陳 飛 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京供電段

1 引言

高速鐵路供電系統(tǒng)中采用了大量的單芯10 kV 電力電纜，從而提高了鐵路供電系統(tǒng)的供電可靠性。但是電纜運(yùn)用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)故障。由于由于高速鐵路單芯電纜的長(zhǎng)度較長(zhǎng)、故障點(diǎn)較隱蔽，故障查找較困難，查找周期長(zhǎng)，極易影響高鐵電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，分析10kV 單芯電力電纜的故障成因，總結(jié)故障類(lèi)型，提升電纜故障的處理效率，是提高行車(chē)安全的有力保障。

2 常見(jiàn)故障原因

2.1 機(jī)械械損傷

機(jī)械損傷引起的電纜事故占電纜事故60%左右比例，如：（1）直接受外力損傷，這方面的損壞主要有施工和交通運(yùn)輸所造成的損壞；（2）安裝時(shí)的損傷，在安裝時(shí)碰傷、拉傷電纜或者因彎曲過(guò)度而損傷電纜；（3）自然力造成的損壞，中間接頭和終端接頭受自然拉力和內(nèi)部絕緣膠膨脹的作用所造成的電纜護(hù)套裂損等。

2.2 絕緣受潮

中間接頭或終端頭結(jié)構(gòu)不密封或安裝不良而造成絕緣受潮。電纜制造不良在金屬護(hù)套上留有小孔和裂縫等缺或金屬護(hù)套被外物刺傷也會(huì)使電纜受潮。

2.3 過(guò)熱

電纜絕緣內(nèi)部氣隙游離造成局部過(guò)熱而使絕緣炭化以及電纜過(guò)負(fù)荷都會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱。安裝于電纜密集地區(qū)或電纜溝以及電纜隧道等通風(fēng)不良處的電纜，都會(huì)造成電纜過(guò)熱從而使絕緣加速損壞。

2.4 過(guò)電壓

過(guò)電壓主要是指大氣過(guò)電壓（雷擊）和電纜內(nèi)部過(guò)電壓。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，許多電纜終端頭的故障是由大氣過(guò)電壓引起的。

2.5 設(shè)計(jì)和安裝的問(wèn)題

中間接頭和終端頭的防水設(shè)計(jì)不周密，選用的材料不當(dāng)，電場(chǎng)分布的考慮不周，工藝要求不嚴(yán)密，機(jī)械強(qiáng)度的裕度不夠等是設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題。拙劣的接頭與不按技術(shù)要求敷設(shè)電纜或者在潮濕的氣候條件下作接頭，使接頭混入水氣也是形成電纜故障的重要原因。

3 故障類(lèi)型

按故障現(xiàn)象分類(lèi)，可分為開(kāi)放性故障和封閉性故障。按故障位置分類(lèi)，可分為接頭故障和電纜本體故障。

（1）接頭故障：2017年初管轄范圍內(nèi)發(fā)生一起10 kV高壓電纜因前期新線(xiàn)施工過(guò)程中，電纜中間接頭銅連接管壓接不實(shí)，又遇冬季溫度變化電纜線(xiàn)芯逐漸從中間接頭銅連接管中縮出并與銅連接形成尖端放電，導(dǎo)致電纜主絕緣逐漸被擊穿，形成故障跳閘。

（2）電纜本體故障：通常因?yàn)殡娎|制作工藝不高，銅芯電纜雜質(zhì)較多，主絕緣與半導(dǎo)體層工藝不良而導(dǎo)致，也可能在運(yùn)輸過(guò)程中，電纜發(fā)生嚴(yán)重的磕碰，導(dǎo)致電纜絕緣性能下降而導(dǎo)致。

按接地現(xiàn)象分類(lèi)，可分為單純的開(kāi)路故障、相間短路、單相接地。

（1）開(kāi)路故障：類(lèi)似一根電纜被完整的一切為二，線(xiàn)芯鋼鎧完全分離。通常由電纜路徑上遭遇施工器械（比如挖掘機(jī)）野蠻施工切斷而致。

（2）相間短路：這類(lèi)故障在高鐵電力上比較少見(jiàn)，高鐵線(xiàn)路多為單芯電纜，不同于三芯電纜一體式組成，完全是由三根單芯電纜組成，相間有一定距離，同時(shí)發(fā)生兩根或以上擊穿短路的可能性較低。

（3）單相接地：高鐵電力最常見(jiàn)的故障。發(fā)生故障原因基本是由于單芯電纜絕緣薄弱點(diǎn)被擊穿，造成線(xiàn)芯與鋼鎧距離接近，或線(xiàn)芯與大地接觸，造成短路跳閘故障。

按絕緣電阻的大小分類(lèi)：低阻故障、高阻故障、開(kāi)路故障、閃絡(luò)性故障。

（1）低阻故障：通常為主絕緣擊穿后線(xiàn)芯與鋼鎧距離過(guò)近或接觸造成，一般使用萬(wàn)用表測(cè)得線(xiàn)芯與鋼鎧接地間的電阻＜200 Ω。

（2）高阻故障：通常為主絕緣擊穿后線(xiàn)芯與鋼鎧保持一定距離，未直接接觸或是線(xiàn)芯被擊穿后與地保持一定距離，一般使用萬(wàn)用表與絕緣電阻表配合使用，線(xiàn)芯與鋼鎧間的絕緣電阻＞200 Ω，＜400 MΩ。2018 年、2019 年管轄設(shè)備分別遇到該類(lèi)故障，檢查發(fā)現(xiàn)是電纜外護(hù)套在施工中在電纜槽道中強(qiáng)行拖拽磨破，在經(jīng)過(guò)雨水浸泡，鋼鎧銹蝕后，內(nèi)護(hù)套受到影響，造成電纜出現(xiàn)薄弱點(diǎn)，形成放電跳閘。

（3）開(kāi)路故障：一般為斷線(xiàn)故障，一根電纜被分為兩根電纜，絕緣阻值等正常，需要通過(guò)電纜故障測(cè)距儀測(cè)得電纜長(zhǎng)度與原電纜長(zhǎng)度進(jìn)行比對(duì)。

（4）閃絡(luò)性故障：一般測(cè)得電纜絕緣阻值＞400 MΩ，正常使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)情況，一旦線(xiàn)路電壓電流升高就會(huì)出現(xiàn)絕緣薄弱點(diǎn)瞬間擊穿放電引發(fā)跳閘，放電過(guò)后重合閘電壓電流未達(dá)到擊穿絕緣臨界值，又能正常運(yùn)行。通常采用直流耐壓測(cè)試，升高電壓持續(xù)耐壓，已達(dá)到徹底擊穿電纜的絕緣薄弱點(diǎn)，使故障點(diǎn)直接暴露出來(lái)后再進(jìn)行處理。

4 故障點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)查找方法

目前高鐵單芯10 kV 電力電纜故障查找對(duì)人員技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)的要求較高，故障點(diǎn)查找一般要經(jīng)過(guò)查看故障電纜基本情況、故障性質(zhì)診斷、故障測(cè)距、精確定點(diǎn)4個(gè)步驟。

4.1 查看故障電纜基本情況

電纜基本情況是指完善的電纜資料，包括長(zhǎng)度、路徑走向、中間接頭位置、電纜出廠資料等。這些電纜資料的完整齊全能使故障點(diǎn)查找事半功倍。

4.2 故障性質(zhì)診斷

通過(guò)絕緣電阻表測(cè)量電纜的導(dǎo)電性能和絕緣性能來(lái)了解故障電纜的有關(guān)情況，初步確定故障的性質(zhì)，從而選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法對(duì)電纜故障進(jìn)行具體的診斷，具體情況如下表。

4.3 故障測(cè)距

故障電纜芯線(xiàn)上施加測(cè)試信號(hào)或者在線(xiàn)測(cè)量、分析故障信息，初步確定故障的距離，為精確定點(diǎn)提供足夠精確的信息。 這是電纜故障測(cè)試過(guò)程中最重要的一步，下面為幾種為高鐵單芯10 kV電力電纜故障常用測(cè)距方式。

4.3.1 測(cè)距方法之低壓脈沖法

適用范圍：低阻短路故障（絕緣故障電阻小于幾百歐的故障）、開(kāi)路故障。此類(lèi)故障約占電纜故障的10%。低壓脈沖法還可用于測(cè)量電纜的長(zhǎng)度、電磁波在電纜中的傳播速度，還可用于區(qū)分電纜的中間頭、T型接頭與終端頭等（見(jiàn)圖1）。

圖1 斷線(xiàn)故障波形

4.3.2 測(cè)距方法之脈沖電流法

適用范圍：脈沖電流法可測(cè)量向故障電纜施加高壓后，故障點(diǎn)能擊穿放電的故障。適用于高阻泄漏性故障、閃絡(luò)性故障與低阻故障等，此類(lèi)故障約占電纜故障的90%以上（見(jiàn)圖2）。

圖2 典型的脈沖電流波形

4.3.3 測(cè)距方法之二次脈沖法

適用范圍：二次脈沖法可測(cè)量向故障電纜施加高壓使故障點(diǎn)擊穿放電后，放電電弧能長(zhǎng)時(shí)間存在的故障。含有：高阻泄漏性故障、高阻閃絡(luò)性故障等，據(jù)統(tǒng)計(jì)這類(lèi)故障約占電纜故障的60%左右（見(jiàn)圖3）。

圖3 二次脈沖法故障波形

4.4 精確定點(diǎn)

用高壓信號(hào)發(fā)生器向故障電纜中施加脈沖高電壓；攜帶聲磁同步故障定點(diǎn)儀，依照故障測(cè)距結(jié)果與電纜的路徑走向沿電纜的路徑移動(dòng)探頭，準(zhǔn)確找到故障點(diǎn)。

5 提升電纜故障查找效率的幾點(diǎn)建議

5.1 完善資料

提高電力電纜故障點(diǎn)查找的效率，日常工作管理中必須完善電力電纜運(yùn)行基礎(chǔ)資料，如電纜路徑圖、電纜中間接頭分布圖及區(qū)間平面圖并做好現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)識(shí)。

5.2 電纜分兩頭進(jìn)行測(cè)量

在查找過(guò)程中，無(wú)論使用哪種方法測(cè)試故障點(diǎn)波形，若故障點(diǎn)距離測(cè)試端太近，均會(huì)產(chǎn)生盲區(qū)，使得測(cè)試波形難以判斷識(shí)別，此時(shí)可嘗試到電纜的另一端進(jìn)行測(cè)試，建議每次查找電纜故障點(diǎn)時(shí)最好電纜兩側(cè)各測(cè)試一次以作對(duì)比，這樣的成功率較高。

5.3 日常材料準(zhǔn)備充足，工器具保管良好

電纜故障處理必須的材料、工器具合理布置，區(qū)域存放，比如較重的高壓發(fā)生器、電容器，可以選擇放在離門(mén)口較近寬敞的區(qū)域，以提高出動(dòng)效率。日常加強(qiáng)工器具保養(yǎng)，定期檢查工器具狀態(tài)，對(duì)設(shè)備及時(shí)充電或更換電池。每月檢查電纜附件的有效期限，確保電纜附件符合要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高速鐵路鐵路電力系統(tǒng)中單芯電纜的使用越來(lái)越廣泛，作為鐵路信號(hào)、通信、防災(zāi)等一級(jí)負(fù)荷的電源，重要性不言而喻，鐵路供電部門(mén)必須在短時(shí)間內(nèi)查找出故障原因，并及時(shí)排除，以保證高速鐵路電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。