鐵路電力電纜運行檢修管理方式探索

郭煜

（內(nèi)蒙古中電物流路港有限責(zé)任公司赤峰鐵路分公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 電纜故障分析

1.1 電纜故障對比分析表

以某鐵路設(shè)備運行單位為例，截止2018 年年底，所轄管內(nèi)四條鐵路電力線路，近5 年內(nèi)設(shè)備發(fā)生故障共計107 件，其中高壓電纜故障共發(fā)生58 件，占54%。詳見見表1。

表1 電纜故障對比分析

從故障趨勢來看，電纜的運行時間與故障率密切相關(guān)，運行時間越長故障率越高。

1.2 故障性質(zhì)分析

在運行中電纜發(fā)生故障有多種原因，但經(jīng)過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)電纜外因損傷、施工質(zhì)量、電纜頭制作工藝是三大主要原因。

上述鐵路設(shè)備運行單位，在所發(fā)生的58 件高壓電纜故障中，電纜外因損傷原因14 件，占24%，施工質(zhì)量原因28 件，占48%，電纜頭制作工藝原因16 件，占28%。如圖1 所示。

2 故障產(chǎn)生的原因

2.1 施工遺留的問題

2.1.1 中間接頭或終端頭制作工藝問題

圖1 電纜故障占比分析圖

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，如果在施工中電纜頭接頭制作工藝水平不高，半導(dǎo)電層及各部尺寸掌握不嚴(yán)格，制作環(huán)境臟污，會導(dǎo)致運行一段時間后局部放電造成電纜頭擊穿。并且這種工藝形成的隱患，在投運前的常規(guī)交接試驗方法是無法檢測到的。

2.1.2 外護(hù)套大面積破損問題

主要是施工質(zhì)量不高，施工單位缺少電纜施工專業(yè)的技術(shù)人員、未使用電纜輸送機等專用設(shè)備、以及搶工期、各專業(yè)相互交叉干擾、成品保護(hù)不到位等因素導(dǎo)致電纜在投運時就有各種傷痕和缺陷，而在交接時也未按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行外護(hù)套、內(nèi)襯套絕緣電阻測量，或是經(jīng)測量存在故障而未進(jìn)行排查，為日后安全運行埋下大量隱患。

2.1.3 電纜主絕緣局部放電活動頻繁導(dǎo)致的絕緣擊穿問題

主要是電纜生產(chǎn)過程中因為材質(zhì)或工藝方法等問題會存在絕緣不均勻、雜質(zhì)、空穴等先天不足；而在電纜鋪設(shè)、接頭制作等施工環(huán)節(jié)還可能形成破皮、擦傷、浸泡、彎曲局部應(yīng)力等后天隱患，各種不利因素作用，造成電纜空間電場局部產(chǎn)生畸形，在某些位置發(fā)生局部放電，最終導(dǎo)致電纜絕緣下降甚至絕緣擊穿等重大事故。多數(shù)的鐵路在交接時未按國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行主絕緣交流耐壓試驗，或是試驗未按規(guī)程、為趕工期而粗略進(jìn)行，使得運營單位接管時的電纜狀況不明，后期運行中又頻繁發(fā)生電纜故障。常規(guī)的交接試驗又無法暴露電纜潛在的局部放電隱患，導(dǎo)致部分進(jìn)行過電纜交接試驗的鐵路，在運行過程中仍然頻繁發(fā)生電纜故障。

2.2 試驗存在的問題

2.2.1 試驗方法沒有及時更新

在現(xiàn)場實際應(yīng)用中，交流耐壓設(shè)備與直流耐壓設(shè)備相比，因設(shè)備多、體積重、電源容量要求大等因素，施工單位在現(xiàn)場均采用直流耐壓方式對10kV 電纜進(jìn)行交接試驗。根據(jù)研究經(jīng)驗表明，直流耐壓試驗對橡塑絕緣具有破壞性，同時也不能真實的反映電纜狀態(tài)，主要問題有：

（1）直流耐壓試驗并不能模仿運行狀態(tài)下電纜承受的過電壓，而且也不能有效的發(fā)現(xiàn)電纜本身及電纜接頭和施工工藝上的缺陷。

（2）在直流電壓下，交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層中的電場分布是不均勻的，導(dǎo)致?lián)舸┑牟灰恢滦浴＜矗航涣麟妷合聲?dǎo)致?lián)舸┑娜毕葜绷髂蛪合掳l(fā)現(xiàn)不了，而某些在交流電壓下不會導(dǎo)致?lián)舸┑牡胤?，在直流高壓試驗時卻會擊穿。即一方面缺陷檢出率低，另一方面也容易造成不應(yīng)出現(xiàn)的擊穿。

（3）電纜在直流電壓下會產(chǎn)生“記憶”效應(yīng)，存儲積累單極性殘余電荷,電纜重新投入運行后，殘余電場與交流電場疊加，將本可以正常運行的好電纜提前損壞。

（4）直流耐壓試驗有一定的積累效應(yīng)，電纜經(jīng)多次直流耐壓試驗（同一電纜發(fā)生多次故障），直流高壓在運行電纜的水樹區(qū)域形成負(fù)電荷積累，這些積累的電荷將一直殘留在絕緣體上，投入運行后，在空間電荷處電壓疊加，能加速絕緣老化，導(dǎo)致局部放電、電樹形成、直至絕緣擊穿，且試驗時易發(fā)生閃絡(luò)或擊穿。

2.2.2 缺乏有效的試驗手段

電纜在投運前對外護(hù)套的檢查試驗不徹底，沒有有效的手段對電纜的外護(hù)套絕緣狀態(tài)進(jìn)行試驗，而是完全靠職工的現(xiàn)場盯控和肉眼檢查，容易產(chǎn)生死角，不能找出所有隱患點，更不能將外護(hù)套破損缺陷徹底修復(fù)，運行后一旦受潮進(jìn)水就造成多點接地形成環(huán)流，接地點長期發(fā)熱最終造成電纜主絕緣擊穿。

2.2.3 運行管理存在的問題

電纜的使用壽命為30 年，如果前期施工質(zhì)量比較高，那么按照現(xiàn)有的鐵路設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，確實不需要太多的維護(hù)工作。根據(jù)當(dāng)前關(guān)于對電纜的保養(yǎng)的規(guī)定要求，高、低壓電纜線路的保養(yǎng)項目主要是進(jìn)行外觀檢查，檢查各部安裝是否牢固，路徑標(biāo)識、電纜溝蓋板是否完好；對電纜本體的檢查目前處于一種盲管或失管的狀態(tài)，而且沒有有效的手段，屬于故障修的范疇，什么時候發(fā)生跳閘故障了，就什么時候出動進(jìn)行搶修。

隨著鐵路運營期的不斷增加，先天的設(shè)備隱患問題越來越突出。根據(jù)歷年故障發(fā)展趨勢分析，鐵路貫通電纜故障率均存在逐年提高的現(xiàn)象。根據(jù)故障性質(zhì)分析也充分反映了施工質(zhì)量不高、先天的設(shè)備缺陷給運行帶來的安全隱患。而且，貫通電纜故障處理起來也有很多不便，故障查找和處理均需在天窗點內(nèi)進(jìn)行，往往一個電纜故障搶修時長平均在36 小時以上，甚至更長，必然會降低鐵路供電的可靠性。因此，如何加強電纜的日常維護(hù)管理，落實重點監(jiān)測、狀態(tài)維修，做到防患于未然，顯得尤為重要。

3 解決方案

由于新設(shè)備和新技術(shù)的不斷應(yīng)用，傳統(tǒng)的定期檢修模式已無法滿足設(shè)備發(fā)展變化的需求，弊病日漸顯現(xiàn)。采用關(guān)口前移、狀態(tài)評價、在線監(jiān)測等技術(shù)和管理手段，將使前期介入工作更有實效、也使得檢修工作更具有針對性，也為運行管理提供重要數(shù)據(jù)，可確保設(shè)備的安全、可靠運行。

3.1 完善投運前的交接工作

3.1.1 電纜投運前，對外護(hù)套的檢查維護(hù)

（1）嚴(yán)格落實現(xiàn)場盯控制度，對電纜的檢查做到一米不漏，同時上下左右均檢查到位。采用技術(shù)手段進(jìn)行檢測，按國標(biāo)要求對電纜的護(hù)層絕緣進(jìn)行試驗。通過這些措施最大程度的發(fā)現(xiàn)電纜隱患點。

（2）對存在隱患的電纜外護(hù)套進(jìn)行修復(fù)，將隱患消除在電纜投運前。完善修補工藝，以前采取的是熱熔修補法外纏防水膠帶的方式，由于對熱熔工藝要求較高，在運行中實際效果不太好，存在外熔內(nèi)不熔情況，看似外表皮已熱熔平滑，但內(nèi)部未融合，晝夜溫度變化較大時就會開裂，長期運行后會進(jìn)水導(dǎo)致放電擊穿主絕緣。為此可以制定新的修補工藝，采用拉鏈?zhǔn)匠瑥娒芊庑扪a管，快速熱縮工藝，修補管兩側(cè)增加熱熔膠，可有效阻止水分向內(nèi)擴散，拉鏈?zhǔn)叫扪a管也便于現(xiàn)場的實施。

3.1.2 按國標(biāo)要求進(jìn)行交流耐壓試驗

從電纜長期安全運行角度出發(fā)，克服現(xiàn)場困難，按國標(biāo)要求進(jìn)行交流耐壓試驗，這樣可有效發(fā)現(xiàn)隱藏在電纜內(nèi)部的隱患，不對電纜絕緣層造成損害，也可為狀態(tài)檢修提供主要的評價依據(jù)。依據(jù)試驗結(jié)果針對性的采取有效措施，避免和減少因電纜擊穿造成的電網(wǎng)事故或大面積停電事故，可大大提高電纜供電的可靠性指標(biāo)。

3.1.3 電纜頭重點控制

對電纜中間頭較多的區(qū)段要進(jìn)行局放測試，評估中間頭和終端頭制作工藝的好壞。電纜振蕩波局部放電檢測是近年來得到快速發(fā)展的一種電纜局放檢測方法，它是利用阻尼振蕩波高壓電源產(chǎn)生產(chǎn)生頻率為20 ～300Hz 幅值逐次衰減的振蕩交流電壓，在振蕩電壓激勵下，電纜內(nèi)部潛在缺陷激發(fā)局部放電從而發(fā)現(xiàn)電纜本體及電纜頭局部潛在缺陷點。

通過以上3 個方面的卡控，結(jié)合圖2 所示交接試驗流程，可最大程度的發(fā)現(xiàn)電纜外護(hù)套、電纜主絕緣、電纜頭存在的缺陷，并根據(jù)檢測結(jié)論采取相應(yīng)的整治措施，可有效防止電纜帶病投入運行，為確保鐵路電力的安全可靠供電打下良好基礎(chǔ)。

圖2 新電纜投運前的交接試驗流程

3.2 提高日常檢測水平

按照目前管理規(guī)定要求，鐵路電力電纜貫通線路應(yīng)實行壽命管理，重點檢測，狀態(tài)維修，定期保養(yǎng)的維護(hù)原則。電纜的狀態(tài)診斷與檢測就是對運行中的電纜進(jìn)行一系列的試驗來判斷電纜的整體狀況，可快速檢測出電纜是否存在故障點和潛在的隱患點，可科學(xué)的評估電纜的運行狀態(tài)，提前預(yù)防突發(fā)性停電事故的發(fā)生，有效延長電纜及其附件的運行壽命。

電纜狀態(tài)診斷與檢測可采取以下3 種方式：

（1）電纜絕緣介質(zhì)損耗老化評價測試。電纜絕緣介損老化測試適用于已投運一段時間的電纜，介質(zhì)損耗是反映電纜絕緣老化程度最敏感的指標(biāo)。依據(jù)交聯(lián)電力電纜的介損評估判斷標(biāo)準(zhǔn)見表2，根據(jù)實測的電纜介質(zhì)損耗 tanδ ，可科學(xué)的評價整條電纜的絕緣老化狀態(tài)，從而進(jìn)行有針對性的維護(hù)工作，以達(dá)到延長電纜運行壽命，提高電纜運行質(zhì)量的目的。同時可作為更換電纜和大修決策的重要依據(jù)，避免了過早或過晚的更換。

2016 年4 月國家電網(wǎng)公司下達(dá)了關(guān)于《配網(wǎng)電纜絕緣老化狀態(tài)評價工作實施方案》，要求由各省電科院組織，對其省內(nèi)的電纜進(jìn)行老化數(shù)據(jù)的抽查工作對配網(wǎng)絕緣電纜線路進(jìn)行超低頻介質(zhì)損耗測量，具體要求見表2。

表2 電纜絕緣老化狀態(tài)評價工作量化表

鐵路電力電纜可比照國網(wǎng)公司的原則，每年定期對一部分電纜進(jìn)行抽測，對電纜的運行狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)的評估。

（2）外護(hù)套試驗與狀態(tài)評價測試。根據(jù)各條線電纜施工中存在外皮損傷的不同情況，抽取不同區(qū)段的電纜進(jìn)行檢測。針對當(dāng)時交叉干擾嚴(yán)重處所的電纜進(jìn)行檢測，利用雨季電纜溝積水時節(jié)進(jìn)行檢測，可最大程度的發(fā)現(xiàn)電纜外皮破損處所，對直埋區(qū)段的電纜進(jìn)行檢測。外護(hù)套狀態(tài)檢測無需拆卸電纜肘頭，便于現(xiàn)場的實施。對發(fā)現(xiàn)的設(shè)備隱患及時采取有效的修復(fù)措施，可以盡可能的消除多點接地帶來的安全隱患。

（3）電纜振蕩波局放測試。作為一種新的電纜局部放電檢測方式，振蕩波局放檢測技術(shù)有以下優(yōu)點。一是相比于工頻交流電壓下的局部放電測試，所用儀器設(shè)備為加壓測試一體化裝置，接線操作簡單，移動搬運方便。一次加壓過程持續(xù)時間為幾百毫秒，不會對電纜造成損害，能夠無損地實現(xiàn)檢測。二是檢測無需使用額外的高壓電源，從根本上避免了系統(tǒng)內(nèi)部高壓電源產(chǎn)生的局部放電干擾。三是效率高，等效性好，可準(zhǔn)確評估電纜局部放電缺陷的嚴(yán)重程度。采用脈沖傳播時差法，可精準(zhǔn)定位電纜局部放電源的位置。

通過以上3 種測試方法，對電纜進(jìn)行狀態(tài)診斷與檢測，可以科學(xué)評估重要電纜的老化狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)電纜局放缺陷點，大大降低電纜運行后發(fā)生停電事故的概率，有效延長電纜及其附件的運行壽命，可以大大提鐵路路電力系統(tǒng)的供電可靠性。

4 結(jié)語

鐵路是我國的經(jīng)濟大動脈，安全可靠的電力供電是確保運輸暢通的重要條件。本文對鐵路電力電纜運行檢修管理方式進(jìn)行了初步探索，隨著鐵路對電力供電可靠性的要求逐步提高，需要結(jié)合新技術(shù)、新設(shè)備、新管理模式的發(fā)展，不斷的探討研究出更好的方式滿足要求。