鐵路電力電纜運行檢修管理方式探索

郭煜

（內蒙古中電物流路港有限責任公司赤峰鐵路分公司，內蒙古 赤峰 024000）

1 電纜故障分析

1.1 電纜故障對比分析表

以某鐵路設備運行單位為例，截止2018 年年底，所轄管內四條鐵路電力線路，近5 年內設備發生故障共計107 件，其中高壓電纜故障共發生58 件，占54%。詳見見表1。

表1 電纜故障對比分析

從故障趨勢來看，電纜的運行時間與故障率密切相關，運行時間越長故障率越高。

1.2 故障性質分析

在運行中電纜發生故障有多種原因，但經過統計分析發現電纜外因損傷、施工質量、電纜頭制作工藝是三大主要原因。

上述鐵路設備運行單位，在所發生的58 件高壓電纜故障中，電纜外因損傷原因14 件，占24%，施工質量原因28 件，占48%，電纜頭制作工藝原因16 件，占28%。如圖1 所示。

2 故障產生的原因

2.1 施工遺留的問題

2.1.1 中間接頭或終端頭制作工藝問題

圖1 電纜故障占比分析圖

經分析發現，如果在施工中電纜頭接頭制作工藝水平不高，半導電層及各部尺寸掌握不嚴格，制作環境臟污，會導致運行一段時間后局部放電造成電纜頭擊穿。并且這種工藝形成的隱患，在投運前的常規交接試驗方法是無法檢測到的。

2.1.2 外護套大面積破損問題

主要是施工質量不高，施工單位缺少電纜施工專業的技術人員、未使用電纜輸送機等專用設備、以及搶工期、各專業相互交叉干擾、成品保護不到位等因素導致電纜在投運時就有各種傷痕和缺陷，而在交接時也未按國家標準進行外護套、內襯套絕緣電阻測量，或是經測量存在故障而未進行排查，為日后安全運行埋下大量隱患。

2.1.3 電纜主絕緣局部放電活動頻繁導致的絕緣擊穿問題

主要是電纜生產過程中因為材質或工藝方法等問題會存在絕緣不均勻、雜質、空穴等先天不足；而在電纜鋪設、接頭制作等施工環節還可能形成破皮、擦傷、浸泡、彎曲局部應力等后天隱患，各種不利因素作用，造成電纜空間電場局部產生畸形，在某些位置發生局部放電，最終導致電纜絕緣下降甚至絕緣擊穿等重大事故。多數的鐵路在交接時未按國家標準進行主絕緣交流耐壓試驗，或是試驗未按規程、為趕工期而粗略進行，使得運營單位接管時的電纜狀況不明，后期運行中又頻繁發生電纜故障。常規的交接試驗又無法暴露電纜潛在的局部放電隱患，導致部分進行過電纜交接試驗的鐵路，在運行過程中仍然頻繁發生電纜故障。

2.2 試驗存在的問題

2.2.1 試驗方法沒有及時更新

在現場實際應用中，交流耐壓設備與直流耐壓設備相比，因設備多、體積重、電源容量要求大等因素，施工單位在現場均采用直流耐壓方式對10kV 電纜進行交接試驗。根據研究經驗表明，直流耐壓試驗對橡塑絕緣具有破壞性，同時也不能真實的反映電纜狀態，主要問題有：

（1）直流耐壓試驗并不能模仿運行狀態下電纜承受的過電壓，而且也不能有效的發現電纜本身及電纜接頭和施工工藝上的缺陷。

（2）在直流電壓下，交聯聚乙烯電纜絕緣層中的電場分布是不均勻的，導致擊穿的不一致性。即：交流電壓下會導致擊穿的缺陷直流耐壓下發現不了，而某些在交流電壓下不會導致擊穿的地方，在直流高壓試驗時卻會擊穿。即一方面缺陷檢出率低，另一方面也容易造成不應出現的擊穿。

（3）電纜在直流電壓下會產生“記憶”效應，存儲積累單極性殘余電荷,電纜重新投入運行后，殘余電場與交流電場疊加，將本可以正常運行的好電纜提前損壞。

（4）直流耐壓試驗有一定的積累效應，電纜經多次直流耐壓試驗（同一電纜發生多次故障），直流高壓在運行電纜的水樹區域形成負電荷積累，這些積累的電荷將一直殘留在絕緣體上，投入運行后，在空間電荷處電壓疊加，能加速絕緣老化，導致局部放電、電樹形成、直至絕緣擊穿，且試驗時易發生閃絡或擊穿。

2.2.2 缺乏有效的試驗手段

電纜在投運前對外護套的檢查試驗不徹底，沒有有效的手段對電纜的外護套絕緣狀態進行試驗，而是完全靠職工的現場盯控和肉眼檢查，容易產生死角，不能找出所有隱患點，更不能將外護套破損缺陷徹底修復，運行后一旦受潮進水就造成多點接地形成環流，接地點長期發熱最終造成電纜主絕緣擊穿。

2.2.3 運行管理存在的問題

電纜的使用壽命為30 年，如果前期施工質量比較高，那么按照現有的鐵路設備標準，確實不需要太多的維護工作。根據當前關于對電纜的保養的規定要求，高、低壓電纜線路的保養項目主要是進行外觀檢查，檢查各部安裝是否牢固，路徑標識、電纜溝蓋板是否完好；對電纜本體的檢查目前處于一種盲管或失管的狀態，而且沒有有效的手段，屬于故障修的范疇，什么時候發生跳閘故障了，就什么時候出動進行搶修。

隨著鐵路運營期的不斷增加，先天的設備隱患問題越來越突出。根據歷年故障發展趨勢分析，鐵路貫通電纜故障率均存在逐年提高的現象。根據故障性質分析也充分反映了施工質量不高、先天的設備缺陷給運行帶來的安全隱患。而且，貫通電纜故障處理起來也有很多不便，故障查找和處理均需在天窗點內進行，往往一個電纜故障搶修時長平均在36 小時以上，甚至更長，必然會降低鐵路供電的可靠性。因此，如何加強電纜的日常維護管理，落實重點監測、狀態維修，做到防患于未然，顯得尤為重要。

3 解決方案

由于新設備和新技術的不斷應用，傳統的定期檢修模式已無法滿足設備發展變化的需求，弊病日漸顯現。采用關口前移、狀態評價、在線監測等技術和管理手段，將使前期介入工作更有實效、也使得檢修工作更具有針對性，也為運行管理提供重要數據，可確保設備的安全、可靠運行。

3.1 完善投運前的交接工作

3.1.1 電纜投運前，對外護套的檢查維護

（1）嚴格落實現場盯控制度，對電纜的檢查做到一米不漏，同時上下左右均檢查到位。采用技術手段進行檢測，按國標要求對電纜的護層絕緣進行試驗。通過這些措施最大程度的發現電纜隱患點。

（2）對存在隱患的電纜外護套進行修復，將隱患消除在電纜投運前。完善修補工藝，以前采取的是熱熔修補法外纏防水膠帶的方式，由于對熱熔工藝要求較高，在運行中實際效果不太好，存在外熔內不熔情況，看似外表皮已熱熔平滑，但內部未融合，晝夜溫度變化較大時就會開裂，長期運行后會進水導致放電擊穿主絕緣。為此可以制定新的修補工藝，采用拉鏈式超強密封修補管，快速熱縮工藝，修補管兩側增加熱熔膠，可有效阻止水分向內擴散，拉鏈式修補管也便于現場的實施。

3.1.2 按國標要求進行交流耐壓試驗

從電纜長期安全運行角度出發，克服現場困難，按國標要求進行交流耐壓試驗，這樣可有效發現隱藏在電纜內部的隱患，不對電纜絕緣層造成損害，也可為狀態檢修提供主要的評價依據。依據試驗結果針對性的采取有效措施，避免和減少因電纜擊穿造成的電網事故或大面積停電事故，可大大提高電纜供電的可靠性指標。

3.1.3 電纜頭重點控制

對電纜中間頭較多的區段要進行局放測試，評估中間頭和終端頭制作工藝的好壞。電纜振蕩波局部放電檢測是近年來得到快速發展的一種電纜局放檢測方法，它是利用阻尼振蕩波高壓電源產生產生頻率為20 ～300Hz 幅值逐次衰減的振蕩交流電壓，在振蕩電壓激勵下，電纜內部潛在缺陷激發局部放電從而發現電纜本體及電纜頭局部潛在缺陷點。

通過以上3 個方面的卡控，結合圖2 所示交接試驗流程，可最大程度的發現電纜外護套、電纜主絕緣、電纜頭存在的缺陷，并根據檢測結論采取相應的整治措施，可有效防止電纜帶病投入運行，為確保鐵路電力的安全可靠供電打下良好基礎。

圖2 新電纜投運前的交接試驗流程

3.2 提高日常檢測水平

按照目前管理規定要求，鐵路電力電纜貫通線路應實行壽命管理，重點檢測，狀態維修，定期保養的維護原則。電纜的狀態診斷與檢測就是對運行中的電纜進行一系列的試驗來判斷電纜的整體狀況，可快速檢測出電纜是否存在故障點和潛在的隱患點，可科學的評估電纜的運行狀態，提前預防突發性停電事故的發生，有效延長電纜及其附件的運行壽命。

電纜狀態診斷與檢測可采取以下3 種方式：

（1）電纜絕緣介質損耗老化評價測試。電纜絕緣介損老化測試適用于已投運一段時間的電纜，介質損耗是反映電纜絕緣老化程度最敏感的指標。依據交聯電力電纜的介損評估判斷標準見表2，根據實測的電纜介質損耗 tanδ ，可科學的評價整條電纜的絕緣老化狀態，從而進行有針對性的維護工作，以達到延長電纜運行壽命，提高電纜運行質量的目的。同時可作為更換電纜和大修決策的重要依據，避免了過早或過晚的更換。

2016 年4 月國家電網公司下達了關于《配網電纜絕緣老化狀態評價工作實施方案》，要求由各省電科院組織，對其省內的電纜進行老化數據的抽查工作對配網絕緣電纜線路進行超低頻介質損耗測量，具體要求見表2。

表2 電纜絕緣老化狀態評價工作量化表

鐵路電力電纜可比照國網公司的原則，每年定期對一部分電纜進行抽測，對電纜的運行狀態進行科學的評估。

（2）外護套試驗與狀態評價測試。根據各條線電纜施工中存在外皮損傷的不同情況，抽取不同區段的電纜進行檢測。針對當時交叉干擾嚴重處所的電纜進行檢測，利用雨季電纜溝積水時節進行檢測，可最大程度的發現電纜外皮破損處所，對直埋區段的電纜進行檢測。外護套狀態檢測無需拆卸電纜肘頭，便于現場的實施。對發現的設備隱患及時采取有效的修復措施，可以盡可能的消除多點接地帶來的安全隱患。

（3）電纜振蕩波局放測試。作為一種新的電纜局部放電檢測方式，振蕩波局放檢測技術有以下優點。一是相比于工頻交流電壓下的局部放電測試，所用儀器設備為加壓測試一體化裝置，接線操作簡單，移動搬運方便。一次加壓過程持續時間為幾百毫秒，不會對電纜造成損害，能夠無損地實現檢測。二是檢測無需使用額外的高壓電源，從根本上避免了系統內部高壓電源產生的局部放電干擾。三是效率高，等效性好，可準確評估電纜局部放電缺陷的嚴重程度。采用脈沖傳播時差法，可精準定位電纜局部放電源的位置。

通過以上3 種測試方法，對電纜進行狀態診斷與檢測，可以科學評估重要電纜的老化狀態，及時發現電纜局放缺陷點，大大降低電纜運行后發生停電事故的概率，有效延長電纜及其附件的運行壽命，可以大大提鐵路路電力系統的供電可靠性。

4 結語

鐵路是我國的經濟大動脈，安全可靠的電力供電是確保運輸暢通的重要條件。本文對鐵路電力電纜運行檢修管理方式進行了初步探索，隨著鐵路對電力供電可靠性的要求逐步提高，需要結合新技術、新設備、新管理模式的發展，不斷的探討研究出更好的方式滿足要求。