解决方案：浅谈铁路电力电缆故障查找方法
单位：大秦铁路有限公司侯马北供电段作者：李军红
随着高速铁路的不断发展，高速铁路的电力线路基本为全电缆，电力电缆的增长十分迅速，确保电力电缆的运行安全，及时排除故障，减少停电的时间和影响的范围对维护铁路运输生产秩序的稳定具有重大意义。因此，如何快速查找电力电缆的故障成为铁路电力工程技术人员共同关注的问题。
电缆中间接头水浸泡后击穿
在铁路电力系统中，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，在工程上应用最广泛的是聚氯乙烯绝缘电缆，运行中的电缆由于铺设线路、环境温度、施工和制作工艺等多种原因会发生故障，下面就对电力电缆故障的原因和查询方法加以介绍。
1.电缆故障探测要经过诊断、测距、定点三个步骤
1.1电缆故障性质诊断
在测定电缆的故障点之前，必须先确定电缆的绝缘情况和故障性质。即确定故障类型与严重程度，以便于测试人员对症下药，选择适当的电缆故障测距与定点方法。首先用兆欧表或万用表在电缆的一端测量各相对地及各相之间的绝缘电阻，从而确定故障电阻是高阻还是低阻；是闪络还是封闭性故障；是接地、短路、断线，还是它们的混合；是单相、两相，还是三相故障。
1.2电缆故障测距
电缆故障测距，在电缆的一端使用仪器确定故障距离，现场上常用的方法有低压脉冲法，脉冲电流法。
1.2.1低压脉冲法，其主要为通过识别反射脉冲的极性，来判定故障的性质。断路故障反射脉冲与发射脉冲极性相同，短路故障的反射脉冲与发射脉冲极性相反。对故障点而言，反射脉冲与发射脉冲之间的距离即为故障距离。
1.2.2脉冲电流法是将电缆故障点用高电压击穿，用仪器采集并记录下故障点击穿产生的电流行波信号，通过分析判断电流行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间来计算故障距离。
1.3电缆故障定点
1.3.1音频感应法：利用声音信号的变化进行故障定点。一般用于探测故障电阻小于10欧的低阻故障。主要方法：采用探头在故障点前，沿着电缆的路径移动，从听到的声响是否有规则来判断故障点。非故障点的声响有规则的变化，在故障点的上方，声响明显增强，故障点下方音频信号明显变弱甚至中断。声响明显变弱或中断的点即是故障点。
1.3.2声测定点法：用高压设备使故障点击穿放电，故障间隙放电时产生的机械振动，传到地面，便听到放电声音，利用这种现象可以对电缆故障进行定点。
1.3.3声磁同步法：利用磁、声时间差估计故障点位置。由于磁场信号传播速度快，从故障点传到仪器探头放置处所的时间可忽略不计，声音传播速度慢，传播时间在毫秒级，可根据探头检出的磁、声信号的时间差，判断故障点的远近，测出时间差最小的点，即故障点。
2.电力电缆的故障原因
常见的电缆故障产生的原因大致有以下几方面：
2.1绝缘老化：包括电作用、热作用、晶化作用、腐蚀老化以及水分和化学作用。
2.2过热：既有内因，又有外因。主要是电缆内部气隙的游离和过负荷。
2.3机械损伤：有直接外力作用、自然力的作用和敷设过程的损坏等。
2.4护层的腐蚀和绝缘受潮。
2.5过电压：包括大气过电压和内部过电压。
3.电力电缆的故障分类
3.1按运行分类：分为运行故障和试验击穿故障。
3.2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。
3.3按试验结果分类：高阻故障和低阻故障。
3.4按综合情况分类：
3.4.1高阻接地或短路故障，电阻值通常高于100千欧。
3.4.2低阻接地或短路故障，电阻值通常低于100千欧。
3.4.3断线故障或断线并接地故障。
3.4.5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。
通过上述的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，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。电缆在运行中所发生的故障，根据资料统计，有80%左右是高阻故障，其故障的测量大多采用电桥法和音频感应法，在现场实际工作中，常常会采用击穿的方法来降低故障点的电阻值，有交流击穿和直流击穿两种，通过高压电场的作用以及故障点拉弧的方法使故障电阻不断下降。
4.电力电缆故障探测具体方法
4.1低电阻故障或短路故障
低电阻故障或短路故障电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或者芯与芯之间绝缘电阻低于200欧姆。即用兆欧表测量绝缘电阻约为零，用万用表测量电阻为几百欧姆，可认为电缆已完全击穿。一般常见的有单相接地、二相短路或接地、三相短路或接地等。
平遥古城站双林电源线采用（YJV22-3*185）电缆敷设，长度为5.14千米。2015年10月24日，发生单相接地故障。现场测试情况：AC两相绝缘电阻正常，B相绝缘电阻为零，用万用表测得接地电阻为100欧姆，可判断为单相低电阻接地故障。采用低压脉冲法进行电力电缆故障测距仪，选定测量范围5.14千米，先对正常相A相，进行波形测量，并记录，再对故障相B相进行波形测量。然后将两波形进行比较，可明显看到A相的反射波形为正向波，B相的反射波形为反向波，反向波的下降沿即为故障点。计算故障为3.27千米处。利用电缆故障定点仪进行定点后直接找到故障点。故障原因分析，该电缆为2014年5月敷设，长期浸泡水中，绝缘老化造成绝缘强度降低，形成单相接地故障。产生绝缘强度降低的原因有：做电缆中间头或终端头时，防水处理没有密封好，导致进水，使电缆绝缘受潮；电缆本身的制作不良，金属护套有小孔或裂缝，使电缆进水受潮；电缆在运输、施工过程中，金属护套被外物刺伤或腐蚀穿孔而进水受潮。绝缘强度降低，从而演变成各种短路故障，这类故障约占60%。
电缆中间接头水浸泡后击穿
4.2断线故障
电缆一芯或数芯导体不连续，有时还伴有电阻接地现象。介休西环电源线11#-12#间电缆，长850米。故障现象：长期缺相。测试情况：三相绝缘良好，A相与B相做导通测试，不通；A相与C相也不通，B相与C相相通，即可判断A相断线。测距采用低压脉冲测距仪对电力电缆故障定点测试，选定测量范围1000米。先对正常相B相进行波形测量，并记录，再对故障相A相进行波形测量，然后将两波形进行比较，可明显看到两相波形不能完全重叠，开始不重叠的地方即为故障点，计算故障为425米处。利用电缆故障定点仪进行定点后直接开挖，找到故障点。
故障原因分析，为电缆施工不规范，弯曲过度，形成金属性疲劳，机械损伤。产生的主要原因是电缆安装时损伤、直接受外力损坏、震动或冲击、土地沉降等。这类故障约占15%。
4.3闪络性故障
闪络性故障，电缆的一芯或数芯对地绝缘电阻或者芯与芯之间绝缘电阻值比较高，但当对电缆进行直流加压到某一值时，出现突然击穿现象。这类故障大多在进行预防性耐压试验时发生，故障现象不稳定。对一条10kV全长300米的交联电缆做预防性耐压试验时发生Ｂ相闪故障，先用低压脉冲反射法测量电缆全长，采用直闪测试波形，在距测试端87米处为故障点，定点时加冲击高压，在82米附近听到放电声。
5.结论
电力电缆的运行安全取决于材料选型、制作工艺、环境、施工质量、维护保养等多种因素，其故障测寻方法也多种多样，如现今的超声波、GPRS等技术的发展与应用为电缆故障的侧寻提供了更为先进的技术手段，但所有这些技术的发展都基于上述介绍的检侧原理。因此，必须做好电缆运行的技术管理等工作：
5.1规范电缆敷设的设计施工管理
改进电缆头制作工艺在设计上，电缆径路应避免电缆受机械外力、腐蚀、热源、虫害、水浸泡、地中电流和经常性震动等损害；避开建筑工程、各种管线工程等需要挖掘的地方；尽量避开铁路路基，必须敷设在路基上时，应采用混凝土电缆槽或保护管等防护；电缆穿越铁路、道路、建筑物等场所应穿管保护。从源头上降低电缆故障发生率。应不断改进电缆头的制作技术，采用新方法、新措施。加强绝缘、密封防潮、机械保护，提高电缆头的绝缘水平，保证电网的安全运行。10kV电缆接头采取改善电缆屏蔽端部电场集中的有效措施，确保外绝缘相间和对地距离。
5.2及时做好技术文件的记录
建立电缆运用管理技术台帐，每一条电缆的长度、路径、年限、中间头位置等都要详细标明，由于中间头是故障易发生点，掌握它的位置有利于加快故障处理速度。
5.3加强人员技术培训，提高处理电缆故障的能力
要提高电缆故障处理人员的技术水平，一要保持队伍的稳定，其人员不宜频繁变动。其次，要组织职工对各种电缆故障处理的新设备、新仪器进行系统学习。
5.4加强电缆线路的日常维护和测试工作
每季巡视一次电缆线路径路，每半年巡视一次电缆人孔井，进行一次负荷测定，每年测量一次绝缘电阻和接地电阻，检查接地装置等。
参考文献
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[4]戴丽君谈谈电力电缆故障测询方法上海铁道科技2007年第2期
[5]冯湘波沈有华铁路10KV电力电缆故障探测方法大众用电2005/9
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智库专家
邓云川
中铁第二勘察设计院集团有限公司电化院总工程师
赵玮
中铁第一勘察设计院集团有限公司电化处总工程师
何正友
西南交通大学电气工程学院副院长