济南铁路局调度所 山东济南 250031
摘要：铁路电力设备中10KV电力电缆主要向铁路行车设备供电，关系铁路运输秩序的稳定，生产中10KV电力电缆故障比较常见，只有将这些故障快速查出并处理，才能确保铁路运输设备的供电安全，笔者结合生产实际，对电力电缆故障的寻测进行研究分析，为电力电缆故障的处理提供帮助。
关键词：电力电缆；故障；寻测
为减少外部环境对电力供电安全的干扰，提高电力设备安全运行的可靠性，铁路10KV设备供电逐步推广电力电缆供电，尤其是京沪高铁一级贯通和综合贯通全线三相均采用10KV单芯聚氯乙烯绝缘电缆，济南局自2011年6月30日开通以来，贯通线路已经发生26起电力电缆故障，尤其以枣庄至徐州东区间故障较为频繁，已达19起故障之多。因此，如何快速查找电力电缆的故障点，压缩故障停时，成为铁路电力运管人员共同关注的问题。
在京沪高铁电力系统中，常用的电缆有电力电缆和控制电缆两大类，其中电力电缆是用来输送和分配大功率电能的。目前，在工程上使用的就是10KV聚氯乙烯绝缘电缆，运行中的电缆由于敷设桥梁、路基边坡、环境温度、施工和制作工艺等多种因素会发生故障，下面就对电力电缆故障的原因、处理原则和测寻方法加以探讨。
1.电力电缆故障寻测的原则
1）确定故障的性质，方便选择适当的测量方法，准备必要的试验条件和工具。
2）根据故障电缆的电流、电压数据或电力箱变进、出故障电流的大小，判断电力电缆故障的大致区间。
3）测寻确定故障地点。
2.电力电缆的故障原因
常见的电力电缆故障产生的原因大致有：
1）机械损伤：在安装时不小心碰伤电缆，机械牵引力过大而拉伤电缆，或电缆过度弯曲而损伤电缆；
2）制作工艺：京沪高铁施工后期，由于工程紧、任务重，施工人员为赶工期，对电缆头制作工艺未严格履行，受外部环境影响严重，造成工程质量下降较快。
3）化学腐蚀：京沪高铁电力电缆桥下和路基部分都埋在地下，地下方的土壤性质直接影响到电缆的使用，若土壤地质呈酸碱性，直接腐蚀电力电缆，久而久之，电缆外皮就会开裂，绝缘性能下降，从而形成电缆故障。
4）绝缘层老化：电流在热效应作用下，负载电流在流经电缆同时，容易造成导体发热，与此同时，电荷的集肤效应、绝缘介质的损耗也容易产生附加热量，会增加电缆温度，电缆在这样的环境下长时间运行，容易造成绝缘老化，进而引起绝缘故障。
5）材料材质缺陷：一般而言，在制作电缆绝缘过程中，会产生许多杂质，电缆头在制作过程中会发生绝缘层包扎不均匀的问题，再加上介电常数的不同，电缆容易老化。
6）鼠类损伤：鼠类对地下电缆的损害主要是啃咬造成的机械损伤，当电缆护层材料的硬度低于老鼠门齿的硬度时，电缆就很有可能被老鼠啃咬受到破坏。
3.电力电缆的故障分类
（1）按试验结果分类：高阻故障和低阻故障。
（2）按电缆线路的部位分类：中间接头故障、终端头故障、电缆本体故障。
（3）按停、送电分类：分为运行故障和试验击穿故障。
（4）按综合情况分类：
①高阻接地故障，电阻值通常高于100k千欧。
②低阻接地故障，电阻值通常低于100K千欧。
③断线故障。
④断线并接地故障
⑤闪烙性故障和-封闭性故障，这两类故障大多发生在预防性试验中，多出现在电缆中间接头和终端头。
当电力电缆发生故障以后，首先必须确定故障的类型，所谓故障的类型，就是判断故障是是单相、两相、还是三相；高阻还是低阻；是闪络还是封闭性故障；是接地、短路、断线故障还是它们的混合。然后才能确定用什么方法进行故障的粗测；否则，盲目进行寻测，会延误故障探测的时间，甚至可能导致测试仪器的损坏。
4.电缆故障的类型及测试方法
京沪高铁一级贯通和综合贯通电力线路采用小电阻接地系统，运行中的电缆发生绝缘故障时，无论一相、两相故障或三相同时故障，均会发生跳闸故障，故障性质界定比较明确；而普速铁路10KV电力线路或京沪高铁站馈线路电力系统采用中性点不接地系统，电缆发生故障一般只是给了接地信号，有可能是单相接地故障，则可能发生两相或三相短路或接地故障，或是它们的混合故障。故障判断不能完全将故障的性质确定下来，还必须进行电缆绝缘电阻的测试和导通试验。
电缆发生故障后，一般先测量电缆的绝缘电阻，低压用500V或1000V的摇表；高压用2500V的摇表，来测量电缆线芯之间和线芯对地的绝缘电阻，判别故障类型，再用不同仪器和方法粗测故障，最后用定点法精确确定故障点，以往的电缆测寻方法中，粗测的方法有经典法中的环路法（电桥法），现代法中的脉冲法，现代法有别于经典法最主要的区别在于不需要准确的电缆资料，测寻方法简单。而故障点的精测通常采用声音测、感应、测接地电位等方法进行。
4.1 感应法
其原理是当音频电流经过电缆线芯时，在电缆的周围有电磁波存在，因此携带电磁感应接收器，沿线路行走时，经谐振感应接受、放大，可收听到电磁波的音响，音频电流流到故障点时，电流突变，电磁波的音频发生突变，这种方法对寻找断线相间低电阻短路故障很方便，但不宜于寻找高电阻短路及单相接地故障。
4.2 声测法
其原理是用电容器充放电后，经过球间隙向故障线芯放电，并在故障点附近用拾音器来判断故障点的准确位置。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当球间隙向故障线芯放电时，脉冲使故障点的过渡电阻增高而在故障点发出放电声，用拾音器在环境噪声干扰较弱时，可以清晰地听见，从而判断故障点。
4.3 行波排除法
这种排除法适合电阻小于40Ω的故障查找，属于低阻故障的查找范围，主要依靠发射电缆的脉冲进行故障电压的测定，当脉冲遇到线缆上的故障位置、终端设置、对接点等部位时，由于上述等处的故障而导致阻抗发生变化，这样就会发射出一种反射的脉冲流向测试的终端，传向测试人员，这样既可利用记录的专业仪器记录两侧脉冲的间断时间差，进行排查查找故障点。
根据笔者以往的现场工作经验，在现场操作中有如下几点需要注意：
（1）向故障电缆加高压使故障点放电闪络时，同时发射出电磁波和振动波，要注意区别是否有假信号的窜入（假信号的窜入时耳机中不会出现声响最大的情况）。
（2）在现场实际测寻中，应注意保护探头，用力要均衡，不能旋转。
（3）耳机中杂音大灵敏度降低，多数是因为电池电压不足或是输入馈线接触不良。
4.4 具体故障类型的测试方法
4.4.1 低电阻接地故障
4.4.1.1 单相低电阻接地故障
（1）故障点的测试
电缆的单相低电阻接地故障是指电缆的一根芯线对地的绝缘电阻低于100千欧，而芯线连续性良好。此类故障隐蔽性强，我们可以采用回路定点法原理进行测试。将故障芯线与另一完好芯线组成测量回路，用电桥测量，一端用跨接线跨接，另一端接电源、电桥或检流计，调节电桥电阻使电桥平衡，当电缆芯线材质和截面相同时，可按下列公式计算
R1/R2=（2L-X）/X，即：X=R2/（R1+R2）×2L
若损坏的线芯和良好的芯线在电桥上位置相互调换时，则有
X=R1/（R1+R2）×2L
式中X——测量端至故障点的距离m；
L——电缆总长度m；
R1、R2——电桥的电阻臂。
在正常情况下，这两种接线测量结果应相同，误差一般为0.1％～0.2％，如果超出此范围或者X>L/2，可将测量仪表移到线路的另一端测量。
（2）测量时注意的事项
a.根据性质判断故障大致位置，靠近故障点一端测试，结果比较准确。
b.测量回路分割为最小单元，尽可能绕开分支箱或变、配电所，越短越好。
c.直流电源的电压应不能太低，而且容量要足够，否则会造成较大的测寻误差。
d.电缆末端的连线要尽可能短并紧固，连接线的截面要接近于电缆导线的截面，接触电阻越小越好。
e.桥臂电阻、检流计、分流器以及操作人员的所有测试工作应在绝缘垫上进行，以确保安全。
4.4.1.2 两相短路故障点的测试
当出现两相短路故障点，测量时可将任一故障芯线作接地线，另一故障芯线接电桥，计算公式和测量方法与单相低电阻接地故障点相同。
4.4.1.3 三相短路故障点的测试
当发生三相短路故障时，测量时必须借用其他并行的线路或装设临时线路作回路，装设临时线路，必须精确测量该线路的电阻，这种方法比较麻烦，通常情况下，采用低压脉冲反射法。计算电缆故障点到测试端的距离，然后利用公式
LX=TV×1/2；式中，V为电波在电缆中的传播速度，T为脉冲从测试端到故障点往返一次所需的时间。
4.4.2 高电阻接地故障点
电缆的高电阻接地故障是指电缆故障点的直流电阻大于该电缆的特性阻抗的故障。由于故障点电阻大，必需使用高压直流电源，以保证通过故障点的电流不致太小。
4.4.2.1 测量时应意事项
（1）由于测量是在高压下进行，必须与地可靠绝缘，操作人员应戴绝缘手套，用绝缘杆操作，并与高压引线保持安全距离。
（2）同一电缆中不测量芯线也必须接地可靠，以防感应产生危险高压。
（3）测量时应逐渐加压，若发现电流表指针晃动或闪络性故障，要立即停止测量，以免烧毁仪表。
（4）当用正接法测量完毕而需要更换接线时，必须降低电压，切断电源，并对回路彻底放电，才能调换接线进行反接法测量。
4.4.3 完全断线故障点
所谓完全断线故障是指各相绝缘良好，一相或者多相导线不连续。此时，同样可采用电桥法和连续扫描示波器法两种方法进行测试。前者是通过在线路两端测量故障的电容与标准电容器之比，确定故障点的距离。后者则采用示波器法，发射脉冲，在断线故障点处，反射波为正反射。
4.4.4 其他
运行中的10KV电力电缆除上述几种情况外，还会发生一些其他故障，如：
（1）完全断线并接地故障，此故障表现为一端各相绝缘良好，另一端接地，可以采用完全断线故障点测试法。
（2）不完全断线并接地故障，此类故障表现为各相绝缘良好，一相或多相导线不完全连续，经电阻接地，可采用交流电桥法按高阻断线故障测试。
（3）闪络性故障，所谓闪络性故障表现各相绝缘电阻良好，而且导线连续性亦好，故障点已经封闭。此时可采用高电阻接地故障中的扫描示波器法，或者烧穿后用其他方法进行测试。
5.结论
铁路10KV电力电缆故障的解决十分重要，关系着铁路运输安全的持续稳定，电力电缆的安全运行不仅取决于材料选型、环境等多种因素，而制作工艺、施工质量、维护保养尤为重要，其故障测寻方法也多种多样，如现今的GPRS、超声波等技术的发展与应用为电缆故障的测寻提供了更为先进的技术手段，由于科技进步较快，因此，需要不断加强职工技能技术培训，做好电缆运行的技术管理，加强巡视、监护和定期检测，严格控制电缆和负荷电流及温度，严格执行工艺规程，确保运行、检修质量，为铁路安全供电奠定坚实的基础。
参考文献
[1]温德智、郭起良等，《电力内外线工程》
[2]张艳红《电力设备》2017第11期
论文作者:王申国
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/15
标签：故障论文; 电缆论文; 电阻论文; 测量论文; 电力电缆论文; 电桥论文; 断线论文; 《建筑学研究前沿》2017年第34期论文;