铁路电缆故障原因及查找

铁路电缆故障原因及查找

孙英田

中国铁路武汉局集团有限公司武汉高速铁路职业技能训练段供电教研室， 湖北 武汉 430070

【摘要】铁路电力电缆故障是影响铁路安全用电的重要隐患，电缆故障对铁路安全生产的危害较大，轻者造成设备不能正常运行，严重者会造成整个变配电所停电。要保障铁路行车设备的安全用电就必须熟悉电缆故障为什么产生并对故障较快速度的处理。

【关键词】电缆；故障；查找

一、引言

近年来我国铁路行业处于一个飞速发展的阶段，铁路供电线系统采用电缆的比率上升幅度较大。相对而言，电缆线路不易受外界的影响，使用简单，不暴露在恶劣的环境中。但电力电缆大多数在地下埋设，故障处理费时费力，如不熟悉电缆原来的走向或查找方法不合适，那么将消耗大量的时间来处理，影响安全供电。

二、电力电缆故障原因

电缆故障一般由以下原因造成：

2.1机械造成损伤：一般是因工人在铺设安装电缆时一时操作不慎而造成的损伤或在一些作业时因挖掘而造成的外表皮损伤。如果损伤较轻，在经过很长的一段时间后不断发展将绝缘的处所破坏形成故障。

2.2作业时工艺不良：电缆故障的一个很大的因素就是施工工艺达不到要求。主要指电缆头或中间接头部分制作环境不符合规定，制作时混入杂质、水汽等，电缆头质量达不到标准，就会发生闪络，造成故障。另外电缆埋设的时候未按要求铺设沙子，电缆外皮硌伤，经过一段时间后发展成为故障。

2.3化学腐蚀：电缆埋设的地方含酸或者含碱等强腐蚀性的物质或在有的化工企业堆放废弃物的场地附近，因电缆在上述极其恶劣的环境中长时间运行，电缆保持绝缘部分损坏后形成了电缆故障。

2.4电腐蚀：在实际的运行中，为铁路电力系统供电的电力电缆一般会根据要求铺设在铁路的两边，牵引供电系统由于通过电流而产生的大电场生成了较多杂散电流，距电力供电电缆较近，长时间的作用使电缆外表皮、铠装层腐蚀并损坏，导致潮湿空气侵入。

2.5地基下沉：这种情况的产生大部分是产生在电缆横穿马路、铁道线路及靠近较为大型的建筑时，由于地基的下沉可能不同步，这导致电缆在垂直面上产生了变形，造成起保护作用的层面损坏、断裂和故障。

2.6震动影响：横穿或铺设在邻近铁道线路的电缆，电缆外表皮因为长时间遭受周围强力的震动发生弹性形变疲劳而破损断裂，造成故障。

2.7过载运行：电缆由于工作时间过长过负荷运行或者短路，电缆电流急剧增加，电缆本身的温度由于电流的热效应不断升高，形成接头绝缘击穿及电缆薄弱处绝缘击穿。

三、电缆故障探测步骤

在电缆排查出故障之后，首先要分析情况并认真总结故障产生的原因，重点了解电缆导线的截面是否符合标准、采取的绝缘方式；中间接线盒情况；电缆走向；电缆敷设处所如钢板、穿钢管或排管等；电缆附近环境变化情况；检查电缆路径上是否有工程施工动土现象以及电缆上方建筑物变化情况等，有助于电缆故障的快速修复。

3.1电力电缆故障性质诊断

判断故障电缆的电阻为高或低；闪络性或封闭性；接地、短路、断线或混合型式，即确定故障到底是什么性质。首先需要先选择适合的电缆故障定位和测试方法。线路故障的性质一方面是对故障保护装置提供的信息进行认真分析，另一方面，是对电缆故障的性质进行技术评估。如果发生故障，是否有必要对电缆的损坏程度进行评估。可以通过万用表来判断故障是否为开路，通过绝缘电阻测量仪器和万用表判断故障的电阻为高或低，并通过耐受电压的测试来区分高阻故障和闪络故障。

3.2电缆故障测距

最早判断故障的方法一般为，高压、电容、电阻电桥法和把故障点击穿。但上述测试方法不能直接适用于闪络性和高电阻故障，测试不精确，已被弃用了。行波法的基础是微波传输理论，以及基于波的相、极性和大小的物理变化分析。由于故障点与状态良好的电缆相比有自己独特的性质，故障点距测试装置的远近是根据测量装置发送的电波向该处传送及往返所需要的时间计算的。

3.2.1低压脉冲法

低压脉冲法可以 直接地反映出电缆低阻值线路、短路线路和闭路线路的故障，在确定更复杂的电缆线路（例如电缆中的T连接等）时具有重要的参考价值。低压力脉冲在试验期间进入电缆故障阶段，这种脉冲在电缆中传输到电缆失配的地方（例如中间连接器、断裂点）时，会产生电波反射脉冲，其返回电缆测试端时，测试仪会接收到反射脉冲，该装置能够适时显示改变过程。

根据试验波形，我们可以首先确定电缆故障的性质，如果发射脉冲与反射脉冲相吻合，我们可以确定电路断路或是开路了，反之则故障可以判断为短接或者为较低的阻值。

3.2.2脉冲电压法

电缆故障时，用较高电压的信号发生装置向故障线路发送高压连续信号，在击穿故障点并将此信号以电压行波的方式进行传递，从而产生一个在发射接受信号的装置和发生故障的地点之间来回传递的信号。在恒定电流故障发生器高压端，使用设备接收且测量出该电压行波往返一次经过的时间和其脉冲信号传播速度的乘积进而算出故障距离的一种测试方法，这种方法对电缆高、低阻故障都可以使用。

3.2.3脉冲电流法

脉冲电压法要求测量电容器电阻调节器的减压脉冲信号，该仪器与高压电线路相连接，不安全，被电流法所取代。脉冲电流法的功能与脉冲电压法基本相同，脉冲电流法的特点是脉冲成功地通过线性对接分离了高压耦合电路装置，这种对接测量了电缆故障产生的脉冲信号，取代了电容和电缆之间的串行电阻和感应，简化了线路并增强了安全性。

3.2.4二次脉冲法

二次脉冲测试方法是将复杂的高压闪络法形式转变为简单方便的低压力脉冲法。在较高的电压下将故障处所击穿，并发生放电，产生一个瞬时短路。这时与低阻值的故障发生时性质一致，此时在电缆上加上低压脉冲信号，就会产生类似于低压脉冲低阻值故障时发生的波形。当故障处所的较短时间内电弧消失时，再次发送另一个低电压试验信号冲。它可以测量电缆开路全长波形。前后两次收集的波形出现在一个屏幕上。开路状态的总波形与发射脉冲的极性一致；电缆故障处所反射波则正好相反，非常容易分辨。

3.电缆故障定点

电缆故障点是根据对故障距离和电缆轨迹方向的测量确定的可通过声音测量或其他办法寻找到故障处所的确切位置。

3.3.1声测法

声测法是通过振动波形和发生故障的位置由于被击穿而产生的放电声音来确定一个点。声音波形和振动波形通过诸如大地之类的媒介传送到地面。轻微的信号可以通过高灵敏度声学传播工具来收集，这些信号由这些工具进行转换和放大，定位到的产生声音最大的地方，即为电缆故障点。

3.3.2声磁同步法

为了抵消环境噪音带来的对工作开展的影响，声学和磁学同步定点成为比较常用的方法。高压脉冲信号输入到故障电，除了击穿后电击所产生的声音波形和振动波形外，还同时在电缆周围产生电磁冲击波。在电缆故障点，测试器在地面会收到基本同步的两个信号。将信号强度和磁波极性的变化结合起来，就可以找到故障点。

3.3.3音频信号法

采用音频信号法可以在发生的故障之间添加音频信号，如果该线路存在金属性短路，接收器在电缆发生故障的处所就会收到增强的信号，从而确定故障处所。

近年来，随着高速铁路中电力系统的电缆数量逐年增加，迅速解决电缆故障问题已成为确保铁路电力供电质量的一个关键因素。我们必须不断加强对检修人员的培训，提高电缆故障查找处理能力，为铁路列车的安全正点运行保驾护航。

作者简介：孙英田，男，汉族，天津市，本科学历，工程师。天津供电段驻武汉高速铁路职业技能训练段培训师。

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