文档介绍：2
信号电缆故障查找方法及应用
摘要：信号电缆作为信号设备控制、采集和供电的重要连接设备，可靠性要求非常高，一旦发生故障将严重影响运输作业。信号电缆接地和断线是车站和区间信号设备常见的故障之一，在介绍常用的几种信号电缆故障查是基于电波在传输线中的传输时遇到线路阻抗不均匀而产生反射的原理。
根据传输线理论，每条线路都有其一定的特性阻抗Zc，它由线路的结构决定，而与线路的长度无关。在均匀传输线路上，任一点的输入阻抗等于特性阻抗，若终端所接负载等于特性阻抗，线路始端发送的电流波或电压波沿线传送，到达终端被负载全部吸收而无反射。当线路上任一点阻抗不等于Zc时，电波在该点将产生全反射或部分反射。反射的大小和极性可用反射系数P表示，其关系式如下：
Zo-Zc
Zo＋Zc
U入(入射波幅度)
U反(反射波幅度)
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P＝＝ (1)

式中：Zc为传输线的特性阻抗
Zo为传输线反射点的阻抗
(1)当线路无故障时，Zo＝Zc，P＝0，无反射。
(2)当线路发生断线故障时，Zo＝∞，Ｐ＝1，线路发生全反射，且反射波与入射波极性相同。
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(3)当线路发生短路时，Zo＝０，P＝-1，线路发生负的全反射，反射波与入射波相性相反。
当线路输入一个脉冲电波时，该脉冲波便以速度V沿线路传输，当行Lx距离遇到故障点后被反射折回输入端，其往返时间为T，则可表示为：
２
１
2Lx＝VT
∴ Lx＝ VT (2)
T
P=1断线故障
P= -1短线故障
P=０线路匹配无故障
V为电波在线路中的传播速度，与线路一次参数有关，对每种线路它是一个固定值，可通过计算和仪器实测得到。将脉冲源的发射脉冲和线路故障点的反射波以一显示器实时显示，并由仪器提供的时钟信号可测得时间T。因此线路故障点的距离Lx便可由(2)式求得。不同故障时的波形图如图1所示。
　图1 不同故障的反射波形
    工作原理：
    测试时，在故障芯线上注入低压脉冲发射波形，该脉冲沿电缆进行传播直到阻抗失配的地方，如象中间接头、短路点、开路点或终端头等，在这些点上都会引起波的反射。我们可以看到当故障相处于低阻或短路状态时，反射系数为-1~0之间，故障点的反射波形为负反射。在电缆的中间接头处由于阻抗的失配也将出现反射，但波形均比较小，由此我们可以判断出电缆的中间接头的距离。
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    如果故障点的负载阻抗ZL大于电缆的特性阻抗Z0 ，电缆将会出现0~1之间的正反射。如ZL 远远大于Z0时该故障点将没有反射波形或波形很小不宜观察。而该脉冲到达终点时，将在电缆的终端出现正反射。故我们观察到的波形为终端波形。显示距离为电缆的全长。而将信号加到好芯线时出现的是电缆的全长。
故障的性质可由反射波形的方向来决定。当我们在电缆的始端加正极性信号时，如果电缆的反射波形为同方向的正极性波形，则该电缆故障为高阻故障反之为低阻故障，或电缆短路。（这里强调一点：波形反映出来的高阻或低阻故障是针对故障点的阻抗与电缆的特性阻抗之比的特性，而不是我们日常用兆欧表测量出来的高阻或低阻，一般来讲我们将故障点阻抗大于500欧姆的统称为高阻。）
    故障距离由测量脉冲与回波脉冲之间的时间差计算出来，这就涉及到我们前面讲到的电波在电缆中传播的速度问题，高频电波在短线传输时是以一定的速度进行传播的，而且电波的传播速度与电缆的介质有关。例如对于普通信号电缆其传播速度为201M/US，对于信号数字电缆其传播速度为252M/US等。高频脉冲在T时间段内，由电缆端头以VP的速度向故障点传播，到达故障点后经过反射，又以VP的速度返回，共行进路程为2倍的始端到故障点的距离，由物理学距离计算公式 S=V×T 可知，实际端头到故障点的距离为 S=V×T / 2, 该距离可通过电缆故障测试仪的显示屏幕直接读出。
脉冲法测试要点主要有以下几点：
   
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1、脉冲测量法可以直观的从电缆故障测试仪中观察出电缆故障点是开路或着是短路的性质。对于低阻、短路和开路故障最简单的测试方法就是脉冲测量法。
    2、电波传播中如发生阻抗不匹配将发生反射，现场测试中，由于干扰和电缆接头多、进水等原因，造成波形复杂，有时会误导测试结果，因此，需要多测试同根电缆里良好的芯线的波形来对比。另如果可能，应从电缆的另一段也进行测试，再将数据综合比较确定。
    3、不同的电缆的传播速度不同，正确输入波速很重要。现场使用的信号电缆，目前管