铁路电力系统电力电缆故障

　　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。

　　关键词：铁路;电力系统;电缆;故障;技术

　　铁路电力系统主要由外电源供电线路、10kV配电所、电力贯通线(普速铁路一般称贯通线、自闭线;高速铁路一般称综合负荷贯通线、一级负荷贯通线)、站区电力设备等组成。由于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，外电源、电力贯通线都大量使用不同类型的电力电缆。而高速铁路和普速铁路因技术标准的不同，在电缆选型和敷设方式也有明显的区别。对不同类型电缆线路故障进行快速准确的测寻和定位是铁路电力部门的一项十分重要的任务。

　　1高速与普速铁路电力电缆的选型与敷设方式

　　1.1普速铁路电力电缆及敷设

　　普速铁路电力贯通线和自闭线一般是电缆与架空混合线路，且以架空线为主。普铁电缆采用三芯交联聚乙烯绝缘铜芯电力电缆，导线截面贯通线一般为70mm2，自闭线为50mm2。电缆一般采取埋地敷设，在隧道内采取电缆沟或沿隧道内壁敷设。

　　1.2高铁电力电缆及敷设

　　高速铁路电力贯通线为两路10kV电缆线路，全线采用单芯交联聚乙烯、非磁性材料铠装铜芯电力电缆，导线截面一级负荷贯通线为50mm2-70mm2，综合负荷电力贯通线为70mm2。高铁电缆都是在铁路两侧的电缆沟内敷设。

　　1.3普速与高铁电力电缆的区别

　　普速与高速铁路的贯通线电缆是有明显区别的：一是电缆选型不同;二是敷设方式不同;三是对供电的可靠性要求不同。

　　2电力电缆故障原因及类型

　　2.1电力电缆故障原因分析

　　2.1.1外力损伤：电缆出现外力损伤的原因主要是施工机械(如挖掘机、推土机、载重汽车等)直接损坏电缆，从而造成故障，发生短路跳闸或伤及绝缘而留下事故隐患。由于铁路正处于快速发展阶段，新线建设及改造施工现场比比皆是，尤其是临近既有线施工很容易发生外力损伤类型的电缆故障或隐患。实际运行显示，普速铁路发生外力损伤型电缆故障相对较多。2.1.2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。2.1.3电缆运行问题：用户过负荷用电会造成电缆绝缘枯干、脆化，使电缆绝缘强度降低、表面温度过高，从而导致电缆故障，甚至可能引起火灾。2.1.4其他问题：电缆本身质量问题和电缆老化也会造成电缆故障。

　　2.2电力电缆故障类型

　　电缆故障的主要分为低电阻故障、高电阻故障、三相短路故障、断线故障和闪络性故障这几种类型。

　　3电力电缆故障测试流程及故障性质判别

　　3.1电缆故障测试流程

　　一般来说，电力电缆故障测寻分为以下三个步骤：第一步进行故障性质判别，确定电缆故障的性质;第二步进行故障测距，明确故障点距电缆一端的距离;第三步进行故障定位，确定故障点的准确位置。

　　3.2电缆故障性质判别

　　电缆故障性质判别是选择故障测试方法的基础。电缆故障主要分为导体损坏以及绝缘体损坏两大类。其中，电缆芯线损坏属于导体损坏。低阻故障、泄露高阻故障、闪阻高阻故障等属于绝缘介质故障。对于电缆故障性质的判断，一般需要通过相关的测量以及参数来确定。

　　4电缆故障测距

　　电力电缆故障测距就是确定故障发生点到电缆任意一端的距离。目前使用的主要测距技术包括行波法和阻抗法。

　　4.1行波测距法

　　行波测距法主要包括以下方法：4.1.1电压脉冲反射法：在发生故障的电缆中注入低压脉冲，使其在故障电缆中传播，当低压脉冲遇到故障点时会发生反射，记录脉冲传播时间以及反射时间，根据两者之间的差值换算就能测得故障点与测试点间的距离。4.1.2脉冲电压法：脉冲电压法就是利用高压信号直接击穿故障点，并通过记录高压脉冲在测试点与故障点往返一次时间，换算出两者之间的距离，该方法在电缆闪络性故障和高阻故障中较为适用。利用高压脉冲将故障点瞬间击穿的信号，对故障点不必进行永久性烧伤，采用这种测距方法测试速度快，但由于使用高压脉冲，安全性能略差。4.1.3脉冲电流法：脉冲电流法与电压法原理相似，主要利用电流耦合器进行电缆中行波信号的收集，采用高压将电缆故障点击穿，并用仪器记录击穿时产生的电流行波信号，计算信号在测量点与故障点往返时间。与脉冲电压法相比，电流法安全性能高，且电流脉冲信号更容易辨别。

　　4.2阻抗测距法

　　阻抗测距法主要包括以下方法：4.2.1直流电桥法：将故障电缆与非故障电缆短接，并将其分别与电桥两端相连，调节电桥双臂上电阻器，使电桥保持平衡，通过己知电缆长度以及相应的比例关系就能计算出故障点距测量点距离。这一测距方法原理简单，精确度高，但是由于高阻故障、闪络性故障电缆中电阻较大，不容易探取电桥电流，所以不适合此法测距。4.2.2高阻故障法：对带有高阻故障的电缆施加正弦高压信号，故障点就会发生闪络，此时故障点的高阻就变为弧电阻。因电弧呈现电阻性，且流过故障点的电流和故障点两端的电压同相位，在采集到线路首端的电压与电流后，基于分布参数线路理论就可以求出沿线路各点的电压与电流，从而定位故障点，但该方法还存在一些缺陷。例如，当故障接近测试端时，相量差接近于零，所以相对误差很大，同时易受干扰、测量精度难以保证。

　　5电缆故障定位

　　电缆故障定位主要采用以下方法：

　　5.1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。

　　5.2声磁同步法

　　声磁同步法定位原理为：声音信号与磁信号在同一介质中传播速度不一样，用专用的仪器探头对两种信号进行检测，记录两种信号从探头到故障点的时间，声音传播时间最短地点即为故障点。这种定位方法主要用于电缆闪络性故障和高阻故障。

　　5.3音频感应法

　　在故障电缆短路相芯线之间接通lkHz的音频电流，音频电流会发生电磁波，电磁波信号会通过电缆传播，沿电缆方向利用仪器探头收集电磁波信号，并将信号送入专用的信号检测仪器中，音频信号最强点为故障点。这种故障定位方法主要用于低阻故障，具有操作简单、使用设备少等优点，但故障定位的精确性略差。

　　6结束语

　　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。同时，我们还要提高施工质量，加强日常电力运行管理，强化对电缆径路附近施工的防护和监控，最大限度减少电缆故障的发生。一旦发生电缆故障，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：

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　　[2]陶力军.武广高速铁路电力工程设计[J].铁路技术创新，2010,(4).

　　[3]魏金蓉.电力电缆故障测寻技术及应用研究[J].动力与电气工程.2012,(4).

　　作者：赵应军 单位：郑州局集团公司计划统计部