铁路电力电缆常见故障及其检测技术余海艳

铁路电力电缆常见故障及其检测技术余海艳

余海艳

（武汉新业人力资源服务有限公司湖北武汉430061）

摘要：近几十年以来，我国大力发展铁路工程建设，铁路建设的脚步一直向前。同时，与之共同发展的电力电缆数量不断增长，用途越来越宽泛，重要性也越来越不容忽视。如何解决铁路电力电缆运用过程中的一系列不乐观的问题，有针对的改善铁路电力电缆故障频发现象，是当下铁路工作者们需要思考和面对的方向。本文，通过分析电力电缆在高铁、大铁等实际运用中，常见故障的产生因素，解决方案等方面为铁路电力电缆能更好更安全的使用作出推动性的工作。

关键词：铁路；电力电缆；故障；检测技术

一、铁路电力电缆的常见故障

为了保证铁路列车的正常通行，必须要做好铁路电力电缆的定期检测工作，但由于铁路电力电缆一般都埋于地下，这就给检测带来了一定的难度，在出现电力电缆故障且需要排除时，有可能遇到各种各样的困难，从而给列车的正常运行产生一定的影响。

在铁路电力电缆使用过程中，常见的故障有以下几种：

1.1超负荷运行。当铁路电力电缆的运行超过负荷值并且长期处于这种状态时，就有可能使电缆的温度过高，长时间保持过高的温度会加速电缆的老化，严重时会导致电缆薄弱部位的击穿。

1.2绝缘受潮。电力电缆出现受潮的现象可能是由于其接头的密封遭到破坏、电缆护套失效、质量较差等，从而导致电力电缆故障，这种情况主要体现在绝缘电阻较低，可能会泄漏较多的电流。

1.3机械损伤。电力电缆的机械损伤主要是在电缆敷设时，由于受到较大的拉力或者弯曲程度较大，导致电力电缆的绝缘受到破坏，还可能由于交通运输过程中受到外力影响而损坏。

1.4电缆头出现故障。在电力电缆中，经常发生故障的就是电缆的终端头或者两段电缆间的连接头。这种情况的出现可能是由于电缆头的内部存在气隙、杂质，也有可能因为制作工艺存在问题，当遇到较强的电场时，就会出现电力电缆放电。电缆头出现故障的又一原因是电力电缆的屏蔽没有做好接地处理，从而导致电力电缆的电阻值超过正常范围，进而导致电力电缆绝缘出现部分击穿的情况。

二、电力电缆故障检测

2.1故障离线检测

2.1.1经典电桥法

用低压电桥测低阻击穿故障，用电容电桥测开路断线故障。具体做法为：电桥两臂分别接被测电力电缆故障相与非故障相，调节电桥两臂上的一个可调电阻器，使电桥平衡，利用比例关系和已知长度就可获得故障距离。电桥法测量结果精确，但需要完好芯线做回路，电源电压不能加得太高。

2.1.2驻波法

根据微法传输原理，利用传输线路的驻波谐振现象，对故障电缆进行测距，本法适用于测低阻击穿及开路故障。

2.1.3低压脉冲法

对低阻击穿、短路、开路故障，可在电缆芯线上施加低压脉冲讯号。讯号在电缆传播及反射，用示波器测出脉冲波形而算出故障点的位置。低压脉冲反射法可根据反射脉冲的极性分辨故障类型，但不能用于测量高阻与闪络故障。

2.1.4高压脉冲法

利用传输线的特性阻抗发生变化时的回波现象，在电缆芯线中加上一定电压而产生放电。放电脉冲在电缆中传播及反射，用示波器测出反射脉冲的位置比例，算出故障点的位置。本法适用于高阻击穿及各种故障，但操作人员的安全受威胁，波形较难辨别。

2.1.5故障点烧穿法

故障点烧穿法主要应用于高阻故障，通过输入直流负高压对高阻故障点进行处理，产生电弧放电并碳化绝缘介质，使高阻故障变成碳化连接点的低阻故障，再应用低压脉冲法就可以测出，主要用于油纸绝缘电缆。

2.1.6闪络法

利用故障点在高电压作用下瞬间放电产生多次反射波。其中之一为直流高压闪络测量法（直闪法），主要用于测量电缆的闪络性高阻故障，此法的波形简单、容易理解，准确度高；另一为冲击高压闪络测量法（冲闪法），主要用于测量电缆的泄漏性故障，此法的波形较复杂，辨别难度大，准确度低，但适用范围要更广。

2.1.7二次脉冲法

这是一种较新的测距方法，对故障电缆释放一个低压脉冲（20～160V），当故障点的接地电阻大于电缆阻抗5倍，可认为此时故障电缆相对于低压脉冲开路，即在脉冲释放端接收到的反射波形相当于一个芯线绝缘良好电缆的波形；再对故障电缆释放一个足以使芯线绝缘故障点发生闪络的高压脉冲，同时触发释放第二低压脉冲产生电弧，故障点相对于低压脉冲是完全短路，那么在脉冲释放端接收的反射波形相当于一个线芯对地完全短路的波形；将前后两次接收到的低压脉冲反射波形进行叠加，两个波形将会有一个明显的发散点，这个发散点就是故障点的反射波形点。其特点是易操作、多功能，回波图形解释简易，但不能用于测量高阻与闪络故障。

2.2故障在线监测

由于铁路电力电缆线路的高使用率，特别是高速铁路一级和综合电力贯通线，因此采用现代传感器、计算机技术进行故障在线监测，是实际工程追求的一项热门课题。就目前发展的在线监测分析，主要包含小波变换分析、神经网络和专家系统等，介绍如下。

2.2.1小波变换分析法

电力电缆故障测距关键是暂态故障特征的提取。小波变换在时域、频域同时具有良好的局部化特性，对信号的奇异点非常敏感，适用于时变的非平稳信号的检测与分析。小波变换通常采用单端检测和双端同步检测来分析故障暂态以进行故障定位，不受故障阻抗限制。具体方法是在脉冲电流测距法的基础上，引入小波分析，把录波数据进行尺度小波分解与重构，再对重构信号进行多尺度小波分解，利用小波变换的边缘信号检测分析，获得与信号突变点一一对应的小波变换模极大值，由此推出电缆故障的距离。

2.2.2人工神经网络法

人工神经网络是以计算机网络系统模拟生物神经网络的智能计算系统。网络上的每个结点相当于一个神经元，可以存储、处理一定的信息，并与其它结点并行工作。先向人工神经网络的某些结点输入信息，各结点处理后向其它结点输出，其它结点接受并处理后再输出，直到整个神经网工作完毕，输出最后结果。在系统故障期间，输电线路各种不同地点的一系列测量电压电流作为样本输入到专门训练的神经网络中。这个样本与训练样本库相比较易识别故障位置。人工神经网络输出可通过简单的三维图形显示，给操作员一个即时的故障位置指示。

2.2.3实时专家系统

专家系统就是一个具有智能特点的计算机程序，它的智能化主要表现为能够在特定的领域内模仿人类专家思维来求解复杂问题。首先将电缆故障测距专家系统中的专家知识库作为电脑的基本数据库，并建立一套规则来维护和更新该数据库。知识库可以从以往的故障事件中提取，并可以在实际应用中修改，有助于集成诊断和确定故障类型。

三、结语

综上所述，随着我国铁路建设的快速发展，有关铁路电力电缆的管理和维护问题应当放到战略眼光上来，积极的发展铁路建设。铁路的电力电缆安全关系到整个铁路系统的运行情况，所以需要定期对铁路电力电缆进行检查，及时发现和排除电力电缆中存在的故障，在处理故障的过程中不断积累经验，有力的推动我国铁路建设又快又好发展。

参考文献：

[1]梅其建.10kV电力电缆故障分析、探测及改进措施[J].电源技术应用，2013（05）：95，97.

[2]高晓欣.电力电缆故障分析与探测[D].山东大学，2012.

[3]杨晓卫.电力电缆故障分析及定位[J].科技传播，2012（19）：125-126.