民用机场助航灯光电缆主回路故障诊断与排除

2011-06-26胡义柱

电线电缆 2011年4期

胡义柱

(西部机场集团银川河东机场，宁夏银川750009)

0 引言

在民用机场助航灯光供电系统中，灯光电缆作为传输电能的主要设施，会随着使用时间的推移，物理、化学性因素的破坏出现故障。引发的后果，轻则造成航班复飞，重则导致机场关闭。而灯光电缆的敷设长度动辄过万米，敷设范围数十平方公里，也给故障的排查带来很大不便。本文结合自己的实际工作经验，就灯光电缆主回路故障的诊断与排除做一些论述。

1 机场助航灯光回路简介

1.1 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(见图1)。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5 kV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40 V，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，其电源(L1、L2为电源接线端子)引自民航专用恒流调光器，保障整个串联回路的电流值相同且恒定。

需要特别说明的是，隔离变压器是一种经特殊工艺制造的特种变压器，兼有电压互感器和电流互感器的优点，可以使流过一次侧和二次侧的电流值保持相同，且能较长时间耐受二次侧开路和短路故障。

采用串联电路的优点是，电缆回路中各处电流值相同，整个电路可以使用同一芯线截面和同一额定电压的单芯电缆，容易排查电缆接地故障;但存在的缺点是，若有任何一点开路将使整个电路都不能正常工作，又由于电缆的分布范围很广，寻找故障点也比较困难。

1.2 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。

如图2所示，电缆开路故障特征是:电缆完全断开时导体(包括电缆芯线和金属屏蔽层)的直流电阻为无穷大;若故障处的电缆芯线似连非连，或接头部分芯线接触不好，电阻会显示大于正常数值，完全断线故障是开路故障的特例。

图2 开路故障

电缆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100 Ω(图3)。

图3 接地故障示意图

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。

从故障的影响范围来看，开路故障会使整个回路的灯光熄灭，严重时导致机场关闭;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;复合型故障随时会引起助航灯光的关闭，是最大的安全隐患。

1.3 助航灯光电缆构成

为了较好地排除助航灯光电缆故障，有必要了解这种电缆的特性。

银川机场现使用的是YJYD-3.6/6 kV-1×6辐照交联机场助航灯光电缆。它是根据我国民航机场建设的要求应用工业电子加速器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、优良电性能的绝缘材料，可以满足机场恶劣的环境条件。

从行业特点来看，单回路助航灯光电缆最长时接近20 km，最短也为2 km左右;南方潮湿地区电缆的全年平均绝缘电阻值普遍低于北方少雨干旱地带的电缆。总结国内数十个民用机场十几年的运行经验可知:正常状态下试运行期间的助航灯光主电缆对地绝缘电阻应不低于1 000 MΩ，电缆线芯直流电阻在20～50 Ω之间。

2 故障实例

2.1 故障经过

如图4所示(以下关于故障分析的部分全部依照此图论述)，2008年4月18日下午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，相关部门立即启动应急预案。当日航班结束后，对联络道中线灯回路电缆L1、L2接线端用2500V兆欧表遥测对地电阻约为0，用万用表测直流电阻约为82 Ω，据此可断定是主回路电缆出现故障导致灯光熄灭。

图4 银川机场飞行区C、D联络道灯光电缆示意图

2.2 故障诊断

如图5所示，判断灯光电缆开路故障的常用方法:在电源端用铜线将线芯与金属屏蔽层短接，在测试端用万用表测量线芯到屏蔽层的电阻值。测量值若为无穷大，为断路故障;测量值若大于导体正常直流阻值的2倍以上，则为似断非断故障。

图5 电缆开路测试图

因为主回路测得的直流电阻82 Ω，对地绝缘电阻0，可知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，我们与电缆未出故障时测得的直流电阻36 Ω比较，发现故障时的直流电阻高于正常值。故依据经验判断，此段电缆除了有接地故障点外，很可能还存在开路故障。

2.3 复合型故障查找与排除

2.3.1 开路故障的排除

依据图4，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。依据图4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(见图6)，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(注:隔离变压器一二次接头全为标准插接件)。

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35 Ω，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。

2.3.2 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10 m，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43 Ω，对地绝缘电阻约为850 MΩ，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12:05分结束，未造成不安全影响。

3 二次故障的排除

3.1 故障经过

2008年4月27日晚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。机场方面再次采取紧急措施予以应对。

3.2 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122 Ω，L2至E的芯线对地线的电阻约为22 Ω。以往对灯光电缆主回路直流电阻值的测试数据从未超过45 Ω，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24 Ω，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1 500 MΩ，开启回路电源，所有灯具正常发光，运行稳定。