机场助航灯光电缆主回路故障诊断与排除

胡义柱

（宁夏回族自治区银川河东机场供电站，银川 750009）

1 引言

在助航灯光供电系统中，灯光电缆作为传输电能的主要设施会因种种原因出现故障，给飞行安全带来隐患和威胁，轻则造成航班复飞，重则导致机场关闭。本人结合自己的实际工作经验，就关于灯光电缆故障的诊断与排除做一些论述。

2 机场助航灯光回路简介

2.1 灯光回路的构成

机场助航灯光电缆回路由主电缆、隔离变压器、隔离变压器一次连接器、二次连接器、灯具及灯泡六个部分组成。其中，主电缆、隔离变压器及隔离变压器一次连接器构成灯光供电的主回路。因主回路电源电压一般为5kV左右的高压，这一部分出现的故障称为主回路故障或高压回路故障。隔离变压器二次连接线、灯具和灯泡工作在隔离变压器的二次端，工作电压最高不超过 40V，这一部分故障称为二次端故障或低压故障。本文只讨论灯光主回路故障的诊断与排除。

图1 助航灯光电缆回路示意图

由图1可以看出，助航灯光电缆回路是典型的串联电路，运用串联电路的优点是回路中流过各个隔离变压器的电流值是相同的，所有灯泡都以相同电流运行，因而光强也是相同的；整个电路可以使用同一芯线截面和同一额定电压的电芯电缆，当回路中有接地故障点时容易查找。

但是串联电路最大的缺点是若有任何一点开路将使整个电路都不能正常工作。又由于电缆通常分布在数平方公里的范围内，寻找故障点也比较困难。

2.2 主回路故障类型

助航灯光电缆主回路的常见故障可分为电缆开路故障，电缆对地绝缘降低故障及同时含有此两种故障的复合型故障。

开路故障一般是电缆断裂所致，回路直流电阻大于正常数值或为无穷大（当电缆完全断开时直流电阻为无穷大；而电缆的芯线或金属屏蔽层某处似连非连，接头部分芯线或屏蔽线处理不好则会显示一定数值的电阻。）

开路故障确切定义为：电缆的导体损伤导致导体断开或似断非断的情况，导体包括电缆的芯线和金属屏蔽层。断线故障是开路故障的一个特例。

断点完全断开时回路中电流为 0，灯光熄灭；未完全断开似连非连时电流微弱，灯光很暗。

绝缘降低故障通常称之为接地故障，故障时电缆的对地绝缘电阻为0，直流电阻小于100Ω（图2）。

复合型故障则最复杂，故障电缆直流电阻高于正常值，绝缘电阻几乎为0。

图2 开路故障

图3 接地故障示意图

从故障的影响范围来看，开路故障直接影响助航灯光的照明，严重时会导致机场关闭。接地故障只有一个接地点时不会影响灯光工作，若出现两个以上的故障点，会使灯光有一段不亮或变暗（图3）。复合型故障随时会引起助航灯光的关闭，是飞行安全最大隐患。

2.3 助航灯光电缆构成

为了更好地排除灯光电缆故障，有必要了解助航灯光主回路电缆的构造。

机场助航灯光电缆是根据我国民航机场建设的现状和实际使用要求而研制开发的高新技术产品。它是应用工业电子加速器所产生的电子射线对高分子材料进行改性而获得的具有高机械强度、耐老化性能和优良电性能的绝缘材料。实现了产品的耐电压等级高、机械强度高，可以满足机场恶劣的环境条件，使用寿命长达30年以上，很大程度上确保了目视助航灯光的安全运行。

银川机场现使用的是 YJYD-3.6/6kV-1×6辐照交联机场助航灯光电缆。主要由五部分组成：导体芯线、绝缘层、半导电层、金属屏蔽层、外护套层。这五部分中的任何一部分出现问题都可以认为是电缆有故障。

主电缆是助航灯光能量传输的通路，一般采用三同轴电缆。

2）拓宽培训途径，开展多样式安全培训。可以将现场教学答疑、创新培训内容、专题专项讲座、播放操作视频、明确违规误区、实地应急演练、网络学习考核等方式有机结合，采取多种多样的安全培训模式，丰富培训内容，积极调动参训者学习兴趣，从而提升安全培训效果，降低由实验人员能力不足所引发的实验室安全风险。

图4 灯光电缆结构示意图

（1）护套：起机械保护作用和防潮。

（2）外屏蔽：为一定尺寸的软铜带以不小于20%重叠绕制而成，用以抑制其内外侧电磁场的作用。

（3）半导电层：为半导电丁基橡胶。使电缆芯线附近的电场不会太集中，提高了起始电晕电压。（由于助航灯光供电电源是大功率可控硅调节输出的电压，具有很高的直流脉冲，因而在电晕电压、屏蔽性能上有较高的要求。）

（4）绝缘：材料为聚氯乙烯，其工频耐压试验为11kV，15min不击穿。

（5）电缆线芯：为6mm2多芯铜导线。

正常状态下试运行期间的主电缆绝缘电阻应不低于1000MΩ，直流电阻在20～50Ω之间。

3 故障实例

3.1 故障经过

2008年4月18日16 :40，试运行中的银川河东机场C、D联络道中线灯发生故障，造成联络道大部分中线灯不亮。经机场公司值班领导同意，发航行通告，并与宁夏空管分局协商用引导车引导飞机。

当日航班结束后，对联络道中线灯回路电缆L1、L2端用2500V兆欧表遥测对地电阻约为0，用万用表测直流电阻约为 82Ω，据此可断定是主回路电缆出现故障导致灯光熄灭。

3.2 故障诊断

因为主回路测得的直流电阻 82Ω，对地绝缘电阻 0，可以明确回路中肯定有接地故障点。由于不知道除了接地点之外是否还有其他故障，我们拿该段电缆未出故障时测得的直流电阻 36Ω比较后发现，电缆故障时的直流电阻高于正常值。故依据经验判断，此段电缆很可能还有开路故障，即该回路的故障为复合型故障。

判断灯光电缆开路故障的具体方法：对于灯光电缆，在电源端LA将芯线与金属屏蔽层短接，在测试端A用万用表测量线芯到屏蔽层的电阻值，正常情况下RA应稍大于正常时电缆直流电阻值RO。若RA为无穷大，为断路故障；若RA远大于R0（RO的2倍以上）为似断非断故障。）

图5 电缆开路测试图

3.3 复合型故障查找与排除

（1）开路故障的排除

将联络道中线灯电缆的 L1电源端芯线与地线短接，L2端接通电源，观察灯具的工作状态。发现 B两点至D联络道之间的灯具发光，其余灯具光线非常暗，B点对应的是亮灯段的最后一个灯具。从图3所示原理可知，查找处于B点与不亮灯交汇处的两灯箱即可找到接地点。依据附图和现场实际情况，此灯箱位于距 14#标记牌不远处，内部放有为标记牌内照明灯具供电的隔离变压器。开启灯箱盖后我们看到，里面有一个隔离变压器与主电缆（为旧电缆）的连接头已烧断，表皮严重碳化，可以闻到未散发尽的焦糊味，隔离变压器本体击穿鼓包，这是内部严重短路发热所致。接头烧坏处的主电缆侧芯线与电缆外屏蔽层铜皮相接，形成电缆芯线通过屏蔽层对地放电；隔离变压器侧压接铜管与铸铁箱接触，形成隔离变压器侧电缆芯线通过铸铁箱对地放电，如图6所示。

图6 灯箱内部接线示意图

重做隔离变压器与电缆的接头并拆除接地恢复回路。此时测量灯光主回路直流电阻 35Ω，对地绝缘电阻为0，说明回路内还有故障点未被找到。开启主回路电源，观察发现联络道中线灯此时全部发光，并没有明显发暗的灯具。结合这两点可以判断主回路内仍有一处接地点，回路故障此时已转化为单点接地故障。

（2）单点接地故障的排除

再将主回路L1电源端接地，L2端接通电源，观察灯具的工作状态。发现从C号灯开始至D联络道的所有灯具明显发暗，不能正常发光，其余灯光正常。故接地点应该在正常发光的C灯与D灯的交汇处的二灯箱内或者它们之间的电缆上。根据现场的实际情况，11#标记牌处于两灯的交汇处。打开盛放11#标记牌隔离变压器的灯箱，发现主电缆与隔离变压器的连接正常，这说明故障点不在接头处。排除了电缆接头的故障，只能将故障范围锁定在C号灯箱主电缆了。值得注意的是，通过细致观察发现，D号灯发光正常，但是标记牌内的灯具与C号灯都明显发暗，说明接地点应该在D灯箱与标记牌灯箱之间的电缆上。现场实际目测估计两灯箱之间的距离不到10m，故决定采用人工开挖的方式将此段电缆全部挖出，找了段新电缆重新做头更换之。恢复回路，测量回路直流电阻约为43Ω，对地绝缘电阻约为850MΩ，说明接地点已被排除。给 L2端接通电源，此时所有灯具均正常发光。全部工作于当晚24：05分结束，未造成不安全影响。

4 二次故障的排除

4.1 故障经过

2008年4月27日22 ：15分，试运行中的C、D联络道中线灯又一次故障，中线灯全部熄灭，现场指挥中心决定采取应急措施，用地面引导车和C、D联络道边线安装的反光棒保证飞机滑行。

4.2 故障诊断与排除

当日航班结束后，首先断开 L1、L2端与电源的连接，用万用表测量主电缆芯线的直流电阻为无穷大，说明主回路发生断路。维修人员将L1和L2端分别与地线短接，打开位于E点的灯箱，拆开主电缆与隔离变压器的接头，测量L1至E的芯线对地线的电阻约为122Ω，L2至E的芯线对地线的电阻约为 22Ω。以往对灯光电缆主回路直流电阻值的测试数据从未超过45Ω，而L1至E段的电阻明显大于经验数据，所以故障点应该在此段内。

鉴于前后两次维修工作反映出电缆施工的问题较多，尤其电缆的接头部位是薄弱环节，而且E点至F点间灯箱不是很多，故将 EF段内的每个灯箱都依次开启检查，发现有连接质量不好的地方立即处理。最后发现2#标记牌灯箱内有一隔离变压器烧毁，主电缆与隔离变压器连接处严重烧焦，芯线烧断，疑是隔离变压器一次侧与主电缆未连接紧固所致。更换隔离变压器并重新做头，测得L1至E点的直流电阻变为 24Ω，再将 L1、L2两点接地拆除恢复回路，遥测整条主回路绝缘电阻值为1500MΩ，开启回路电源，所有灯具正常发光，运行稳定。

5 结论

从实用的角度讲，对灯光电缆的故障类型进行分析诊断，主要目的还是争取能够快速地找出问题故障点并排除之。这要求每个参与作业的人员必须以不苟的态度和严谨的作风为基础，全面分析灯光电缆故障，更好地保障助航灯光安全运行。