鐵路電力系統(tǒng)電纜故障問題的查找與分析

徐圣軒 陳進(jìn)斌 張云騫

摘 要： 隨著經(jīng)濟(jì)和人們生活水平的提高，交通行業(yè)發(fā)展也十分快速。鐵路是我國的經(jīng)濟(jì)大動脈，安全可靠的電力供電是確保運(yùn)輸暢通的重要條件。本文對鐵路電力電纜運(yùn)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。

關(guān)鍵詞： 鐵路;電力系統(tǒng);電纜;故障;技術(shù)

【中圖分類號】U216 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A ? ? 【文章編號】1674-3733（2020）11-0192-01

引言：近年來，我國的鐵路建設(shè)獲得了跨越式的發(fā)展，為社會的發(fā)展注入了強(qiáng)大的運(yùn)輸動力。電力電纜具有受外部自然環(huán)境影響小、安全性好、可靠性高、不影響城區(qū)美觀、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用少等特點(diǎn)，在鐵路電力供電系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。但是隨著電力負(fù)荷不斷的增加以及運(yùn)行時間的延續(xù)，電力電纜故障頻頻發(fā)生。本文介紹了鐵路供電系統(tǒng)的電纜施工、日常運(yùn)行管理、電纜故障測尋等方面情況，以便及時準(zhǔn)確查找到電纜故障點(diǎn)，排除故障，確保電力供電的可靠性。

1 電纜故障分析

1.1 電纜頭的故障

在鐵路的牽引供電系統(tǒng)為單相的供電系統(tǒng)，電力電纜貫通線比較密集的場地，是一個非常不對稱的電磁生產(chǎn)源在牽引供電中的回流將會沿著鋼軌流回大地，電磁環(huán)境的存在將導(dǎo)致鐵路沿線敷設(shè)的電力電纜貫通線的周邊的溫度升高。高速鐵路運(yùn)用全電纜電力貫通線，工況非常復(fù)雜，尤其是在長距離的輸電的電力電纜貫通線路的相間電容和對地電容等因素，使得高速鐵路電力電纜貫通線因溫度升高絕緣老化致使事故的發(fā)生的概率非常的大，比其他的場合都高，根據(jù)現(xiàn)場的事故的總結(jié)分析可知，電力電纜貫通線的損壞故障超過一半都是發(fā)生在電纜頭處。

1.2 電力電纜本體故障

全電纜電力貫通線宜采用單芯電纜，單芯電纜應(yīng)該采用非磁性金屬鎧裝層，不得在現(xiàn)場使用未經(jīng)非磁性有效處理的鋼制電纜，絕緣采用交聯(lián)聚乙烯。大多數(shù)的電纜故障是由于電纜的外護(hù)套在施工的過程中遭到破壞。電纜的鋼鎧暴露在外邊，使得破壞點(diǎn)的鋼鎧與大地形成了環(huán)流，使得破壞點(diǎn)處的電流過大，長時間的電流流過使得發(fā)熱，進(jìn)而能夠燒壞護(hù)套和內(nèi)墊層，最終導(dǎo)致電纜絕緣層損害而擊穿。過高的溫度將會使得電力電纜貫通線的損害是一個永久性的損壞過程，超過電力電纜貫通線的承受范圍，電力電纜的將會被淘汰使用，壽命大大的減小。電纜外護(hù)套損傷，鎧裝直接與大地相連形成環(huán)流，在環(huán)流長期作用下，產(chǎn)生的電、熱和腐蝕效應(yīng)，由表向里的腐蝕燒傷最終將會造成電力電纜貫通線的主絕緣破壞。

1.3 電纜的施工質(zhì)量問題

電纜施工質(zhì)量問題主要有兩方面：一是外部環(huán)境因素，主要包括電纜埋設(shè)過淺、彎曲半徑過小、電纜溝內(nèi)雜物和積水過多、電纜敷設(shè)過程中外皮劃損留下隱患等;二是制作技術(shù)水平差，主要包括電纜頭附件安裝不符合工藝要求、電纜頭制作沒有達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，高速鐵路因施工質(zhì)量問題引發(fā)的電纜故障較多，尤其是外護(hù)套破損（隱患）導(dǎo)致電纜故障更為突出。

2 電力電纜貫通線故障的防護(hù)措施

2.1 聲測法

利用專用的高壓信號發(fā)生器，將l0kV直流電壓加入故障電纜中，此時故障點(diǎn)就會被反復(fù)擊穿而放電，并且發(fā)生機(jī)械振動。此時利用靈敏度極高的聲電轉(zhuǎn)換器，在地面完成電纜振動波向電信號的轉(zhuǎn)換，并將此信號做放大處理，使用專用儀表測試聲音的強(qiáng)弱，聲音最強(qiáng)處即為故障點(diǎn)。這種故障定位原理簡單，操作簡便，但這種定位方法不適用于低阻故障定位，其原因是低阻故障釋放的電量較小，給信號采集工作增加難度。

2.2 接地方式的選擇

根據(jù)電纜感應(yīng)電勢計算公式及相關(guān)規(guī)定可總結(jié)出以下幾個特點(diǎn)：（1）接地方式只與電纜芯數(shù)有關(guān)，而與電壓等級無關(guān);（2）護(hù)層保護(hù)器的選擇與電壓等級有關(guān);（3）感應(yīng)電壓超過標(biāo)準(zhǔn)時選擇交叉互聯(lián)。提出單芯電纜金屬護(hù)套的接地方式可有以下幾種：（1）電纜金屬護(hù)層一段直接接地，另一端通過護(hù)層保護(hù)器接地，此種接地方式無環(huán)流，感應(yīng)電壓與電纜長度成正比，主要在短電纜線路中使用。（2）電纜金屬護(hù)層中點(diǎn)直接接地，兩段金屬護(hù)層通過護(hù)層保護(hù)器接地，此種方式與第一種的方式原理一樣，優(yōu)點(diǎn)比第一種適用電纜的長度擴(kuò)大了一倍。（3）電纜金屬護(hù)層交叉互聯(lián)，這種形式用于較長電纜線路。（4）電纜換位，電纜金屬護(hù)層交叉互聯(lián)，這種形式減小單芯電纜對臨近電纜的感應(yīng)電勢，此種方式在客專鐵路的單芯電纜應(yīng)用較廣。

2.3 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(diǎn)。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(yùn)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(shí)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。

2.4 電纜的防護(hù)措施

產(chǎn)生故障的原因大致可以分為外力破壞、附件制作質(zhì)量不合格、敷設(shè)施工質(zhì)量不佳、電纜本體缺陷等。首先我們在電纜的敷設(shè)安裝的時候需要施工單位前期按設(shè)計要求施工，貫通線電纜同溝直埋敷設(shè)，尤其是在中性點(diǎn)經(jīng)小電阻或者消弧線圈接地系統(tǒng)中，要更加注意電纜敷設(shè)方式。然后維管單位加強(qiáng)對電力設(shè)備的巡視和風(fēng)險源的監(jiān)控，加強(qiáng)安全防范意識[3]。最后就是利用高新技術(shù)，充分考慮應(yīng)用場合等因素影響，對電氣化鐵路的電纜頭進(jìn)行發(fā)熱分析和安全監(jiān)測，一個是集中通過研究本體電纜發(fā)熱來確定電纜的有效載流量，另一個是應(yīng)用環(huán)境中的外邊環(huán)境中的熱源對于電力電纜的載流量的影響，其主要思想就是通過對電纜導(dǎo)體溫度的計算來確定電纜的熱度問題，進(jìn)而對電力電纜的故障進(jìn)行防護(hù)。

結(jié)語：隨著科技的進(jìn)步，越來越多的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到電纜故障測尋中，使故障測試精度、測試環(huán)境不斷提高和完善，為我國電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定做出更大的貢獻(xiàn)。應(yīng)充分利用先進(jìn)的電纜故障探測設(shè)備，結(jié)合日常積累的方法和經(jīng)驗(yàn)，快速找到故障點(diǎn)，及時組織搶修處理，快速恢復(fù)送電，確保鐵路運(yùn)輸暢通。

參考文獻(xiàn)

[1] 李文豪，崔校玉，陳維榮，林德福.客運(yùn)專線10kV單芯電纜接地方式的研究[J].鐵道工程學(xué)報，2009，127（4）：39-42.

[2] 王軍，傅永德，郭旭振.單芯電力電纜接地施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2011（1）：56-57.