铁路电力系统电缆故障问题的查找与分析

徐圣轩 陈进斌 张云骞

摘 要： 随着经济和人们生活水平的提高，交通行业发展也十分快速。铁路是我国的经济大动脉，安全可靠的电力供电是确保运输畅通的重要条件。本文对铁路电力电缆运行检修管理方式进行了初步探索，随着铁路对电力供电可靠性的要求逐步提高，需要结合新技术、新设备、新管理模式的发展，不断的探讨研究出更好的方式满足要求。

关键词： 铁路;电力系统;电缆;故障;技术

【中图分类号】U216     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）11-0192-01

引言：近年来，我国的铁路建设获得了跨越式的发展，为社会的发展注入了强大的运输动力。电力电缆具有受外部自然环境影响小、安全性好、可靠性高、不影响城区美观、运行维护费用少等特点，在铁路电力供电系统中的应用越来越广泛。但是随着电力负荷不断的增加以及运行时间的延续，电力电缆故障频频发生。本文介绍了铁路供电系统的电缆施工、日常运行管理、电缆故障测寻等方面情况，以便及时准确查找到电缆故障点，排除故障，确保电力供电的可靠性。

1 电缆故障分析

1.1 电缆头的故障

在铁路的牵引供电系统为单相的供电系统，电力电缆贯通线比较密集的场地，是一个非常不对称的电磁生产源在牵引供电中的回流将会沿着钢轨流回大地，电磁环境的存在将导致铁路沿线敷设的电力电缆贯通线的周边的温度升高。高速铁路运用全电缆电力贯通线，工况非常复杂，尤其是在长距离的输电的电力电缆贯通线路的相间电容和对地电容等因素，使得高速铁路电力电缆贯通线因温度升高绝缘老化致使事故的发生的概率非常的大，比其他的场合都高，根据现场的事故的总结分析可知，电力电缆贯通线的损坏故障超过一半都是发生在电缆头处。

1.2 电力电缆本体故障

全电缆电力贯通线宜采用单芯电缆，单芯电缆应该采用非磁性金属铠装层，不得在现场使用未经非磁性有效处理的钢制电缆，绝缘采用交联聚乙烯。大多数的电缆故障是由于电缆的外护套在施工的过程中遭到破坏。电缆的钢铠暴露在外边，使得破坏点的钢铠与大地形成了环流，使得破坏点处的电流过大，长时间的电流流过使得发热，进而能够烧坏护套和内垫层，最终导致电缆绝缘层损害而击穿。过高的温度将会使得电力电缆贯通线的损害是一个永久性的损坏过程，超过电力电缆贯通线的承受范围，电力电缆的将会被淘汰使用，寿命大大的减小。电缆外护套损伤，铠装直接与大地相连形成环流，在环流长期作用下，产生的电、热和腐蚀效应，由表向里的腐蚀烧伤最终将会造成电力电缆贯通线的主绝缘破坏。

1.3 电缆的施工质量问题

电缆施工质量问题主要有两方面：一是外部环境因素，主要包括电缆埋设过浅、弯曲半径过小、电缆沟内杂物和积水过多、电缆敷设过程中外皮划损留下隐患等;二是制作技术水平差，主要包括电缆头附件安装不符合工艺要求、电缆头制作没有达到规定标准。根据运行经验，高速铁路因施工质量问题引发的电缆故障较多，尤其是外护套破损（隐患）导致电缆故障更为突出。

2 电力电缆贯通线故障的防护措施

2.1 声测法

利用专用的高压信号发生器，将l0kV直流电压加入故障电缆中，此时故障点就会被反复击穿而放电，并且发生机械振动。此时利用灵敏度极高的声电转换器，在地面完成电缆振动波向电信号的转换，并将此信号做放大处理，使用专用仪表测试声音的强弱，声音最强处即为故障点。这种故障定位原理简单，操作简便，但这种定位方法不适用于低阻故障定位，其原因是低阻故障释放的电量较小，给信号采集工作增加难度。

2.2 接地方式的选择

根据电缆感应电势计算公式及相关规定可总结出以下几个特点：（1）接地方式只与电缆芯数有关，而与电压等级无关;（2）护层保护器的选择与电压等级有关;（3）感应电压超过标准时选择交叉互联。提出单芯电缆金属护套的接地方式可有以下几种：（1）电缆金属护层一段直接接地，另一端通过护层保护器接地，此种接地方式无环流，感应电压与电缆长度成正比，主要在短电缆线路中使用。（2）电缆金属护层中点直接接地，两段金属护层通过护层保护器接地，此种方式与第一种的方式原理一样，优点比第一种适用电缆的长度扩大了一倍。（3）电缆金属护层交叉互联，这种形式用于较长电缆线路。（4）电缆换位，电缆金属护层交叉互联，这种形式减小单芯电缆对临近电缆的感应电势，此种方式在客专铁路的单芯电缆应用较广。

2.3 电缆振荡波局放测试

作为一种新的电缆局部放电检测方式，振荡波局放检测技术有以下优点。一是相比于工频交流电压下的局部放电测试，所用仪器设备为加压测试一体化装置，接线操作简单，移动搬运方便。一次加压过程持续时间为几百毫秒，不会对电缆造成损害，能够无损地实现检测。二是检测无需使用额外的高压电源，从根本上避免了系统内部高压电源产生的局部放电干扰。三是效率高，等效性好，可准确评估电缆局部放电缺陷的严重程度。采用脉冲传播时差法，可精准定位电缆局部放电源的位置。

2.4 电缆的防护措施

产生故障的原因大致可以分为外力破坏、附件制作质量不合格、敷设施工质量不佳、电缆本体缺陷等。首先我们在电缆的敷设安装的时候需要施工单位前期按设计要求施工，贯通线电缆同沟直埋敷设，尤其是在中性点经小电阻或者消弧线圈接地系统中，要更加注意电缆敷设方式。然后维管单位加强对电力设备的巡视和风险源的监控，加强安全防范意识[3]。最后就是利用高新技术，充分考虑应用场合等因素影響，对电气化铁路的电缆头进行发热分析和安全监测，一个是集中通过研究本体电缆发热来确定电缆的有效载流量，另一个是应用环境中的外边环境中的热源对于电力电缆的载流量的影响，其主要思想就是通过对电缆导体温度的计算来确定电缆的热度问题，进而对电力电缆的故障进行防护。

结语：随着科技的进步，越来越多的先进技术应用到电缆故障测寻中，使故障测试精度、测试环境不断提高和完善，为我国电力系统运行的安全稳定做出更大的贡献。应充分利用先进的电缆故障探测设备，结合日常积累的方法和经验，快速找到故障点，及时组织抢修处理，快速恢复送电，确保铁路运输畅通。

参考文献

[1] 李文豪，崔校玉，陈维荣，林德福.客运专线10kV单芯电缆接地方式的研究[J].铁道工程学报，2009，127（4）：39-42.

[2] 王军，傅永德，郭旭振.单芯电力电缆接地施工技术[J].铁道建筑技术，2011（1）：56-57.