应迅速，并且可以准确地定位缺陷并识别极性。此外，在电缆首端阻抗失配的情况下，诊断结果不会产生首端遮蔽区，具备较高的工程实际应用价值。

研究背景

电缆缺陷检测技术有助于提前发现电缆缺陷，避免其转化为永久性故障导致电缆停运。而行波反射法因为其无损性和高效性被广泛用于电缆缺陷检测中。目前运用于工程实际的行波反射法主要为时域反射法和频域反射法。虽然频域反射法相比时域反射法拥有更高的缺陷定位精度和灵敏度，但频域反射法需要更多的信号处理模块和更长的检测时间，这制约了频域反射法设备轻量化和快速化的发展。因此，亟需一种新型的电缆缺陷检测技术兼顾时域反射法和频域反射法的优势，满足电缆缺陷检测的工程实际需求。

图1传统频域反射法测试原理图

论文所解决的问题及意义

脉冲频域反射法使用宽频脉冲信号替换传统频域反射法的扫频信号，既保留了频域反射法对缺陷定位的精准性，又具备了时域反射法的快速性和对硬件设备的低需求，同时诊断结果不会出现首端遮蔽区，有助于电缆缺陷检测设备的轻量化、精准化和快速化发展。

图2 脉冲频域反射法实现电缆缺陷诊断流程图

论文方法及创新点

1、脉冲信号与频带范围

图3梯形脉冲时频分布

提出以宽频梯形脉冲信号获取电缆传递函数，通过改变梯形脉冲时间参数可以调节梯形脉冲频带范围以满足不同电缆的检测要求。传统频域反射法使用的扫频信号的频带同样可以自由调节，但梯形脉冲在时域上的持续时间仅为ns级别，远小于扫频信号，这就意味着梯形脉冲入射信号很难与反射信号发生混叠，即时域上允许分离入射信号和反射信号，这就避免了使用功分器和定向耦合器分离入射信号和反射信号，有利于检测设备的小型化和轻量化发展。

2、频带匹配技术

频域反射法的本质是利用电缆的传递函数反演出缺陷对冲激信号的响应。虽然本文使用的梯形脉冲信号能量覆盖全频带，但是高频能量微弱，高频部分获取的电缆传递函数并不可靠。频带匹配技术确定梯形脉冲信号的频带上限为极大值的5%，并处于第一个极小值前，有效保证了用于缺陷诊断的传递函数的可靠性。

表1 梯形脉冲信号有效频带范围

3、分立判定方法

通过对梯形脉冲激励得到的电缆传递函数进行频谱分析可以得到电缆缺陷的诊断函数。诊断函数的本质是通过传递函数反演出窗函数响应的复信号，取诊断函数的实部即可将复信号转化为实信号。

实信号虽然同时包含缺陷位置和极性信息，但由于传递函数的频带并非无限长，反演出的缺陷反射信号将出现由极性波动引起的振荡，影响定位结果。因此，本文采用分立判定方法解决这一问题：取诊断函数幅度作为缺陷定位曲线，取诊断函数实部作为极性判断曲线，将缺陷定位结果带入极性判断曲线即可实现缺陷极性的判定。

图4 脉冲频域反射法、BIS法和RCS法对10kV配电电缆破损缺陷检测结果

相比于BIS法和RCS法，脉冲频域反射法检测时间短，检测结果无遮蔽区并且可以直观判定缺陷极性。此外，脉冲频域反射法不需要额外的硬件分离入射信号和反射信号。由此可见，脉冲频域反射法更易于满足电缆缺陷检测的轻量化、精准化和快速化需求。

表2 脉冲频域反射法、BIS法和RCS法对10 kV配电电缆51 m处破损缺陷检测结果比较

结论

脉冲频域反射法使用宽频脉冲信号替换扫频信号使得检测方法同时具备时域反射法的快速性和频域反射法的精准性。相比于传统频域反射法，脉冲频域反射法对设备要求低、响应迅速，可以准确地定位缺陷并识别极性，并且在电缆首端阻抗失配情况下诊断结果不会产生遮蔽区，有利于满足电缆缺陷检测轻量化、精准化和快速化的需求。

团队介绍

西安交通大学“高压放电与等离子体团队”由张冠军教授领衔，团队现有教授5人、副教授/副研究员5人、助理教授1人、工程师2人、在读硕博研究生80余人。团队多年来专注高电压绝缘与放电等离子体领域，开展气、液、固与真空的复合绝缘放电与状态评价、等离子体技术研究与工程应用，涉及电气工程与材料、航天、生物医学、农业和国防等多个领域和学科交叉。

• 宋辞，博士研究生，研究方向为电缆缺陷检测与行波保护。

• 穆海宝，教授，博士生导师，研究方向为电力设备状态检测与评估、电气设备绝缘耐电性能提升、微放电等离子体等。

本工作成果发表在2026年第5期《电工技术学报》，论文标题为“基于脉冲频域反射法的电缆缺陷检测技术“。

引用本文

宋辞, 穆海宝, 邹星宇, 成子谦, 王帅. 基于脉冲频域反射法的电缆缺陷检测技术[J]. 电工技术学报, 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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