高速鐵路10kV全電纜電力貫通線故障診斷與探測

摘 要：根據(jù)高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范，我國高速鐵路貫通線采用10kV非磁鎧裝單芯銅芯電纜。文章討論了當(dāng)高鐵電力貫通線路發(fā)生故障時(shí)，如何對(duì)這些故障進(jìn)行原因分析、判斷，進(jìn)而及時(shí)切出故障區(qū)段。同時(shí)總結(jié)了電纜故障的查找流程，根據(jù)不同故障性質(zhì)，使用相應(yīng)設(shè)備對(duì)電纜故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位，進(jìn)而有效地處理故障，確保高速鐵路電力安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力貫通線；電力電纜；故障診斷；故障探測

1 概述

隨著我國高速鐵路的飛速發(fā)展，以電力電纜構(gòu)成的鐵路貫通線路被廣泛采用。對(duì)高速鐵路通信、信號(hào)系統(tǒng)而言，貫通線路是它的核心供電線路，對(duì)高速鐵路正常運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。因此如何保障鐵路貫通線路穩(wěn)定可靠運(yùn)行及出現(xiàn)故障后能夠?qū)收宵c(diǎn)迅速、準(zhǔn)確定位及時(shí)排除故障具有迫切的現(xiàn)實(shí)意義。但在高鐵電力電纜故障探測過程中，由于實(shí)際電纜故障環(huán)境狀況復(fù)雜多變，影響環(huán)境變化和故障定位精度的因素很多，造成電纜故障信息獲取困難，故障呈現(xiàn)多樣性，最終導(dǎo)致故障定位精度不高。因此研究如何對(duì)故障信息進(jìn)行分析、處理以及如何提高故障定位的精度具有重要意義。近年來，電力電纜故障的測試技術(shù)有了很大的發(fā)展，如出現(xiàn)了故障測距的脈沖電流法、路徑探測的脈沖磁場法以及利用磁場與聲音信號(hào)時(shí)間差尋找故障點(diǎn)位置的方法等。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，更使得電纜故障探測技術(shù)邁入智能化階段。

2 貫通線電纜產(chǎn)生故障的主要原因

根據(jù)高速鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范電纜線路設(shè)計(jì)要求，在開通及建設(shè)中的高速鐵路電力貫通線路均采用非磁鎧裝單芯銅芯電纜，絕緣采用交聯(lián)聚乙烯，不同的廠家只是在屏蔽層、鎧裝層和外護(hù)套有所區(qū)別。寧安高鐵從2015年8月26日啟動(dòng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試，與2015年12月6日正式通車，根據(jù)寧安高鐵貫通線路現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析，高鐵電力貫通線產(chǎn)生故障的主要原因有如下幾點(diǎn)：

3 電力貫通線故障的判斷和故障區(qū)段的切出

區(qū)間貫通電力電纜故障通常直接由電力調(diào)度根據(jù)后臺(tái)上傳的故障信息來進(jìn)行判斷，然后切出故障區(qū)段，主要是通過箱變的電流變化來判斷故障區(qū)段。以圖1為例：

（1）當(dāng)后臺(tái)顯示的情況如下：XB1和XB2箱變綜合貫通側(cè)產(chǎn)生過電流，XB3和XB4箱變綜合貫通側(cè)電流正常。據(jù)此我們可以判斷XB1和XB2為電源側(cè)，XB3和XB4為負(fù)荷側(cè)，故障點(diǎn)發(fā)生在XB2和XB3之間。此時(shí)把XB2的22開關(guān)和XB3的21開關(guān)斷開，將故障點(diǎn)隔離，同時(shí)將XB3和XB4箱變投入到另一側(cè)電源上運(yùn)行。

（2）當(dāng)后臺(tái)顯示的情況如下：XB1和XB2箱變綜合貫通側(cè)產(chǎn)生過流，XB3的21開關(guān)產(chǎn)生過流，XB3的22開關(guān)和XB4箱變綜合貫通側(cè)電流正常。據(jù)此可以判斷故障點(diǎn)發(fā)生在XB3箱變內(nèi)部；可能是箱變內(nèi)綜合貫通側(cè)發(fā)生故障。此時(shí)把XB2的22開關(guān)和開關(guān)站的21開關(guān)斷開，將故障點(diǎn)隔離，同時(shí)將開關(guān)站2和XB4箱變投入到另一側(cè)電源上運(yùn)行。

4 電纜故障診斷與探測

高速鐵路電力線路發(fā)生電纜故障后，首先要按規(guī)定辦理好工作票、相關(guān)停電手續(xù)和進(jìn)入高速鐵路線路柵欄內(nèi)作業(yè)的手續(xù)等，得到調(diào)度許可后才允許進(jìn)入故障區(qū)段作業(yè)。對(duì)故障電纜先要進(jìn)行一個(gè)基本的判斷，然后根據(jù)電纜故障類型來選擇不同的故障方法進(jìn)行查找。

目前，電纜按故障現(xiàn)象可分為開放性故障和封閉性故障。在進(jìn)行故障定點(diǎn)時(shí)，開放性故障比較容易查找。按故障的位置，可分為接頭故障和電纜本體故障，從目前運(yùn)行情況來看，高速鐵路電力電纜中間接頭的故障發(fā)生較多。按接地現(xiàn)象，可分為開路故障、相間故障、單相接地故障和多相接地混合性故障。高速鐵路電力中比較常見的是單相接地故障。按絕緣電阻的大小可分為開路故障、低阻故障、高阻故障和閃絡(luò)性故障。

圖2展示的是電纜故障判斷查找流程。電纜故障的查找過程主要分為測距和定位兩個(gè)過程。電纜故障探測需要相關(guān)的工具、儀器和儀表。目前高鐵電纜故障探測主要使用山東科匯公司和杭州咸亨公司的設(shè)備，雖然略有差異，但原理相同，使用起來區(qū)別不大。這里以科匯公司的設(shè)備為例，進(jìn)行故障探測。

4.1 故障測距

在使用儀表對(duì)電纜故障性質(zhì)診斷完畢后，首先根據(jù)不同的故障性質(zhì)，使用不同的測距方法和儀器對(duì)故障進(jìn)行測距。

（1）如果是低阻故障或開路故障，采用低壓脈沖法，使用電纜故障測距儀來完成故障測距。電纜故障測距儀不僅可以測量低阻和開路故障，還可以測量電纜的全長，電磁波在電纜中的傳播速度，電纜的中間接頭及T型接頭的距離。圖3展示的是實(shí)測低壓脈沖反射波形，從這個(gè)波形我們就很容易獲取我們所需要的信息。

（2）如果電纜是高阻或閃絡(luò)性故障，可以采用脈沖電流法，使用電纜故障測距儀和高壓信號(hào)發(fā)生器來完成故障測距。圖4展示的是直接擊穿的脈沖電流沖閃波形。圖中虛實(shí)光標(biāo)之間的距離就是故障點(diǎn)的大概位置。

1-高壓發(fā)生器的發(fā)射脈沖；2-零點(diǎn)實(shí)光標(biāo)；3-故障點(diǎn)的放電脈沖；4-虛光標(biāo)；5-放電脈沖的一次反射；6-故障距離；7-放電脈沖的二次反射

圖4 直接擊穿的脈沖電流沖閃波形

（3）對(duì)于向故障電纜施加高壓使故障點(diǎn)擊穿放電后，放電電弧能長時(shí)間存在的故障。包括高阻泄漏性故障、高阻閃絡(luò)性故障等。可以采用二次脈沖法，使用電纜故障測距儀、高壓信號(hào)發(fā)生器和二次脈沖耦合器來完成故障測距。圖5展示的是二次脈沖波形。圖中虛光標(biāo)所在的位置就是電纜故障的大概位置。

4.2 故障點(diǎn)的定位

（1）聲磁同步法，使用高壓信號(hào)發(fā)生器、電纜故障定點(diǎn)儀對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位。圖6展示的是電纜故障定點(diǎn)儀的波形，通過磁場波形可以判斷電纜的路徑，通過聲音波形可以判斷離故障點(diǎn)的距離。（2）音頻信號(hào)法，一般用于探測故障電阻小于10？贅的低阻故障。使用電纜故障定點(diǎn)儀和音頻信號(hào)發(fā)生器對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位。（3）跨步電壓法，用于直埋電纜的故障點(diǎn)處護(hù)層破損的開放性主絕緣故障或單芯高壓電纜的護(hù)層故障。使用跨步電壓接地故障定位儀和高壓信號(hào)發(fā)生器對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行精確定位。

5 結(jié)束語

高速鐵路電力貫通線路是保證高鐵動(dòng)車組正常有序行駛的重要依據(jù)。根據(jù)高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范，我國高速鐵路貫通線采用10kV非磁鎧裝單芯銅芯電纜。當(dāng)電纜發(fā)生故障時(shí)，對(duì)這些故障進(jìn)行原因分析、判斷，并掌握電纜故障的查找方法，同時(shí)進(jìn)行有效的處理，是確保高速鐵路電力安全運(yùn)行的基本保障之一。也是高鐵電力從業(yè)人員的必備素質(zhì)。文章討論了高鐵電力貫通線發(fā)生故障時(shí)，對(duì)故障原因的判斷和故障區(qū)段的及時(shí)切出。總結(jié)了電纜故障的判斷流程，同時(shí)分析了根據(jù)電纜不同的故障性質(zhì)，依據(jù)不同的方法和相關(guān)儀器對(duì)故障電纜進(jìn)行故障點(diǎn)精確定位，進(jìn)而快速有效的處理故障，確保高鐵電力安全運(yùn)行。

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作者簡介：朱二中（1985，8-），男，碩士，上鐵南京供電段，助理工程師。