确定导电体上故障位置的方法和部分放电定位系统

1.一种确定沿着导电体上故障位置的方法，该导电体有近端和 远端，包括以下步骤：
把电压信号加到所述导电体的近端，用于激励所述导电体足以在 其中的任何所述故障处放电，所述导电体的作用是至少传播多个脉冲 中的一个脉冲，多个脉冲包括：主脉冲，响应于所述电压信号对导电 体的激励，它从任何所述故障处发出并朝着所述导电体近端传播；第 一个反射脉冲，对应于所述主脉冲在所述导电体远端的反射；第二级 脉冲和高级脉冲，对应于所述第一个反射脉冲在所述导电体近端和远 端中对应一个的反射；和瞬态干扰脉冲，它经所述导电体周围的环境 耦合到所述导电体；
存储与所述导电体长度有关的数据，所述数据选自：所述主脉冲 和所述多个脉冲中至少一个脉冲沿着所述导电体传播的传播时间，所 述导电体的长度，和所述主脉冲和所述多个脉冲中所述至少一个脉冲 沿着所述导电体传播的速度；
利用所述数据建立对应于所述导电体长度的参考缓冲器；
初始化所述参考缓冲器到零；
从所述导电体中得到多个样本，对应于任何所述多个脉冲的幅 度；
在工作缓冲器中存储所述多个样本；
在所述工作缓冲器中扫描所述多个样本，用于查找所述多个脉冲 中的一个脉冲，该脉冲的幅度值大于预定的信号电平；
存储选取的所述多个样本中的样本作为临时缓冲器中的各项，所 述选取的样本包括：对应于所述幅度值大于预定信号电平的所述脉冲 的样本和存储在所述工作缓冲器中所述多个样本中随后的样本，所述 选取的样本数目对应于所述导电体的长度；
归一化所述临时缓冲器中的所述各项，使得幅度值大于预定信号 电平的所述脉冲的幅度为1；
把所述临时缓冲器中的所述各项相加到所述参考缓冲器中的对 应各项；和
重复所述得到步骤，存储所述多个样本的所述存储步骤，所述扫 描步骤，存储所述选取样本的所述存储步骤，所述归一化步骤和所述 相加步骤，所述参考缓冲器中的所述各项代表一个时间周期内所述脉 冲的统计平均，该时间周期对应于所述多个脉冲中一个脉冲传播所述 导电体长度所需的时间量。
2.按照权利要求1的方法，其中所述临时缓冲器包括：存储与 所述多个样本有关数据的各项，所述临时缓冲器中存储所述选取样本 的所述存储步骤包括步骤：把所述临时缓冲器中发生在所述导电体近 端和远端的所述选取样本提供给位于所述临时缓冲器的始端和末端的 对应各项，而利用所述各项中第一项与最后一项之间的所述各项按照 连续的顺序存储其余所述选取的样本。
3.按照权利要求2的方法，其中所述提供步骤包括以下步骤： 分别在位于所述临时缓冲器始端的所述各项之前和位于所述临时缓冲 器末端的所述各项之后，提供选取数目的各项作为所述选取样本的保 护带。
4.按照权利要求1的方法，其中完成预定次数的所述重复步骤 以确定选取的数据采集周期，且所述重复步骤还包括以下步骤：利用 所述参考缓冲器中的所述各项分析所述导电体，所述参考缓冲器中所 述各项中的一项对应于所述数据采集周期内经每个所述重复步骤捕获 的所有所述脉冲的统计和。
5.按照权利要求4的方法，其中对应于所述统计和的所述各项 中所述一项位于或接近于所述参考缓冲器始端或末端处的所述各项， 所述分析步骤包括以下步骤：分析所述参考缓冲器中的所述各项，它 们代表沿着所述导电体长度的各个部分处所述多个脉冲中的不同脉 冲。
6.按照权利要求1的方法，还包括以下步骤：
识别对应于所述导电体上每个所述故障的所述第一个反射脉冲 作为所述各项中对应的一项，该项不接近于所述参考缓冲器的始端和 末端并有所选取的幅度；和
把指出每个所述第一个反射脉冲的对应所述各项的位置与沿着 所述导电体长度的一个点进行相关操作，确定所述导电体上每个所述 故障的位置。
7.按照权利要求6的方法，其中所述导电体可以遭受射频干扰， 还包括以下步骤：忽略与瞬态干扰脉冲和射频干扰中任一个有关的所 述多个脉冲中的不同脉冲，因为它们是在所述参考缓冲器的始端和末 端。
8.按照权利要求6的方法，其中所述导电体可以遭受射频干扰， 还包括以下步骤：识别所述导电体的射频干扰作为相对于所述参考缓 冲器中所述选取样本的偏移值。
9.按照权利要求6的方法，还包括以下步骤：利用所述参考缓 冲器始端和末端处的所述各项，确定是否发生所述第二级脉冲，所述 高级脉冲，和所述瞬态干扰脉冲中任一个脉冲。
10.一种沿着导电体长度查找故障的部分放电定位系统，包括：
电源设备，用于激励所述导电体；
连接到所述导电体的部分放电测量系统，其作用是识别发生在所 述导电体上的各个脉冲，由于所述电源设备的激励，所述脉冲对应于 沿着所述导电体的任何故障现场处的放电，所述部分放电系统包括： 处理器，存储器装置，和模数转换器；所述处理器通过编程完成脉冲 捕获操作，来自所述模数转换器的脉冲幅度的数字化样本代表所述脉 冲，所述数字化样本存储在所述存储器装置中；和
处理装置，通过编程至少完成多个操作中的一个操作，包括：校 准操作和数据采集操作，校准操作把所述脉冲传播所述导电体整个长 度的传播时间与所述导电体的长度相关，其中从所述脉冲测量系统得 到所述数字化样本，所述处理装置按照所述数据采集操作被编程，建 立对应于所述导电体长度的参考缓冲器，存储来自一个所述脉冲捕获 操作的所述数字化样本到工作缓冲器，扫描所述工作缓冲器以查找对 应于所选噪声电平之上的脉冲峰值的所述数字化样本并存储对应的所 述数字化样本以及此后获得的所选数目所述数字化样本到临时缓冲器 中，归一化所述临时缓冲器中的所述数字化样本，和把所述临时缓冲 器中的所述数字化样本相加到所述参考缓冲器中。
11.按照权利要求10的部分放电定位系统，其中所述处理装置 通过编程重复所选次数的所述数据采集操作，在所述参考缓冲器中得 到沿着所述导电体的脉冲活动的统计平均，在所述参考缓冲器的始端 与末端之间，识别来自沿着所述导电体上任何故障的放电脉冲的第一 个反射脉冲。

技术领域\n本发明涉及一种确定故障位置的系统，其中利用脉冲活动在被测 试导电体上的多次通过和对被检测脉冲活动取平均。本发明还涉及这 样一种系统，在不要求数字示波器的脉冲触发功能条件下，利用脉冲 的多次通过和取平均，该系统完成部分放电测量和增强的数据采集。\n背景技术\n当电缆绝缘击穿时，部分放电可以发生在电力传输和配电系统的 电缆中。例如，当电缆被激励时，即，当高压信号引入到电缆中时， 电缆绝缘中的空腔在正常的工作条件和测试条件下可以引起部分放 电。当部分放电(PD)发生时，高频电流和电压脉冲从放电现场射出， 以下称放电现场为故障现场。这些电流和电压脉冲可以作为存在故障 (例如，绝缘缺陷)的指示，用于部分放电现场的定位和评价。引起 PD的电缆故障类型是不可逆转的，电缆的损伤使绝缘逐渐变差，直至 发生灾难性的故障。由于诸如湿气侵入，机械疲劳和热交变等因素的 组合效果，电缆出现PD而自动地退化。最有成效的方法是在制造过程 中监测电缆，一旦安装之后，出现这种情况就立刻检测部分放电活动 并确定它的位置，在发生灾难性故障之前可以采取预防性的维护措施。\n部分放电现场定位(PDSL)是一种确定高压(HV)电缆内故障 位置的技术，利用电缆近端处的检测装置检测该故障内PD产生的脉 冲。在近端处还检测来自电缆远端的那些脉冲的反射脉冲。PD脉冲与 它的反射脉冲之间的时间差正比于故障现场离电缆远端的距离。\n现行的部分放电测量(PDM)系统采用相对简单的放电现场定位 系统，该系统允许用户在被测试样本电缆上进行脉冲活动的单次时间 有关捕获。用户可以利用PDM系统的图形用户接口和处理能力，用摄 像机移近拍摄脉冲及其反射脉冲以确定电缆内的故障位置。在与诸如 数字示波器的其他设备比较时，这种单次时间有关捕获技术有一些缺 陷。由于上述的技术是单次拍摄过程，没有数据的平均化操作。因此， PDM系统的灵敏度是受该系统上非相关噪声的限制。数字示波器的优 点是，响应于出现脉冲建立的触发事件，基于它的时间基设置，数字 化短脉冲串上的脉冲活动，可以平均该脉冲活动。这些数字化脉冲活 动的短脉冲串代表多次通过被测试电缆而不是单次时间有关的捕获。 对这些多次通过的数字化操作结果取平均，产生脉冲活动的组合图像。 数字示波器的另一个优点是，它可以分辨电缆内出现多个现场。\n为了在PDM系统中给出数字示波器的性能，利用脉冲触发技术 模仿数字示波器的操作不是一种可实现的选择，因为需要重新设计 PDM系统，把当前可能没有包括在PDM系统硬件中的特征包括在其 中，例如，利用附加的数据路径对输入数据流执行可设定的阈值检测 操作以处理阈值信号。这种重新设计是不可取的，因为它可能折衷处 理已经包括在PDM系统中的部分放电检测和测量设施。PDM系统设 计成在逐个脉冲的基础上工作以识别各个脉冲事件，而不是依靠一个 重复的信号，如同PDSL测量中经常使用的。这种重新设计涉及到大 量的工作和经费，其中包括示波器的触发系统以及PDM系统工作原理 的变化。PDM系统就会从基本上自由运转的系统改变成触发系统，因 此，该系统不是寻找峰值高度(即，感兴趣的因数)的事件，而是检 测跨越预定阈值的事件。这对于PDM来说是个问题，由于不能满足触 发准则而忽略这些事件是可能的。\n发明内容\n因此，需要这样一种PDM系统，在没有与示波器相关的触发和 其他操作条件下，完成PDSL的脉冲平均操作。\n按照本发明，提供一种允许PDSL和PDM的单个数字化系统。 增强PDSL系统产生信息的软件处理操作以完成诸如数字示波器提供 的取平均值功能以及提供PDSL测量过程的自动化。按照本发明实现 的增强PDSL系统提供准确度，噪声容差和方便使用PDSL过程的组 合效果。\n按照本发明的另一个方面，增强PDSL系统的软件处理操作适用 于没有PD测量能力的常规时域反射计量(TDR)系统，在相同的方法 下增强其功能性。\n按照本发明，提供一种确定沿着导电体上故障位置的方法，该导 电体有近端和远端，包括以下步骤：把电压信号加到所述导电体的近 端，用于激励所述导电体足以在其中的任何所述故障处放电，所述导 电体的作用是至少传播多个脉冲中的一个脉冲，多个脉冲包括：主脉 冲，响应于所述电压信号对导电体的激励，它从任何所述故障处发出 并朝着所述导电体近端传播；第一个反射脉冲，对应于所述主脉冲在 所述导电体远端的反射；第二级脉冲和高级脉冲，对应于所述第一个 反射脉冲在所述导电体近端和远端中对应一个的反射；和瞬态干扰脉 冲，它经所述导电体周围的环境耦合到所述导电体；存储与所述导电 体长度有关的数据，所述数据选自：所述主脉冲和所述多个脉冲中至 少一个脉冲沿着所述导电体传播的传播时间，所述导电体的长度，和 所述主脉冲和所述多个脉冲中所述至少一个脉冲沿着所述导电体传播 的速度；利用所述数据建立对应于所述导电体长度的参考缓冲器；初 始化所述参考缓冲器到零；从所述导电体中得到多个样本，对应于任 何所述多个脉冲的幅度；在工作缓冲器中存储所述多个样本；在所述 工作缓冲器中扫描所述多个样本，用于查找所述多个脉冲中的一个脉 冲，该脉冲的幅度值大于预定的信号电平；存储选取的所述多个样本 中的样本作为临时缓冲器中的各项，所述选取的样本包括：对应于所 述幅度值大于预定信号电平的所述脉冲的样本和存储在所述工作缓冲 器中所述多个样本中随后的样本，所述选取的样本数目对应于所述导 电体的长度；归一化所述临时缓冲器中的所述各项，使得幅度值大于 预定信号电平的所述脉冲的幅度为1；把所述临时缓冲器中的所述各项 相加到所述参考缓冲器中的对应各项；和重复所述得到步骤，存储所 述多个样本的所述存储步骤，所述扫描步骤，存储所述选取样本的所 述存储步骤，所述归一化步骤和所述相加步骤，所述参考缓冲器中的 所述各项代表一个时间周期内所述脉冲的统计平均，该时间周期对应 于所述多个脉冲中一个脉冲传播所述导电体长度所需的时间量。\n按照本发明，提供一种沿着导电体长度查找故障的部分放电定位 系统，包括：电源设备，用于激励所述导电体；连接到所述导电体的 部分放电测量系统，其作用是识别发生在所述导电体上的各个脉冲， 由于所述电源设备的激励，所述脉冲对应于沿着所述导电体的任何故 障现场处的放电，所述部分放电系统包括：处理器，存储器装置，和 模数转换器；所述处理器通过编程完成脉冲捕获操作，来自所述模数 转换器的脉冲幅度的数字化样本代表所述脉冲，所述数字化样本存储 在所述存储器装置中；和处理装置，通过编程至少完成多个操作中的 一个操作，包括：校准操作和数据采集操作，校准操作把所述脉冲传 播所述导电体整个长度的传播时间与所述导电体的长度相关，其中从 所述脉冲测量系统得到所述数字化样本，所述处理装置按照所述数据 采集操作被编程，建立对应于所述导电体长度的参考缓冲器，存储来 自一个所述脉冲捕获操作的所述数字化样本到工作缓冲器，扫描所述 工作缓冲器以查找对应于所选噪声电平之上的脉冲峰值的所述数字化 样本并存储对应的所述数字化样本以及此后获得的所选数目所述数字 化样本到临时缓冲器中，归一化所述临时缓冲器中的所述数字化样本， 和把所述临时缓冲器中的所述数字化样本相加到所述参考缓冲器中。\n附图说明\n结合附图阅读以下的详细描述可以更容易理解本发明的各个方 面，优点和新颖特征，其中：\n图1表示按照本发明一个实施例构造的导电体和PDSL系统的配 置，用于定位该导电体中的故障；\n图2表示按照本发明一个实施例在长度校准期间利用PDSL系统 分析的脉冲和反射脉冲；\n图3是按照本发明一个实施例构造的PDSL系统的方框图；\n图4表示图3所示PDSL系统中的波形；\n图5表示按照本发明一个实施例由PDSL系统捕获的数据；\n图6是按照本发明一个实施例用于校准PDSL系统和确定距离比 例因子的操作流程图；\n图7是按照本发明一个实施例经PDSL系统数据采集的操作流程 图；\n图8表示按照本发明一个实施例构造的缓冲器；和\n图9和10表示按照本发明一个实施例由PDSL系统检测的导电体 上脉冲和它们在参考缓冲器中的表现。\n具体实施方式\n在整个附图中，相同的参考数字表示相同的部分和部件。\n参照图1，它表示一个典型的导电体10，为了便于说明以下称之 为电缆。应当明白，本发明分析脉冲活动的系统和方法可用于不同媒 体的测试和不同类型的测试信号。在所说明的例子中，利用高压信号 作为测试信号。PDSL系统12连接到导电体10的近端，它的作用是， 在该导电体中引入校准的低压脉冲(CP)。PDSL系统12还利用高压 AC或DC信号激励导电体10。所以，导电体10被激励到如此程度， 导电体10中的任何故障16放电并产生PDSL系统12测量的脉冲。在 实际环境下，接受诸如PDSL测试的电缆遭受若干种形式的脉冲活动， 它们对放电源位置的测量都有影响。\n主脉冲(PP)是来自故障现场的放电脉冲，它沿着电缆朝向测量 端传播而没有被反射。图1中画出PP的路径18。第一次反射(FR) 是脉冲PP′，它沿着电缆传播到远端22(即，离测量点24最远的一端)， 在远端22处反射，随后传向测量端24(即，如路径20所示)。两个 脉冲PP与FR之间的时间差正比于电缆远端22与故障现场18之间的 距离X。这个时间差在进行PDSL测量时是有用的。\n按照本发明，在阻止沿着该电缆检测到所有其他形式的脉冲活动 的同时，通过测量PP和FR，PDSL系统12以最佳的方式完成PDSL。 由于电缆的衰减，FR脉冲的幅度通常低于PP的幅度。这个效应多少 被电缆10远端22处的正反射系数所抵消。当衰减量很小时，FR脉冲 的幅度一般大于主脉冲的幅度。本发明的PDSL系统12最好是一种考 虑到这个幅度差的测量系统。\n当来自故障16的放电脉冲(例如，PP)沿着电缆从近端24和从 远端22反射时，形成图2所示的第二级和高级反射(SHOR)，由于 电缆10的衰减而使其幅度下降。因此，在FR脉冲之后可以检测到多 个反射脉冲。所以，SHOR的特征是具有均匀间隔的脉冲。各个SHOR 脉冲之间的时间差正比于电缆10的长度。这些SHOR脉冲与PP之间 隔开相同的量t或l，以下结合图9描述它们之间的关系。\n例如，瞬态干扰脉冲(TIP)可以从外部环境经电缆10或空气耦 合到PDSL系统12中的测量系统。这些TIP呈现在电缆10的近端24 或远端22处的是脉冲。TIP是由一次反射或多次反射的脉冲组成的。 这些反射的时间间隔也正比于电缆的长度，所以它与SHOR的情况相 同，如图2所示。然而，不同的是，TIP与PP和FR不相关。相对于 PP和FR，TIP的发生是随机的，为了便于说明，在图2中用虚线表 示。\n由于工作在开放的环境或仅仅部分屏蔽的环境下，射频干扰 (RFI)可以耦合到PDSL系统。因此，点频率或有边带的频率可以 耦合到电缆10上。这就有增大该系统背景噪声电平的效应，它可以导 致不清晰的反射，特别是在电缆10衰减量很大的情况下。由于放电活 动的非随机性质，即使RFI是与线频率相关的，它与PP和FR也不 相关。因此，可以利用取平均操作消除RFI。\nPDSL系统12包括：数字峰值检测测量系统30和产生高压信号 的装置32。或者，PDSL系统12可以利用外部高压电源。可以合并或 连接到PDSL系统的高压电源是，例如，任何基于970系列的系统控 制器的电源，可以从Hipotronics，Inc.，Brewster，New York购得。 图3表示数字部分放电测量(PDM)系统30的方框图，它在PDSL 12 中实现数字峰值检测并按照本发明工作。图4表示在PDM系统30中 各个部件输出端的信号波形A，B和C。PDM系统30的应用包括， 但不局限于，测试和监测电力电缆，配电和电源变压器，中高压开关 设备，电源断路器，气体绝缘开关设备，高压套管，并联电抗器，电 位和电流变压器，功率因数校正电容器，线路绝缘子产品，避雷器， 以及其他的高压部件和所有类型的绝缘材料。\n利用PDM系统30接受部分放电检测的样本(例如，电缆10的 绝缘系统样本)连接到耦合阻抗器34。PDM系统30最好不是稳态的， 而脉冲是频繁地叠加到高压源32跨接在样本10两端的高压波形上。 参照图3，耦合阻抗器34上的波形表现为波形A。为了便于说明，叠 加到高压波形A上脉冲36的幅度是被夸大的。耦合阻抗器34的输出 表现为图3中的波形B。随后，被放大器36处理，该脉冲可以是图3 中出现的波形C。\n继续参照图2，数字峰值检测是由峰值检测电路40完成的，它包 括：数字化装置42和峰值检测和处理逻辑电路44。峰值检测逻辑电 路44的输出传输到缓冲存储器46，随后，传输到计算机48。计算机 48最好连接到显示装置50，并完成其他的处理和显示功能。\nPDM系统30在不同的应用中最好至少提供两种基本的工作模式。 这两种基本模式是：(1)通用测量和脉冲显示；和(2)时变脉冲捕 获。在上述共同未决的申请中还描述利用可变窗口的脉冲捕获和分析 模式。当工作在通用测量和脉冲显示模式时，PDM系统30最接近地 模仿传统设备的工作。优化这种模式给系统显示装置50提供最大可能 的更新速率，例如，它允许PDM系统30模仿模拟阴极射线示波器的 特性。\n参照图5，考虑到正和负的峰值幅度，各个脉冲(例如，脉冲54) 在固定的窗口(例如，窗口56)被捕获。基于它们在时钟信号58周 期中的位置，和上次读出捕获存储器以来经过的周期数目，每个脉冲 存储在捕获存储器中。让状态表示脉冲在捕获存储器中的位置，通过 减少所需要的计算，简化了写入各个脉冲到系统显示装置50上的过 程。若多个脉冲是如此地接近，它们占领单个状态位置56，则PDM 系统30记录最高的脉冲并在系统显示装置50上显示最高的脉冲。这 就避免PDM系统30必须写入脉冲到显示装置50上，而仅仅使当前 的显示有较大的脉冲。这种模式保证，测量最高的放电幅度脉冲，而 不保证在所有的情况下分辨所有的脉冲。换句话说，发生在一个窗口 56中的多个脉冲产生一个结果，而跨越两个窗口的单个脉冲产生两个 结果。然而，这种模式确实提供很快的更新速率(例如，每秒25次) 并有准确的放电幅度测量。产生的显示看起来像在模拟显示装置上， 它是双极的并可显示脉冲的过冲(即，一个脉冲与另一个脉冲的尾部 同时出现)。这使习惯于传统设备的用户适应于PDM系统30。当要 求考察放电活动的统计分析时，脉冲捕获和分析模式优于通用的工作 模式。例如，在进行放电指纹识别时，利用脉冲捕获和分析模式可以 捕获确定间隔中的所有脉冲。虽然，通用模式的优点是捕获脉冲的过 冲，给出更真实的显示。\n第二种工作模式，即，时变脉冲捕获模式，是最简单的工作模式。 一旦PDM系统30在这种模式下被触发，(即，利用图5中所示的固 定时间窗口)，PDM系统30用取自数字化装置42的连续样本填充脉 冲捕获存储器。在这种模式下，并不试图捕获脉冲的峰值。因此，没 有测量放电的幅度。这种模式的主要用途是电缆中的故障定位。通过 测量一个脉冲与它反射脉冲之间的时间间隔，可以找到电缆10内脉冲 的位置。通过与脉冲传播电缆10的全长并返回到始发点(例如，测量 点24)的时间进行比较，可以确定故障16离电缆10远端22的位置。 这种模式还提供诊断手段，因为它可以研究脉冲的形状以优化系统的 带宽。此外，由于时间基的捕获，这种模式可以测量干扰频率，因此， 可以实施适当的滤波操作。\n数字放电检测PDM系统30中的计算机50最好是，例如，个人 计算机。计算机48配置成可以灵活地测试记录和数据输出到不同的软 件程序，例如，WordTM和ExcelTM。可以给计算机48编程，提供一 种用于数字部分放电检测的灵活分析工具。实现的脉冲捕获是相对于 相位或时间坐标。提供不同的工作模式用于完全控制纵轴和横轴上的 脉冲选通。FPGA技术最好与计算机48的中央处理单元板相结合用于 峰值检测和操作(即，峰值检测逻辑电路44)。来自放大器36的脉 冲提供给包括数字化装置42(以下称之为模数转换器(ADC))在内 的FPGA峰值检测器40。ADC 42最好是10比特的ADC，提供1个 符号比特的9比特分辨率。如在共同未决的申请中所描述的，ADC 42 的输出提供给包括ADC缓冲器和峰值缓冲器的两级流水线。这些缓冲 器中的数值代表流水线中的两级并提供给幅度比较器。峰值检测逻辑 电路44中的状态机控制器提供门控制以确定时间窗口，在该窗口内完 成峰值检测。状态机还控制流水线的定时操作和流水线中各个数值的 复位操作。\n自动的电缆长度校准\n在进行PDSL测量之前，按照本发明，把脉冲传播电缆整个长度 的传播时间与电缆10的长度相关。一个校准脉冲注入到电缆10的近 端24(即，在测量点)。如果电缆10中存在任何的故障，则该校准 脉冲(CP)激励该电缆最好不足以在故障处发生放电活动。测量注入 CP与其第一个反射脉冲(CP′)之间的时间差。根据校准脉冲(CP) 与其来自电缆10远端22的反射脉冲(CP′)之间的时间差得到PP与 其反射脉冲(即，FR)之间的时间差与电缆10远端22到故障现场16 距离的关系因子。\n为了进行自动校准，可以利用PDSL系统12提供到电缆10近端 24的校准脉冲并触发该系统的PDSL捕获。由于PDM系统30中的 PDSL捕获并不占有电源32的一个完全周期，PDM 30的作用是保证 PDSL捕获在其中有一个校准脉冲。因此，PDM系统30的优点是， 它配置成可以设定PDSL捕获的开始状态和知道该状态的位置。PDSL 系统12校准的一个重要方面是，该脉冲是在噪声之上可见的。\n为了进行自动的长度校准，PDSL系统12运行在通用测量和脉冲 显示模式，利用放大器36测量该系统的背景噪声电平。如图6中方框 60所示，背景噪声电平被记录下来。在计算机48确定引入CP的峰值 高度至少大于所记录背景噪声电平的50％之后，对PDSL系统12进 行编程以开始校准(方框62)。参照方框64，PDSL系统12最好转 换到时变脉冲捕获模式(以下称之为PDSL模式)并触发一连串捕获 (方框66)。如以下结合图6所描述的，把多次捕获的数据进行组合。\n按照本发明，PDSL系统12的编程是借助于峰值检测逻辑电路44 建立主参考缓冲器(在缓冲存储器46中)并对主参考缓冲器清零(方 框68)。PDSL测量是在PDSL模式下开始的。因此，数据被捕获到 缓冲存储器46中的次缓冲器(方框70和72)。该数据代表一连串时 间基数据点，这些数据点在特定的时刻提供ADC输出。\n在查找到校准脉冲的峰值之前，该峰值是记录在次缓冲器中的最 大值点，PDSL系统12搜索次缓冲器中的数据(方框74)。在这个峰 值存储到预定位置或在该缓冲器中注册之前(例如，10％进入缓冲器)， 次缓冲器中的数据被移位，如方框76所示。这消除了由于复原该峰值 到已知点引起的抖动或同步漂移的问题。次缓冲器中的数据相加到主 缓冲器中的数据(方框78)。重复该过程若干次(例如，50次至100 次)，保证脉冲流中所有非相关的噪声源(例如，TIP或RFI)被消 除。参照图2，CP，它的反射脉冲CP′，以及TIP和SHOR，发生在 对应于电缆10长度l的相同时间间隔t。\n继续参照图6和判定方框66的否定分支，PDSL系统12搜索次 缓冲器中的CP的零点并注意到CP的位置(方框80)。图2中的CP 表示成第一个脉冲φ[A]。随后，PDSL系统12扫描CP反射脉冲CP′ 的次缓冲器，假设反射脉冲CP′是第二个最大脉冲(即，忽略第一个 最大脉冲CP)。PDSL系统12确定反射脉冲CP′的零点和该零值在 次缓冲器中的对应位置(方框82)。反射脉冲CP′在图2中表示成第 二个脉冲φ[B]。计算CP与其反射脉冲CP′之间的时间差(方框84)， 并根据该时间差计算距离比例因子(方框86)。例如，距离比例因子 可以是l/t，其中电缆的长度l是已知的，时间差是计算出的。距离比 例因子l/t也相当于(l×f)/n，其中f是PDSL模式下的抽样频率， 而n是在脉冲φ[A]与φ[B]之间所取的样本数。若电缆传播速度是已 知的，则不需要利用图6中描述的自动校准方法对测量结果按比例缩 放。\n数据采集和处理\n一旦PDSL系统12被校准，PDSL系统12就准备数据采集和处 理操作，以下结合图7和图8描述这些操作。PDSL系统12最好捕获 用户或某个合适缺省设置设定的预定采集数目的数据。收集的数据量 是在得到足够的数据量以保证测量到导电体10的全长与避免过量数据 的捕获和增大处理时间之间的折衷。基于检测到PP之后留下的存储 器容量，计算机可以确定该数据量。基于特定类型导电体或电缆的转 接时间或传播速度的经验，若用户可以估算需要多少数据，则该用户 可以忽视计算机确定的量。例如，PDM系统30在每次捕获中可以捕 获0.25 Megabytes(MB)的信息。由于线路频率为60Hz，可能没有 覆盖整个电源干线循环，PDSL系统12需要知道数据捕获过程在电源 干线循环上何处开始以保证有效放电脉冲的数字化。在脉冲显示模式 下工作时，根据收集的脉冲信息可以确定开始点。\n在校准之后，高压信号加到电缆10上，该信号足以使电缆10中 任何的故障现场16处放电(图7中的方框90)。例如，利用上述连 接或并入到PDSL系统12中的970控制器，可以产生这种高压激励。 若PDSL系统12是利用970控制器或类似的装置，则至少有两种加电 压的可能方法。第一，在达到用户确定的活动电平之前，该用户或PDSL 系统12确定的电压值可以升高电压。一旦达到发生样本放电的电压， 最好在完成测试之前保持该电压。\n一旦样本10是在选取的放电电压上，就确定数字化的开始点(方 框92)。若放电活动是在背景噪声上可见的，则可以自动确定开始位 置。应当明白，仅仅要求主脉冲(PP)是可见的。或者，用户可以指 出数据捕获顺序的开始位置。例如，通过观察正常状态有关放电显示 装置上放电活动的位置并选择一个合适的值，用户可以设定这个开始 位置。一旦建立开始点，PDSL系统12开始数据采集过程(方框94)。 数据采集最好涉及确定数目的捕获状态，该数目可以由用户设定。捕 获数目越大，捕获的数据越是统计相关。\nPDSL系统12建立最后收集数据的参考缓冲器93，它表示在图8 中。参考缓冲器93的大小是根据校准状态期间测得的校准脉冲与其反 射脉冲之间的时间差(图6)。利用校准期间确定的距离比例因子保 证，除了寄存器95的小保护波段97和99相加到数据缓冲器93的每 端以外，数据缓冲器93还对应于电缆10的长度。这个参考缓冲器的 内容设定为零，如图7中的方框96所示。对于每个数据捕获，PDSL 系统12完成一系列的操作。在PDSL系统12开始捕获模式之后，如 判定方框98所示，PDSL系统12存储来自数字化装置42的输出值(例 如，借助于模数转换器处理的10比特波形表示)，并在缓冲存储器46 中捕获到256K样本之前，继续存储输出值(方框100)。来自PDSL 捕获的数据被转移到缓冲存储器46的工作缓冲器中(方框102)。该 系统沿着工作缓冲器扫描，直至它找到一个超过系统噪声底值的脉冲 (方框104)。PDSL系统12查找该脉冲的峰值。一旦查找到该峰值， 对应的脉冲与该脉冲之后的若干个样本一起复制到临时缓冲器中(方 框106)。该脉冲之后的样本数目对应于参考缓冲器的大小，即，电 缆的长度，这些样本存储在缓冲存储器46的临时缓冲器中。临时缓冲 器中的各项被归一化，使第一个脉冲的幅度为1(方框108)。临时缓 冲器中的各项相加到参考缓冲器中对应的各项(方框110)。在整个 工作缓冲器被扫描之前，如参照方框104，106，108，110所描述的， 继续扫描工作缓冲器中的数据(方框112)。\n旦数据采集过程已经完成，参考缓冲器保持代表电缆长度内脉 冲活动的一系列数据。\n参考缓冲器数据的分析\n一旦参考缓冲器(例如，图8中的缓冲器93)被充满，可以分析 它以识别电缆内的脉冲活动。参考缓冲器的内容代表脉冲传播电缆10 全长所经过的时间内脉冲历史的统计平均。参照图9，图9表示沿着 电缆24传播并由PDSL系统12在测量端24测得的若干个脉冲A，B， C和D。图10中还分别表示脉冲A，B，C和D，以及脉冲120在参 考缓冲器中表现的历史。为了便于说明，脉冲B发生在对应于电缆上 距离d的时间间隔，如图1所示。脉冲C和D都发生在对应于l或电 缆长度的时间间隔。\n在电缆10近端或测量点24检测的数据表示在图9所示原始数据 的左方。参考缓冲器的内容提供一个沿电缆长度的脉冲活动图，如图 10中120所示。对应于电缆10测量端24处数据的参考缓冲器中的内 容基本上总是包括脉冲122，它是在数据采集状态期间记录的所有脉 冲(例如，脉冲A，B，C和D)的统计和。图10中的阴影区124代 表电缆之外的环境，而非阴影区对应于电缆10中的脉冲活动。\n若电缆的衰减量很小，则存在发生SHOR的可能性。SHOR出现 在参考缓冲器的最后结果120上，作为对参考缓冲器始端处脉冲122 和参考缓冲器远端处对应脉冲128的贡献。如上所述，这是因为各个 SHOR是按照对应于脉冲沿着电缆长度传播的时间隔开的。所以，各 个SHOR在时间上隔开这个相同的量。TIP是按照相同的方法出现的， 它们表现在电缆10的一端22或另一端24。\n所以，SHOR和TIP的效应是提升参考缓冲器始端处脉冲122的 高度并在参考缓冲器末端处产生脉冲128，从而分别指出电缆10的开 始点和结束点。RFI并不与样本上的脉冲活动相关，因为RFI是在电 缆长度上对大量的捕获取平均，可以把RFI看成是参考缓冲器中数据 的偏移。因此，本发明抑制干扰效应。\n对多数用户感兴趣的数据是PP和FR。PP(例如，图9和10中 的脉冲A)发生在电缆10的始端，所以提升第一个脉冲122。FR(例 如，脉冲B)不同于干扰和其他的反射，FR与PP的间隔不是电缆的 长度，而是一个较小的量d。由于得到统计平均，PP和FR的效应是 把脉冲(例如，图10中的脉冲E)放入到电缆内，而不仅仅如SHOR 和TIP是在两端上。因此，对应于FR的数据包含在参考缓冲器中的 某处，而不是在该缓冲器的两端。FR指出故障现场16。因此，它指 出电缆10内故障的位置。由于参考缓冲器的长度对应于脉冲沿着电缆 长度l传播所经过的时间，所以，参考缓冲器左侧与脉冲E之间的时 间差指出离电缆近端24的距离d或离电缆远端22的距离x。若在参 考缓冲器的两端之间没有脉冲，则用户可以推断，问题出在接近于电 缆10的两端22和24，在远端22或电缆10之外的终端系统中。\n若PDSL系统12是利用970系统控制器工作的，则用户只需要输 入被测试电缆的电压，待完成的捕获循环数目，以及电缆长度或它的 传播速度。这些参数可以埋藏在从文件装入到PDSL系统12的测试说 明中。一旦PDSL系统12有所需要的信息，通过按一下按键并等待产 生的数据就可以完成测试。因此，不要求用户进行干预。若捕获数目 足以平均掉PDSL系统12上的非相关噪声，则PDSL系统可以自动查 找到电缆10内多个故障的位置，允许接受过很少训练的非熟练操作员 使用该系统。\n当多个故障存在于电缆10内时，它们各自的放电速率很可能是不 同的。因此，脉冲发生的相对频率是不同的，对应的平均脉冲高度也 是不同的。因为数据是在基于主脉冲的高度下被归一化的，所以，放 电幅度的不同对从PDSL系统显示装置50的踪迹上看到第一个反射脉 冲的高度没有影响。在参考缓冲器中，电缆10内的脉冲高度取决于两 个因数，即，脉冲发生的相对频率和电缆的衰减量。按照本发明的PDSL 系统，电缆衰减量的效应正比于故障与电缆远端之间的距离。因此， 根据校准脉冲与其反射脉冲的相对高度，可以确定每单位长度电缆的 衰减量。应用这个改正量到参考缓冲器，对应于电缆内故障的脉冲高 度正比于脉冲发生的相对频率，指出该故障的活动电平。\n虽然本发明的描述是参照它的优选实施例，应当明白，本发明不 局限于所描述的细节。在以上的描述中可以有各种改动和替换，一般 专业人员还可以有其他的改动和替换。所有这些替换应当包括在所附 权利要求书所限制的本发明范围内。