電力電纜運行狀態(tài)管理研究

摘 要：在鐵路供電系統(tǒng)中，電力電纜是其重要的組成部分。本文針對電纜故障原因，從電纜的基礎(chǔ)臺賬建立、周期性巡檢、狀態(tài)檢測以及施工介入等幾方面入手，對電力電纜運行狀態(tài)的技術(shù)管理進行研究，探討電力電纜運行狀態(tài)的技術(shù)管理要求。

關(guān)鍵詞：電纜故障；狀態(tài)檢測；耐壓；局部放電

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.200

1 引言

近年來，我國高鐵的投運使人們出行越來越便利，廣西高鐵更是在短短五年間從無到有，快速發(fā)展起來。截止2016年底，全區(qū)境內(nèi)高鐵里程已達1704公里，躍居我國前列。鐵路供電系統(tǒng)為高鐵動車組提供運行動力、行車信號、聯(lián)絡(luò)通訊或是站臺服務(wù)等的電源，高鐵電力電源以電纜線路取代架空線路貫通全線，如同人體動脈一般為鐵路線路上的電氣化設(shè)備及時輸送新鮮的血液和氧氣，以確保行車設(shè)備安全可靠運行。而近幾年來幾乎80%的高鐵電力設(shè)備故障均為電力電纜故障，一旦電纜出現(xiàn)故障引起供電系統(tǒng)停電，鐵路交通將會造成區(qū)域性癱瘓，由此造成的經(jīng)濟損失不可估量。因此，做好電力貫通電纜的維護管理工作任重而道遠。

目前，鐵路電力電纜的管理還處于一個相對故障修的狀態(tài)，對電力電纜的故障探測及處理，是對已存在故障且已對生產(chǎn)造成直接影響而進行的應(yīng)急處置手段。在電纜非故障時段進行運行狀態(tài)維護管理，可以有效地提高故障搶修效率，縮短故障停電時間，這樣可以極大程度的降低故障率；或在電纜發(fā)生故障前就將問題扼制在隱患的搖籃里，也是解決電纜隱患問題的有效方法。近幾年來，鐵路相關(guān)電力專業(yè)在引進一系列先進故障探測技術(shù)的同時，基于預(yù)防為主的狀態(tài)修也越來越引起業(yè)內(nèi)的重視，電力電纜的運行狀態(tài)管理也不容忽視。

2 電纜故障種類分析

目前，鐵路電力專業(yè)均廣泛使用XLPE（交聯(lián)聚乙烯）電纜。理論分析及運行經(jīng)驗證明，XLPE（交聯(lián)聚乙烯）電纜具有良好電氣特性的同時，在投運初期（1～5年），因電纜及其附件產(chǎn)品質(zhì)量和敷設(shè)安裝工藝等問題，也會存在故障率較高的情況，具體故障種類有多集中于以下6種原因：

（1）機械損傷。電力電纜在投運前的新建敷設(shè)或是在投運后的臨近施工，都有極可能引起機械損傷。其中包含不用滑輪直接拖拽敷設(shè)電纜、未確認(rèn)電纜路徑直接打地錨、臨近施工超范圍作業(yè)等野蠻行為引起。若電纜受損情況輕微，則不會立即引起故障，但長期（幾個月或幾年）運行中受損部位逐漸侵入潮氣、引起鎧裝鉛皮穿孔，最終導(dǎo)致受損部位徹底崩潰而形成故障。

（2）電纜外皮腐蝕。電纜外皮腐蝕主要分為電腐蝕和化學(xué)腐蝕。若在電力機車運行路徑上或是其他地下強電場附近敷設(shè)電力電纜，極易引起電纜外皮鉛包腐蝕致穿（電腐蝕），導(dǎo)致潮氣侵入，絕緣破壞。同樣電纜路徑上有煤氣站（苯蒸氣）或其他酸堿作業(yè)處所，往往會造成電纜鎧裝和鉛包大面積長距離被腐蝕（化學(xué)腐蝕）使電纜出現(xiàn)故障。

（3）電纜路徑地面下沉。地面下沉將導(dǎo)致在此路徑上的電力電纜受垂直沉降的力出現(xiàn)落差式變形，電纜會出現(xiàn)鎧裝、鉛皮破裂甚至折斷而引起電纜故障。 此種情況一般發(fā)生在電纜直埋的基建道路、高大建筑物，或是電纜穿越公路、鐵路等處所。

（4）長期過負(fù)荷運行。電力電纜過負(fù)荷運行會引起電纜整體溫度升高，尤其在電纜中間頭、終端頭、其他修補或未修補的電纜薄弱處首先被擊穿，從而導(dǎo)致電纜故障。冬夏兩季容易因溫差造成電纜中間接頭等薄弱處變形而降低絕緣性能，因而這兩季往往是電纜故障率的高發(fā)期。

（5）振動破壞。電力電纜下穿鐵路股道或重載公路，由于電力機車或重載車輛經(jīng)過時，引起路基劇烈震動從而導(dǎo)致電纜外皮產(chǎn)生彈性疲勞而破裂，形成故障。

（6）施工工藝不達標(biāo)。施工期間在潮濕的氣候條件下進行電纜中間頭或終端頭制作，作業(yè)過程中易出現(xiàn)電纜接頭封裝物內(nèi)混入水蒸氣的情況，導(dǎo)致制作工藝達不到運行要求，長期運行形成閃絡(luò)性故障。在電纜敷設(shè)過程中出現(xiàn)臨時改變電纜路徑、改變溝道結(jié)構(gòu)以及野蠻施工等行為，都將導(dǎo)致電纜施工工藝不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而引起電纜故障。

根據(jù)以上原因，若要保證電力電纜能在運行中期（5～25年，電纜本體和附件趨于穩(wěn)定期）和運行后期（25年后，電纜本體和附件走向老化期）盡可能地降低故障率，前期完善的電纜運行狀態(tài)管理必不可少。

3 電力電纜運行狀態(tài)管理

結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，我們可以將電纜狀態(tài)檢測形成一個較為整的系統(tǒng)，具體項點分類如下：

（1）電纜基礎(chǔ)臺帳建立。電力電纜的基礎(chǔ)臺帳管理是設(shè)備運行安全可靠的前提，電力電纜的周期性維護、隱患故障處理或設(shè)備更新改造，均需要提供準(zhǔn)確的設(shè)備基礎(chǔ)臺帳數(shù)據(jù)做為參考。電力電纜的臺帳管理包括技術(shù)管理和工程施工管理，維護管理以及精細管理等。技術(shù)管理中的技術(shù)資料包括建設(shè)電纜線路的竣工資料和運行過程中完善的有關(guān)文件資料，這些資料是專業(yè)技術(shù)人員分析和處理設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)各類設(shè)備缺陷、隱患、甚至故障的根據(jù)。運行管理相關(guān)部門應(yīng)以一個完整的電纜線路資料數(shù)據(jù)庫為基準(zhǔn)要求，將每一條電纜線路的情況設(shè)置技術(shù)專檔，分類收集、統(tǒng)一匯總，以便于在以后分析線路時做到有數(shù)據(jù)可循。如：全范圍的電纜路徑圖、電纜中間接頭統(tǒng)計表、對應(yīng)電纜回路負(fù)荷監(jiān)控統(tǒng)計表、電纜絕緣性能及相關(guān)檢測數(shù)據(jù)等。以上資料的完整性可有效縮短每一次故障的排查速度及搶修進度。而電纜的使用壽命都有相應(yīng)的年限，因而有針對性地制定一個電力電纜線路的維修和改造計劃同樣必不可少。

（2）電纜周期性巡檢要求。電纜周期性巡視和檢測是為了掌握電纜運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)和消除電纜線路及其附屬設(shè)備上存在的缺陷，檢查電纜周圍環(huán)境是否滿足運行環(huán)境要求，在電纜故障時查找故障點，以確保安全可靠供電。其中，周期性巡視電纜線路可有效防止外力破壞區(qū)間線路、終端頭或接線盒等引起電纜線路的使用故障。重點檢查線路設(shè)備標(biāo)識及安全標(biāo)識是否完整，線路附近是否有施工痕跡，是否堆放有垃圾、腐蝕化學(xué)品或易燃易爆品的情況，檢查終端瓷套管有無破損現(xiàn)象，電纜溝槽有無積水、填埋或破損等異常狀態(tài)。結(jié)合巡視，相應(yīng)的電纜外觀、負(fù)荷情況檢查，電纜終端、中間頭溫度測量以及外護套接地電流帶電測試可同時進行。endprint

（3）電纜狀態(tài)檢測技術(shù)。利用相關(guān)設(shè)備進行電纜狀態(tài)檢測，是直接判定電力電纜合格與否的有效依據(jù)。目前，電力電纜的狀態(tài)檢測包含各種離線和在線檢測方式。除開周期性巡檢各項相對直觀的檢查外，具體以預(yù)防性試驗和診斷性檢測為主。其中，預(yù)防性試驗項目包括：終端溫度檢測、主絕緣絕緣電阻檢測、外護套絕緣電阻檢測、交叉互聯(lián)系統(tǒng)試驗、電纜主絕緣交流耐壓試驗；診斷性檢測項目包括：電纜運行溫度監(jiān)測、局放在線監(jiān)測、介質(zhì)損耗在線監(jiān)測等。而根據(jù)電纜故障發(fā)生位置的不同，可將電纜部件進行分類檢測，詳見下表：

根據(jù)目前高鐵電力電纜大概率故障原因：電纜施工損傷及電纜中間頭、終端頭施工工藝而造成的總體電纜質(zhì)量問題，可將前期接管的電纜狀態(tài)檢測側(cè)重于電纜絕緣電阻測試、交流耐壓試驗及局部放電實驗，在隱患電纜發(fā)生故障前及時查找出薄弱點并進行相應(yīng)整治。參考《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》GB50150-2006及《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》DL/T596-1996，將重點進行的電纜狀態(tài)檢測項目進行如下介紹：

1）絕緣電阻測試。絕緣電阻測試是判斷電纜合格與否的重要前提條件，主要測試內(nèi)容包含電纜主絕緣和外護套絕緣電阻測試。長度在500m及以下的10kV電力電纜，用2500V兆歐表搖測，在電纜溫度為+20℃時，其絕緣電阻值不應(yīng)低于400MΩ，外護套絕緣電阻應(yīng)不低于0.5MΩ。當(dāng)懷疑外護套絕緣有故障時，應(yīng)進行相應(yīng)的外護套直流耐壓試驗，要求試驗電壓1OkV，1min內(nèi)不擊穿。

2）0.1hz主絕緣交流耐壓試驗。電力電纜在正常運行中，絕緣長期受著電場、溫度和機械振動的作用會逐漸發(fā)生劣化，其中包括整體劣化和部分劣化，形成缺陷。交流耐壓試驗是鑒定電力電纜絕緣強度最有效和最直接的方法，是預(yù)防性試驗的一項重要內(nèi)容。此外，由于交流耐壓試驗電壓一般比運行電壓高，因此通過試驗后，設(shè)備有較大的安全裕度，因此交流耐壓試驗是保證電力電纜安全運行的一種重要手段。

在大修新做電纜終端、中間接頭或懷疑電纜有故障時（如：絕緣電阻在測試前后差值達到50%）進行交流耐壓試驗。試驗電壓要求3倍U0（根據(jù)10kV電纜類型的不同，U0分為6/10kV和8.7/10kV兩種），時間要求15min。對于運行年限較久（如：5年以上）的電力電纜線路，可適當(dāng)選用較低的試驗電壓或較短的時間。當(dāng)泄露電流值在0.05MA/km以上視為注意狀態(tài)，當(dāng)大于0.2MA/km時視為異常狀態(tài)。

3）電纜振蕩波局部放電檢測（OWTS）。在新敷設(shè)電纜試運行、電纜修復(fù)后、或維修發(fā)現(xiàn)電纜異常時進行電纜振蕩波局部放電檢測（OWTS），主要適用于35kV及以下電纜線路的停電檢測。最大測試電壓1.7×√2 U0。測試電壓應(yīng)從0kV開始測試（用于測量背景噪音），之后從0.5kV一直加到最大值。對于6.6kV電纜，最高加壓到2倍U0。應(yīng)用振蕩波法對電纜局部放電進行測試并定位，能有效地查找電力電纜中存在的每個薄弱點。被測電纜本體及附件應(yīng)當(dāng)絕緣良好，存在故障的電纜不能進行測試。已投運的交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜最高試驗電壓1.7a，接頭局放超過500pC、本體超過300pC應(yīng)歸為異常狀態(tài)；終端超過5000pc時，應(yīng)在帶電情況下采用超聲波、紅外等手段進行狀態(tài)監(jiān)測。

CDO--示波器，PDS—局部放電測試儀。

其中，Ck為高壓電容，Zk為檢測阻抗，同時也做匹配阻抗，消除脈沖在高壓端的反射。設(shè)在t0時，在電纜 x 處發(fā)生放電，送出的兩個脈沖按相反方向沿電纜傳播，t1時刻第一個脈沖到達測試儀，第二個脈沖在電纜遠端反射后在t2時刻到達測試儀（如圖1）。由于電纜中電脈沖的傳播速度相對于確定的電纜絕緣型式是已知的常數(shù)，所以根據(jù)公式就可以算出放電點離電纜近端（高壓端）的距離。

其中L為電纜的長度，V為脈沖波在電纜中的速度，τ為兩個脈沖的時延，即τ=t2-t1。

——摘自：OWTS振蕩波電纜局放檢測和定位技術(shù)基本原理研究 馮義、劉鵬、程序、 涂明濤等編著。

（4）介入新線把控源頭。在已接管電力電纜做好運行狀態(tài)管理的同時，在即將接管的線路則須做好提前介入工作，將設(shè)備隱患卡控在施工建設(shè)的源頭。重點需從嚴(yán)格把關(guān)電纜生產(chǎn)質(zhì)量、提高施工質(zhì)量及工藝安裝水平、采用新型試驗手段、選擇有效電纜狀態(tài)檢測方法及加強電纜巡視等方面，并在竣工時把好驗收關(guān)，保證在設(shè)備正式運行前直接消除電力電纜存在的安全隱患。

4 結(jié)束語

隨著我國高鐵線路的不斷增長，電力電纜線路將緊隨遞增。在高鐵這一新交通模式面前，傳統(tǒng)的電力電纜運行維護管理方法明顯不再適用。在電氣自動化及遠動通訊等科技技術(shù)水平不斷提高的背景下，為了滿足高鐵電力行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需要，保證電力電纜的正常運行，不僅要改進相關(guān)的電力電纜運行維護管理工作標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)當(dāng)借助于新技術(shù)的應(yīng)用，提高電力電纜的運行狀態(tài)管理標(biāo)準(zhǔn)，全面提高電力電纜的運行維護與管理工作的整體效率，從而保障我國高鐵電力專業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展，實現(xiàn)更多的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻：

[1]孫慶飛.論電力電纜線路的運行維護與管理[J].廣東科技，2011.

[2]高頌九.電纜運行條件的變化和故障對策[J].農(nóng)村電氣化，2008（09）.

[3]徐丙根，李勝祥，陳宗軍.電力電纜故障探測技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社出版，1999.

[4]吳篤貴.電纜線路交接與預(yù)防性試驗技術(shù)綜述[J].華東電力，2013，5（41）：1075-1080.

[5]郭俊，吳廣寧，張血琴等.局部放電檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].電工技術(shù)學(xué)報，2005，20（02）：29-35.

作者簡介：韋世彥（1985-），廣西南寧人，本科，學(xué)士，助理工程師，主要研究方向：水電技術(shù)。endprint