高铁高压电力电缆护层故障分析

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摘 要 本文通过对高铁电缆护层故障测距、定点方法的分析，以及对工作实践中的经验总结，介绍了利用电阻法和跨步电压法查找高压电缆护层故障的作法。对快速、准确地分析高铁电力电缆故障和提高高铁供电可靠性将有重要的参考意义。

关键词 高铁；电缆；护层；故障

中图分类号：U216 文献标识码：A 文章编号：1671―7597（2013）032-140-02

高铁高压电力电缆大多数采用单芯电缆，单芯电缆为了避免金属屏蔽层出现环流，而选择一端接地。当单芯电缆遇到过电压或护层出现多点接地情况时，会造成发热加速电缆绝缘老化而引起故障。目前已有的护层故障探测方法和仪器在使用中还存在一些问题，结合我段高铁电缆层故障对已有的电缆护层故障探测方法进行了分析、比较，研究总结出了切实可行的方法。现将介绍这方面的情况，供广大铁路电力供电部门参考。

1 原有单芯电缆护层故障测距（粗侧）方法的缺陷

电缆护层故障测距的主要方法有三种，即低压脉冲反射法、直流电桥法以及直流压降比较法。虽然这三种方法都有自身的优势，但也存在着一些缺陷。

1）低压脉冲反射法由于损耗大、脉冲传播距离有限，测量距离十分有限。

2）直流电桥法的测量精度受测量导引线及接触电阻影响很大。

3）直流压降比较法的测量精度和直流电桥法一样，也同样受测量导引线电阻及接触电阻影响大。

2 单芯电缆护层故障测距（粗侧）新方法

针对上述三种方法存在的问题，我们摸索出了一种克服导引线及接触电阻影响的新方法――直流电阻法。

直流电阻法的测量接线如图1所示，用直流电源E在电缆护层与大地之间注入电流I，测得故障与完好电缆护层之间的直流电压为U1。从故障点开始，到电缆远端，再到完好电缆测量端部分的电路无电流流过，处于等电位状态，电压U1也就是故障电缆护层从电源端到故障点之间的压降，因此，可以得到测量点与故障点之间的电阻：R1=U1/I

假定电缆护层每公里长度的电阻值为R0，求出故障距离：

X=R1/R0

利用该方法的主要优点就是不受对端短接引线及其接触电阻的影响，但使用该方法是还必须注意一些问题。该方法在应用中应该注意以下问题。

1）测量误差的避免。直接电阻法的关键是要准确的测量出电压，即准确无误的测量出故障电缆护层端头到故障点之间的电压。在测量中为了保证测量电压的准确性，毫伏表的测试导引线必须要直接接在故障电缆护层上，切忌一定要避开直流电源接线点，这样才能保证测量的准确性。

2）单位长度电阻的测量。在直接电阻法中，如果无法准确的知道电缆单位长度的电阻，就会影响测量的准确度，这就需要通过现场的测量方法来获得准确的电缆单位长度的电阻。具体的获得方法是：必须选择一个完好的电缆护层代替故障电缆护层，并且将被测电缆的远端直接接地。如图3所示，这是测量的电阻就是电缆护层全长的电阻。

3）电流大小的选择。基于测量灵敏度、克服干扰电压的影响等方面的考虑，直流电源所所提供的电流应该比实际需要提供的电流尽可能大一些但在实际操作过程中直流电源提供的电流受到多方面因素的影响和制约，如电源原件功率、体积以及价格等。由于直流电压表的测量分辨率在十分之一毫伏以上，电缆护层电阻一般都是0.05欧姆一公里左右，因此，为了测量10米的测距分辨率注入的电流一般都必须保证着20 mA以上。实际应用中，建议使用电压5000伏，额定电流100毫安的直流电源。

3 单芯电缆护层故障精确定点方法

在粗测故障点后，应采用跨步电压法精确定点。跨步电压法是比较适合于电缆护层的故障定点方法。尽管理论上讲跨步电压适用于直埋电缆，实际上只要电缆沟里有埋土或沙，就可以使用该方法。跨步电压法工作原理如图4（a）所示，在故障电缆护层及大地之间，断续一个直流电流，直流脉冲电流经过大地从故障点两侧流向故障点并经电缆护层返回测量端，由此引起电缆上方地面上电位分布如图4（b）所示，在故障点处地电位最低，并由故障点沿电缆路径向着电缆两端的方向逐渐升高，在靠近故障点的两侧，电位变化比较大，据此，便可判断出测寻人员是靠近还是远离故障点。

从原理讲跨步电压法比较简单，但实际应用起来还有一些技术问题需要注意。

1）故障测距的必要性。在离开故障点一段距离位置（8米以外），跨步电压数值比较微弱，测量起来比较困难。如果不预先进行故障测距定出一个大致的范围，而是直接在整个电缆路径范围内寻找故障点，是比较困难的。因此，为了保证尽快地找到故障点一定要先测距，然后用跨步电压法定点。

2）同步措施。需要注意的是在向电缆注入直流脉冲信号时，测量到的跨步电压往往比较微弱，特别是测量点离开实际故障点一定距离后，这时仪器的指针摆动幅度很小，不易于和正常的地电位的漂移区别开来，实际测试中，我们由测量人员通过步话机发出加入信号的命令，使测量人员，能够提前准备，集中精力观察判别直流信号引起的电压变化，从而确定出故障点的方向。

下面介绍我们用万用表测量跨步电压的实例。在故障电缆护层及大地之间，断续注入100 mA直流电流，使用DT930万用表测量电缆路径地面上跨步电压，万用表正极靠近信号注入端。设探针之间距离为d，靠近故障点的探针与故障点距离为x，x值为负时，说明探针已越过故障点，如图5所示。表1给出了部分测量结果。

由以上测量结果看出，在故障点附近，测量到的跨步电压由于达到了100毫伏，比较容易观察判别。在故障点后测量值为负增量，而故障点前测量值为正增量。两个探针之间的距离愈大，探针离开故障点的距离愈近，测量到的电压变化量愈大。

随着我国社会经济的不断发展，我国每年都在大规模新建铁路，而铁路的新建会大规模的采用高压单芯电缆，从而就会导致护层故障探测问题越来越突出。我们通过实际工作摸索出的单芯电缆护层故障精确测距的直流电阻法，总结了跨步电压定点法使用的经验和提高定点测量效率的措施。对于解决高铁电缆护层故障有一定的参考意义。

参考文献

[1]朱启林，李仁义，徐丙垠编著.电力电缆故障测试方法与案例分析[M].机械工业出版社，2009.

[2]史传卿主编.电力电缆[M].中国电力出版社，2004.