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摘要：地铁直流电缆作为输电的重要部件，运行的状态对地铁牵引供电系统稳定性有着直接的影响。本文根据多年工作实践，对高压电缆击穿的故障原因及预防措施进行探索，供同行借鉴参考。
关键词：地铁直流电缆；击穿故障；对策
一、故障现象分析
XX年X月，某地铁线路接触网避雷器高压侧1500V直流电缆击穿放电，并引起A\B双边两个直流断路器瞬时过流保护动作跳闸，跳闸后自动重合闸成功。故障发生在非运营时段，当时没有列车运行，故障发生后立即组织变电和接触网人员进行现场检查及故障处理，设备恢复正常运行，未造成运营方面的影响。
二、电缆工况分析
该1500V直流电缆芯线是由铜丝束绞组成的电缆导体，外线护套由乙丙橡胶（EPR）绝缘和低烟、低卤、B类阻燃带构成（图1）。发生故障的直流电缆一端与接触网连接，另外一端连接至避雷器端，故障发生在直流电缆连接避雷器的电缆头近端。
三、故障原因分析
对故障点处的避雷器进行检查，外观检查并无闪络或击穿现象，送检后其预防性试验数据见表 1（注：YH5WS-17/75 避雷器直流 1m A 参考电压不小于25 k V，0.75U1m A时电流不大于50 μ A），数据表明该避雷器性能参数合格，能满足该线接触网防雷系统要求。结合A/B开关瞬时过流保护动作跳闸后自动重合闸成功的故障现象，可推知该故障为瞬间金属性接地故障，排除因避雷器内部电阻片老化（或劣化）、泄漏电流大幅度增加或者避雷器元件发生击穿性短路故障导致的接地故障发生。
通过对故障电缆进行解剖，发现故障电缆的主绝缘有割伤，同时内部铜芯也有不同程度的割断，综合考虑故障点的运行环境，总结原因如下：
（一）直流电缆介质沿面放电导致电缆绝缘下降。制作过程中，热缩套管内部含有杂质、汗液及气隙等，加之电缆终端头外的热缩套管由于在高架段露天段经受一年四季的气候变化，强烈的温差以及潮湿的环境导致热缩管劣化，雨季时，有大量水分附着在电缆上，极易通过外层的热缩套管气隙渗入到电缆剥接层，同时杂质、气隙等共同作用下极有可能造成介质沿面放电，导致主绝缘逐步下降。
（二）长期局部放电加速了电缆的绝缘老化。电缆的主绝缘层已渗水，由于在施工做端子头压接时电缆主绝缘末部制成锥体，如图2所示，由于剥接工艺质量控制不到位，绝缘层、电缆铜芯处有割伤，造成主绝缘层被破坏，导致外护套与平滑过渡层间产生气隙，加大了电晕产生的可能性，成为局部放电源。因为气隙的相对介电常数小于乙丙橡胶的相对介电常数，导致气隙内部电场强度高于周围的乙丙橡胶，易发生击穿，即产生局部放电，引起绝缘腐蚀和老化，使材料电导率变大，造成绝缘损伤。
在局部放电和沿面放电的共同作用下，热缩管失去应有的防水绝缘功能，经过以上因素的共同作用和长期累加，以及故障发生前连日暴雨雷鸣，环境空气湿度大，致使局部放电区域逐渐扩大，当电缆通过暂态过电压时，最终导致电缆绝缘Ⅱ段处绝缘薄弱点瞬时闪络性击穿，电缆突然泄露大量电流，造成直流电缆线芯通过其金属箱体接地短路（图 3）。
四、预防对策
根据以上原因分析，需认真地对辖区所属的直流1500V 正极电缆及附属高压侧连接电缆进行一次全面检查，并针对电缆头制作及包扎工艺方面的缺陷，进行如下专项优化整改。
（一）按照标准的制作工艺压接好端子（图 4），在终端与电缆的空隙处填充1层高压绝缘胶带（图5）。注意保持清洁，尽量压缩制作时间，剥切电缆后，保证制作时连续，连贯完成。
此外，要保障直流1500 V 电缆及附属高压侧连接电缆运行安全，还需要做到以下几方面。
a.故障预防措施。周期性开展直流电缆的绝缘测试工作，一定程度上可以对比分析电缆绝缘的劣化趋向，如果测试的数据异常时，须进一步测量吸收比（K = R60s / R15s）和极化指数（PI = R10min / R1min），综合比较K和PI值来判断设备的运行情况。
b.故障应急响应。地铁行车密度大，一旦发生供电开关跳闸故障，需要第一时间组织检修人员登乘，加强该区段巡视。如果重合闸不成功，需立即启动相关抢险应急预案，尽量减少故障对运营的影响。与此同时，针对性做好前期应急备品备件及专用抢险工器具的储备，提高故障时的应急处置效率。
c.加强电压及负荷检测。对电缆的运行负荷情况进行常态化检查、跟踪，确保电缆的载流量保持在允许持续载流量以下，若电缆过负荷运行现象长期存在，应及时开展针对性核查整改，如此将有效减缓电缆绝缘的老化速度，延长电缆的使用寿命。
d.新线施工隐患规避。根据既有线路的运营维护经验，在后续的新线施工介入期，为增加供电安全可靠性及减少接管后的维护量，应积极协调新线接触网（轨）直流1500 V正极电缆及附属高压侧连接电缆按优化后的电缆头制作及包扎工艺开展施工安装；同时，建议在后续新线建设中明确上述要求并作为标准执行。同时新线在敷设电缆时要严格按规定敷设，以实际现场地形、地况为基准并结合周边的工程施工开展情况进行敷设，规避施工隐患。
五、电缆故障定位及超声波检测技术应用
（一）弧反射电缆故障定位仪的应用
在电缆出现故障后，第一时间判断出电缆的故障性质，根据故障性质选择相应的定位方法，对于埋地隐蔽电缆及长大区间电缆快速查找电缆故障点，对恢复设备正常运行显得尤为必要。
a.低压脉冲法测量。测试时向电缆注入一低压脉冲，该脉冲沿电缆传播到阻抗不匹配点，如断路点、短路点、中间接头等，通过故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差原理来测距。
将电缆故障定位仪的控制面板上RADAR/THUMP 切换开关切换至 RADAR，选择波速及测量范围，确保正极测试引线接电缆线芯，负极接在电缆屏蔽上（图 8），接好线后就可以进行低压脉冲法测量。
b.高压弧反射法测量。这种方法在操作过程中主要是先将电缆通电，运用冲击高电压或者直流电压之后观察所发出的电压脉冲在故障点与发出点之间的距离，进行故障点的测距，这种方式主要用于对闪络性与高阻 2 种故障。
为便于与高压弧反射波形进行比较，先用低压脉冲法测出线路全长波形，保存波形后将XF28-1960 电缆故障定位仪的控制面板上的RADAR/THUMP 切换至THUMP，通过“VOLTAGE ADJUSTMEN”调节电压，电压等级选择14 k V/28 k V，选择波速及测量范围后开始测量。图9中红色为高压冲击反射波，蓝色反射波为低压脉冲反射法测出的线路全长，故障点的距离是208 m，下降沿起始处就是故障点的距离。
(二)超声波检测仪的应用
电气设备运行时，往往会在重大事故发生前出现电弧放电、漏电痕迹、电晕放电等现象，这些现象会使附近的空气离子化而产生超声波，所以，可使用UP2000超声波检测仪对直流高压电缆运行工况进行预防性检测（图10），便于及早进行维修，避免重大事故的发生。
六、结束语
该直流电缆由于施工期剥接工艺控制不到位导致主绝缘层破坏，加之高架段强烈的温差以及潮湿的环境导致热缩管劣化，主绝缘层绝缘进一步下降，当电缆通过暂态过电压时，电缆绝缘薄弱点瞬时闪络性击穿，最终导致电缆绝缘放电击穿，造成直流电缆线芯通过其金属箱体接地短路。电气人员应提高警惕，做好预防对策，避免因此故障而对地铁运营造成不必要的影响。
参考文献：
[1]艾飞.电力电缆故障查找方法与测距分析[J].通讯世界，2015（24）：138-139.
[2]肖涛古，王志.电力电缆故障的预定位方法[J].都市快轨交通，2009，22（3）：72-75.
论文作者:陈杰
论文发表刊物:《基层建设》2016年36期
论文发表时间:2017/3/29
标签：电缆论文; 故障论文; 避雷器论文; 脉冲论文; 高压论文; 新线论文; 反射论文; 《基层建设》2016年36期论文;