关于铁路10kV电力电缆故障处理的浅论

关于铁路 10kV 电力电缆故障处理的浅论

张玺

郑州供电段 河南郑州 450000

摘要：随着铁路电气化的发展，铁路沿线主供行车信号及生产用电的10kV（自闭）贯通电力线较多地采用电力电缆敷设，同时电力电缆以其与铁路电气化线路互不干扰。所占空间、土地少，日常维护工作量小，美观等特点，得以越来越多的应用，但是也带来一些现实问题，那就是电力电缆一般都隐蔽在地下，一旦发生故障，处置起来比较困难，需要借助专用仪器查找故障点。加强电力电缆的安全运行，提高电缆故障处理水平，以保证铁路10kV电力自闭、贯通线的可靠供电是铁路电力部门的重要任务。

关键词：电力电缆 故障原因 故障分类 故障处理

引言：自中国第一条电气化铁路宝成铁路起，到本世纪初中国电气化铁路从零到有，从单一到全面，铁路10kV电力电缆在供配电中扮演着重要的角色。本文简单介绍铁路10kV电力电缆的故障处置程序。

1 电缆故障产生原因

了解电缆故障产生的原因，有利于降低故障发生率，快速排除电缆故障。 电缆故障发生的原因大致有：

（1）机械损伤： 安装时碰挤、过度弯曲； 电缆路径上作业形成的外力破坏； 地面强烈震动或冲击性外力造成铅（铝）包疲劳破损； 自然力破坏。如土地沉降、路面下沉等；

（2）电缆外皮的电腐蚀和化学腐蚀：电缆附近有强电力场存在或酸碱作业区，往往使电缆在长期腐蚀环境中造成绝缘损坏。

（3）拙劣的技工工艺和潮湿环境下作头，或不按技术要求敷设电缆。

（4）电缆长期过负荷运行造成电缆过热，加速了绝缘老化。

（5）雷击和线路故障引起过电压击穿。

2 电缆故障分类

目前电力电缆故障可涉及到三大故障：导体故障（芯线及金属屏蔽层）、主绝缘故障和护套故障，结合铁路运营工作需求，常见的电缆故障类型可安两种方法分类

2.1 按电缆的结构特性分类

分析电力电缆的结构组成，我们知道电力电缆主要有三种结构组成：单芯电缆、三芯电缆，因此有以下故障类型：

2.1.1单相接地故障 电缆的其中一相对地绝缘层特性变坏，形成泄露性故障，既此相对地绝缘层形成了固定的电阻通道，其电阻值或大或小或零，这种故障的电缆导体芯线和相间绝缘良好。

2.1.2单相故障 电缆的其中一相对地绝缘层特性变坏或击穿特性变低，形成泄露性故障或者闪络性故障。这种故障的电缆导体芯线和相间绝缘良好。

2.1.3相间故障 电缆中的两相间或三（四）相间绝缘层电导特性变坏或击穿特性变低，形成泄露性故障或者闪络性故障, 这种故障的电缆导体芯线和相对地绝缘良好。

2.1.4相间并对地故障 电缆的两相之间并对地，或三（四）相之间并对地形成泄露性故障或者闪络性故障，这种故障情况的电缆导体芯线良好。

2.1.5开路故障 电缆的一芯或多芯导体或者金属屏蔽曾完全断线或似断非断的情况，称为开路故障，这种故障情况的电缆相对地绝缘良好。

2.1.6混合性故障 电缆中同时存在两种以上故障的情况，称之为混合性故障。

2.2电缆故障的绝缘阻抗上分类

可分为开路故障、故障、高阻故障（高压泄漏性故障、高压闪络性故障）电力电缆故障是由于电缆的绝缘损坏而引起的，一般故障的类型大体上分为①低阻（短路）故障和断路故障；②高阻泄漏故障和闪络性故障两大类。

2.2.1 低阻故障和开路故障

凡是电缆故障点绝缘电阻下降至该电缆的特性阻抗，甚至直流电阻为零的故障均称为低阻故障或短路故障；凡是电缆绝缘电阻无穷大或虽正常电缆的绝缘电阻值相同，但电压却不能馈至用户端的故障均称为开路（断路）故障。

2.2.2 高阻故障（包括高阻泄漏故障和闪络性故障）

电缆故障点的直流电阻大于该电缆的特性阻抗的故障均为高阻故障。

2. 高阻泄漏故障

在作电缆高压绝缘试验时，泄漏电流随试验电压的增加而增加。在试验电压升高到额定值时（有时还远远达不到额定值），泄漏电流超过允许值，称为高阻泄漏故障。

3. 闪络性故障

试验电压升至某值时，监视泄漏电流的电表指值突然升高，表针且呈闪络性摆动；电压稍下降时，此现象消失，但电缆绝缘仍有极高的阻值，这表明电缆存在有故障。而这种故障点没有形成电阻信道，只有放电间隙或闪络表面的故障便称为闪络性故障。

3 电缆故障处理

第一步：电缆故障性质的确定

测试故障之前要确定：故障电阻是低阻还是高阻；是闪络性还是泄漏型型故障；是开放性的还是封闭型的；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。

判断故障性质最好用摇表确定高阻还是低阻故障。以确定测试方法。

第二步：故障距离粗测

利用低压脉冲法先测定被测电缆的全长和短路、断路故障的距离。对于高阻故障，可用高压智能电桥，高压闪络法（电流取样法、电压取样法、三次脉冲法）测出故障点距测试端的距离。

第三步：测寻电缆的埋设路径，便于在电缆的正上方进行精确定位。

第四步：精确定点

对电缆施加冲击高压（或脉动高压），利用故障点的放电声波，在粗测故障距离范围内，用声测法（声磁同步法）进行精确故障点定位。

4 故障距离测试

4.1 低压脉冲测试法

用低压脉冲法可以直观地看到低阻、短路故障及断路故障。低压脉冲法应用范围：

1) 主要用于测试电力电缆的开路（包括断线）、相间或相对地泄漏性低阻故障（包括短路）；同轴线及两芯以上电线电缆的开路、低阻故障。

2) 测试已知绝缘介质电缆的全长。

3) 校准已知长度电缆的电波传输速度。

4) 判断电缆开路故障和短路故障的属性。

5) 测试电缆中间接头的位置。

4.2 高压闪络电流法

电力电缆的高阻故障几乎占全部故障率的90%以上。在未经“烧穿”处理之前，绝大部分故障都不适合直接采用低压脉冲法或电桥法测试。虽然有一部分高阻故障利用交流或直流“烧穿”设备可以使故障点因电流通过而发热碳化使电阻值变低，以适合低压脉冲法测量。然而大量的实践证明，并不是所有的高阻故障都能用“烧穿”法烧成低阻故障的。有的接头故障长期烧而不穿，有的阻值甚至越烧越高。为了解决这样的问题就必须采用高压闪络测量法。

4.3 三次脉冲法

主要用来测试高阻及闪络性故障的故障距离，使用这种方法测试电缆故障距离需要满足如下条件：一是故障点处能在高电压的作用下发生弧光短路放电；二是测距仪能在弧光放电的时间内发出并能接收到低压脉冲的发射信号。

4.4 电缆故障点定位

定点是在解决了电缆故障距离粗测及路径探测后的所要做的工作，由于电缆铺设中的变化性（预留等原因），因此测距只是粗测，往往存在很大误差，要找到故障点得精确位置，就必须通过定点来确定。

（1）声测法

当故障点在高压作用下会产生放电，并产生回波、声波、电磁波等现象，利用故障点处的声波来判断故障点的方法就叫声测法。

声测法的基本测试原理是： 在电缆的故障相上施加足够高的冲击高压，强迫故障点发生闪络击穿。由于故障点击穿瞬间会发出“啪、啪”的声音和强烈的电缆震动波，此震动波会经泥土介质传到地表面。采用高灵敏度的声电传感器拾取此微弱的震动信号，使之变成电信号放大后由耳机监听。地面拾取的声音最大处下面即为电缆故障的具体位置。

（2）声磁同步法

交联电缆的故障大部分为封闭故障，故障点的放电声往往在十几米甚至几十米都有几乎一样大的响声，这给定点带来了很大的困难。同时接收放电时产生的声波及电磁波，并通过计算出声波与电磁波的时间差，根据计算确定电缆故障点，此种方法叫声磁同步法。

结语：在电缆故障的现场情况是复杂的。产生故障的原因、故障距离、电缆种类、电缆粗细、冲击高压幅度、受潮程度、定点现场的环境噪声、电缆埋设深度、发生故障时间的长短、所选用的测试方法等，都直接影响了故障波形的变化。在无把握判断的情况下，用多种方法测试，相互验证后，再下决心定点。在确实听到故障点的震动声后才能动土，切不可乱挖、乱刨、乱锯。否则将造成人力物力财力的浪费，延误恢复供电时间会造成更大的经济损失。