鐵路電力電纜常見故障與檢測

濟(jì)南鐵路局濟(jì)南供電段技術(shù)科 劉曉玲

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鐵路電力電纜常見故障與檢測

濟(jì)南鐵路局濟(jì)南供電段技術(shù)科 劉曉玲

隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展和對農(nóng)田耕地保護(hù)意識的增強(qiáng)，加之電纜技術(shù)的不斷進(jìn)步，電力電纜在鐵路獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。由于電纜處在地下, 出現(xiàn)故障很難及時查找其故障點(diǎn)位置, 對電網(wǎng)的安全運(yùn)行以及供電可靠性都帶來很大的干擾。該文結(jié)合實際工作經(jīng)驗，闡述了鐵路電力電纜故障發(fā)生的常見原因和故障檢測的方法。

鐵路 電力電纜 故障 檢測

鐵路電力供電系統(tǒng)為除牽引供電以外的所有鐵路設(shè)施供電，鐵路供配電系統(tǒng)是從地方供電部門接引電源，通過鐵路變配電所向鐵路站區(qū)、鐵路單位和區(qū)間負(fù)荷供電。當(dāng)鐵路電力電纜出現(xiàn)故障時，可能引起供電設(shè)備損壞，影響鐵路列車的正常運(yùn)行。電力電纜故障給鐵路運(yùn)輸業(yè)帶來的經(jīng)濟(jì)損失不容忽視，一方面可能影響鐵路列車運(yùn)行，干擾運(yùn)輸秩序，帶來很大的經(jīng)濟(jì)和社會影響；另一方面，故障后的維修要投入大量的人力、物力、財力。因此，為了保證鐵路電力電纜線路安全運(yùn)行，必須對電力電纜進(jìn)行故障監(jiān)測。

電力電纜故障點(diǎn)的及時、快速查找與測量是提高鐵路供電可靠性的必需手段，本文根據(jù)本段鐵路的供電管理經(jīng)驗，同時參考有關(guān)資料，初步總結(jié)了電力電纜的常見故障和檢測辦法。

1 電力電纜常見故障

電力電纜故障點(diǎn)的查找與測量是電力電纜可靠運(yùn)行的有力保障，但是因為電力電纜線路的隱蔽性以及測試設(shè)備的局限性，使電力電纜故障的查找非常困難。了解電力電纜故障的原因，快速地判定出故障點(diǎn)十分重要。目前電力電纜發(fā)生故障的原因是多方面的，主要可分為以下幾類：

1.1 機(jī)械損傷。機(jī)械損傷包括電力電纜敷設(shè)過程中因拉力過大或彎曲過度而導(dǎo)致絕緣和護(hù)層的損壞，以及施工和交通運(yùn)輸中直接受外力作用而造成的損傷等。

1.2 過負(fù)荷運(yùn)行。當(dāng)電力電纜長期過負(fù)荷運(yùn)行時，會使電纜產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，使電纜溫度升高，過高的溫度會加速電纜絕緣老化，致使絕緣薄弱部位擊穿。

1.3 電纜頭故障。電力電纜中間連接頭、終端頭是故障較常發(fā)生的部位。如由于制作工藝不良，電力電纜頭內(nèi)部含有雜質(zhì)、氣隙等。在強(qiáng)電場作用下，產(chǎn)生放電現(xiàn)象。或電力電纜的金屬屏蔽接地不良，造成接地電阻值超過規(guī)定值，產(chǎn)生較高的感應(yīng)過電壓，進(jìn)而導(dǎo)致電力電纜的部分絕緣擊穿。

1.4 絕緣受潮。絕緣受潮可能是由于電力電纜的接頭密封失效、本身質(zhì)量問題或電纜護(hù)套失效等問題，造成電力電纜故障，通常表現(xiàn)為絕緣電阻低，泄漏電流大。

2 電力電纜故障檢測

電力電纜故障檢測可分為電力電纜的離線檢測和在線監(jiān)測兩大類，其具體檢測方法歸納如下：

2.1 故障離線檢測

對于離線電纜故障的探測一般包含診斷、測距、定點(diǎn)三個步驟。故障診斷主要是確定故障的類型與嚴(yán)重程度，以便于測試人員判斷和選擇適當(dāng)?shù)碾娎|故障測距與定點(diǎn)方法。故障測距是指在故障電纜芯線上施加測試信號或者在線測量，初步確定故障的距離，為精確定點(diǎn)提供足夠信息。故障定點(diǎn)是在粗測距離的基礎(chǔ)上，精確確定故障點(diǎn)所在實際位置，以便于立即進(jìn)行搶修。電力電纜的故障測距方法很多，目前離線測距主要有以下幾類：

2.1.1經(jīng)典電橋法。用低壓電橋測低阻擊穿故障，用電容電橋測開路斷線故障。具體做法為：電橋兩臂分別接被測電力電纜故障相與非故障相，調(diào)節(jié)電橋兩臂上的一個可調(diào)電阻器，使電橋平衡，利用比例關(guān)系和已知長度就可獲得故障距離。電橋法測量結(jié)果精確，但需要完好芯線做回路，電源電壓不能加得太高。

2.1.2駐波法。根據(jù)微法傳輸原理，利用傳輸線路的駐波諧振現(xiàn)象，對故障電纜進(jìn)行測距，本法適用于測低阻擊穿及開路故障。

2.1.3低壓脈沖法。對低阻擊穿、短路、開路故障，可在電纜芯線上施加低壓脈沖訊號。訊號在電纜傳播及反射，用示波器測出脈沖波形而算出故障點(diǎn)的位置。低壓脈沖反射法可根據(jù)反射脈沖的極性分辨故障類型，但不能用于測量高阻與閃絡(luò)故障。

2.1.4高壓脈沖法。利用傳輸線的特性阻抗發(fā)生變化時的回波現(xiàn)象，在電纜芯線中加上一定電壓而產(chǎn)生放電。放電脈沖在電纜中傳播及反射，用示波器測出反射脈沖的位置比例，算出故障點(diǎn)的位置。本法適用于高阻擊穿及各種故障，但操作人員的安全受威脅，波形較難辨別。

2.1.5故障點(diǎn)燒穿法。故障點(diǎn)燒穿法主要應(yīng)用于高阻故障，通過輸入直流負(fù)高壓對高阻故障點(diǎn)進(jìn)行處理，產(chǎn)生電弧放電并碳化絕緣介質(zhì)，使高阻故障變成碳化連接點(diǎn)的低阻故障，再應(yīng)用低壓脈沖法就可以測出，主要用于油紙絕緣電纜。

2.1.6閃絡(luò)法。利用故障點(diǎn)在高電壓作用下瞬間放電產(chǎn)生多次反射波。其中之一為直流高壓閃絡(luò)測量法（直閃法），主要用于測量電纜的閃絡(luò)性高阻故障，此法的波形簡單、容易理解，準(zhǔn)確度高；另一為沖擊高壓閃絡(luò)測量法（沖閃法），主要用于測量電纜的泄漏性故障，此法的波形較復(fù)雜，辨別難度大，準(zhǔn)確度低，但適用范圍要更廣。

2.1.7二次脈沖法。這是一種較新的測距方法，對故障電纜釋放一個低壓脈沖（20～160 V），當(dāng)故障點(diǎn)的接地電阻大于電纜阻抗5倍，可認(rèn)為此時故障電纜相對于低壓脈沖開路，即在脈沖釋放端接收到的反射波形相當(dāng)于一個芯線絕緣良好電纜的波形；再對故障電纜釋放一個足以使芯線絕緣故障點(diǎn)發(fā)生閃絡(luò)的高壓脈沖，同時觸發(fā)釋放第二低壓脈沖產(chǎn)生電弧，故障點(diǎn)相對于低壓脈沖是完全短路，那么在脈沖釋放端接收的反射波形相當(dāng)于一個線芯對地完全短路的波形；將前后兩次接收到的低壓脈沖反射波形進(jìn)行疊加，兩個波形將會有一個明顯的發(fā)散點(diǎn)，這個發(fā)散點(diǎn)就是故障點(diǎn)的反射波形點(diǎn)。其特點(diǎn)是易操作、多功能，回波圖形解釋簡易，但不能用于測量高阻與閃絡(luò)故障。

2.2 故障在線監(jiān)測

由于鐵路電力電纜線路的高使用率，特別是高速鐵路一級和綜合電力貫通線，因此采用現(xiàn)代傳感器、計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行故障在線監(jiān)測，是實際工程追求的一項熱門課題。就目前發(fā)展的在線監(jiān)測分析，主要包含小波變換分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等，介紹如下。

2.2.1小波變換分析法

電力電纜故障測距關(guān)鍵是暫態(tài)故障特征的提取。小波變換在時域、頻域同時具有良好的局部化特性，對信號的奇異點(diǎn)非常敏感，適用于時變的非平穩(wěn)信號的檢測與分析。小波變換通常采用單端檢測和雙端同步檢測來分析故障暫態(tài)以進(jìn)行故障定位，不受故障阻抗限制。具體方法是在脈沖電流測距法的基礎(chǔ)上，引入小波分析，把錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行尺度小波分解與重構(gòu)，再對重構(gòu)信號進(jìn)行多尺度小波分解，利用小波變換的邊緣信號檢測分析，獲得與信號突變點(diǎn)一一對應(yīng)的小波變換模極大值，由此推出電纜故障的距離。

2.2.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能計算系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)上的每個結(jié)點(diǎn)相當(dāng)于一個神經(jīng)元，可以存儲、處理一定的信息，并與其它結(jié)點(diǎn)并行工作。先向人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)點(diǎn)輸入信息，各結(jié)點(diǎn)處理后向其它結(jié)點(diǎn)輸出，其它結(jié)點(diǎn)接受并處理后再輸出，直到整個神經(jīng)網(wǎng)工作完畢，輸出最后結(jié)果。在系統(tǒng)故障期間，輸電線路各種不同地點(diǎn)的一系列測量電壓電流作為樣本輸入到專門訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中。這個樣本與訓(xùn)練樣本庫相比較易識別故障位置。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出可通過簡單的三維圖形顯示，給操作員一個即時的故障位置指示。

2.2.3實時專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)就是一個具有智能特點(diǎn)的計算機(jī)程序，它的智能化主要表現(xiàn)為能夠在特定的領(lǐng)域內(nèi)模仿人類專家思維來求解復(fù)雜問題。首先將電纜故障測距專家系統(tǒng)中的專家知識庫作為電腦的基本數(shù)據(jù)庫，并建立一套規(guī)則來維護(hù)和更新該數(shù)據(jù)庫。知識庫可以從以往的故障事件中提取，并可以在實際應(yīng)用中修改，有助于集成診斷和確定故障類型。

3 提高故障探測水平的措施

3.1 改進(jìn)電力電纜頭的制作工藝

在設(shè)計方面，要先從源頭上降低電力電纜故障發(fā)生的概率。電力電纜應(yīng)嚴(yán)禁潮濕、機(jī)械外力、腐蝕、高溫等外來傷害；安裝時要繞開鐵路路基，穿越鐵軌或鐵路房屋基礎(chǔ)時一定要采用保護(hù)鋼管或混凝土電纜槽等進(jìn)行防護(hù)；盡量避開各種管線及建筑工程等需要挖掘的地方。此外，還應(yīng)采用新材料、新方法、新措施改進(jìn)電纜頭的制作技術(shù)，加強(qiáng)密封、防潮，以提高電纜頭的絕緣力度，充分保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 規(guī)范電力電纜敷設(shè)的施工管理

鐵路電力線路遠(yuǎn)離市區(qū)，電力貫通線沿鐵路敷設(shè)，每個供電臂約40公里，電力架空線路在雷雨季節(jié)常受到雷電的打擊，易導(dǎo)致避雷器和瓷瓶炸裂，若引下線掉落在避雷器的支架橫擔(dān)上，就會引起短路。因此，要提高線路本身的抗雷水平，在多雷雨地段的電力線路上設(shè)置懸式絕緣子及其數(shù)量；并在高處安裝避雷器以保護(hù)線路。雨雪天氣時常會發(fā)生跳閘現(xiàn)象，為避免此類事故發(fā)生，應(yīng)將瓷瓶改為防污絕緣子，同時注意加強(qiáng)保養(yǎng)，強(qiáng)化工作人員的防污意識。

3.3 加強(qiáng)電纜線路的維護(hù)和測試工作

相關(guān)部門應(yīng)安排專人對電纜線路徑路、電纜人孔井等進(jìn)行定期的檢測，并進(jìn)行負(fù)荷測定，每年至少測量一次接地電阻和絕緣電阻，對接地裝置進(jìn)行檢查等。

3.4 做好技術(shù)文件的記錄

建立電纜運(yùn)用管理技術(shù)，詳細(xì)標(biāo)注所有電纜的直徑、長度、使用年限、路徑以及中間頭的位置。一般情況下，電纜的中間頭位置是故障易發(fā)點(diǎn)，因此掌握它的位置對故障處理速度的提升大有幫助。

3.5 加強(qiáng)人員技術(shù)培訓(xùn)，提高專業(yè)人員處理電纜故障的能力

鐵路電力部門還要通過培訓(xùn)等方式來提高電纜故障處理人員的工作水平，要盡量使隊伍保持穩(wěn)定，盡量避免頻繁的人員變動；要定期組織維修人員對新的電纜故障處理設(shè)備、儀器進(jìn)行觀摩、學(xué)習(xí)和動手操作，以保證隊伍與時俱進(jìn)。

4 結(jié)語

本文總結(jié)分析了鐵路電力電纜的典型故障類型及形成原因，并根據(jù)實際操作分析和比較了故障離線檢測和在線檢測的措施和方法，提出了防止電纜故障的應(yīng)對技術(shù)措施和方法，提高對鐵路電力電纜常見故障和檢測的認(rèn)識，減少由于電纜故障對鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的影響，為鐵路安全運(yùn)輸提供強(qiáng)有力的保證。

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