铁路电力电缆常见故障及测距方法研究

摘要：铁路电力电缆作为整个铁路电力系统的重要组成部分，一旦发生故障将直接影响着整个铁路电力系统的安全运行。文章分析了铁路电力电缆故障的原因及分类，探讨了铁路电力电缆的故障实行的测距方法，保证了铁路电力供应畅通、保证供电可靠性。

关键词：铁路；电力电缆；常见故障；测距定点

Abstract: as the entire railway cable railway power is an important part of power system, once produce fault will directly affect the whole railway power system security. The article analyzes the power cable of the cause of the failure and the classification, discusses the power cable fault implement railway metering distance method, ensure the railway power supply expedite, and ensure that the power supply reliability.

Keywords: railway; Electric cables; Common fault; Ranging designated

中图分类号： U21 文献标识码：A 文章编号：

1．铁路电力电缆故障常见原因

1.1机械损伤

原因有以下几种：①直接受外力损坏，如靠近电缆路径打桩、挖沟、起重作业；②施工损伤，如机械牵引力过大而拉损电缆，电缆弯曲过度而损伤绝缘层或屏蔽层，电缆剥切尺寸过大、刀痕过深；③自然损伤，如因自由行程而使电缆管口、支架处的电缆外皮擦破，因土地沉降、滑坡引起的过大拉力拉断中间头或电缆本体。损伤如果轻微，很可能在当时不影响正常运行，但在几个月甚至几年后损伤部位才发展到铠装或绝缘护套，造成绝缘降低，形成故障。

1.2绝缘老化变质

铁路电缆绝缘介质内部气隙在电场作用下产生游离使绝缘下降。当绝缘介质电离时，气隙中产生臭氧、腐蚀绝缘、绝缘中的水分使绝缘纤维产生水解，造成绝缘下降。过热会引起绝缘老化变质。安装于电缆密集地区、电缆沟及电缆隧道等，都会因本身过热而使绝缘加速损坏。在夏季，电缆故障率高原因正在于此。

1.3化学腐蚀

电缆路径在有酸碱作业的地区通过，或煤气站的苯蒸汽往往造成电缆铠装和铅(铝)护套大面积长距离被腐蚀，出现麻点、开裂或穿孔，造成故障。

1.4设计和制作工艺不良

电缆中间头、终端头安装工艺不良，材料选用不当，不按技术要求敷设安装电缆，同样会造成电场分布不均匀，这些往往也都是形成电缆故障的重要原因。

1.5过电压或过热

过电压主要是指大气过电压（雷击）和电缆内部过电压，过热主要是指电缆长期过负荷工作、靠近热源或直接被临近电缆故障烧伤。

2. 铁路电力电缆故障类型

2.1低阻故障或短路故障

铁路电缆线路一相导体对地或数相导体对地或数相导体之间的绝缘电阻低于正常阻值较多，电阻值低于10Zc（Zc为电缆特性阻抗，一般不超过40Ω），而导体连续性良好。常见类型有单相接地、两相短路或接地等。说明这一低阻故障的定义是针对脉冲反射测试原理而定的。一般做法是用低压脉冲法测距，先声磁同步法定点，当故障点没有放电声时考虑用音频信号法或跨步电压法定点。

2.2高阻故障

与低阻故障或短路故障相似，但区别在于接地或短路的电阻大于10Zc而芯线连接良好。常见类型有单相接地、两相短路、两相短路接地、三相短路接地等。此类故障发生概率较高，一般做法是用二次脉冲法测距，声磁同步法定点。

2.3开路故障

铁路电缆各相导体的绝缘电阻符合规定，但导体的连续性试验证明有一相或数相导体不连续，或虽未断开但工作电压不能传输到终端，或虽然终端有电压但负载能力较差。常见类型有单相断线、两相断线、三相断线。一般做法是用低压脉冲法或二次脉冲法测距，声磁同步法定点。

2.4闪络故障

低电压时铁路电缆绝缘良好，当电压升高到一定值或在某一较高电压持续一定时间后，绝缘发生瞬时击穿现象。常见类型有单相闪络、两相闪络、三相闪络。一般做法是用二次脉冲法或脉冲电流和脉冲电压法测距，声磁同步法定点。

3.铁路故障测距方法

3.1经典电桥法

将被测电缆故障相与非故障相短接，电桥两臂分别接故障相与非故障相，调节电桥两臂上的一个可调电阻器，使电桥平衡，利用比例关系和已知的电缆长度就能得出故障距离。用低压电桥测电缆低阻击穿，用电容电桥测电缆开路断线。电桥法测量结果精确，但需要完好芯线做回路，电源电压不能加得太高，一般用于测试故障点绝缘电阻在几百千欧以内的电缆故障的距离。

3.2脉冲电压法

通过高压信号发生器向故障电缆施加直流高压信号，使故障点击穿放电产生一个电压行波信号，该信号在测量端和故障点之间往返传播，通过设备接受并测量该电压行波信号往返一次的时间和脉冲信号的传播速度而计算故障距离。该方法对高低阻故障均能检测，但测距仪器与高压部分有直接电气连接，可能有安全隐患。

3.3脉冲电流法

和脉冲电压法一样，也是通过向故障电缆施加直流高压信号，根据故障点放电产生的脉冲电流行波信号在故障点与测量端往返一次的时间来计算故障距离的一种方法。不同的是在直流高压发生器的接地线上套上一只电流耦合器来采集电流行波信号，这种信号更容易判读，同时电流耦合器与高压部分无直接电气连接，安全性更高。

3.4低压脉冲法

对低阻击穿、短路、开路故障，可在电缆芯线上施加低压脉冲信号。信号在电缆传播及反射，用数字示波器或手提笔记本电脑虚拟示波器等测出脉冲波形而算出故障点的位置。低压脉冲反射法的优点是简单、直观，不需要详细的电缆原始资料且测试精度高，还可以根据反射脉冲的极性分辨故障类型。缺点是不能用于测量高阻与闪络故障，而高压电缆中高阻故障较多。

3.5二次脉冲法

二次脉冲法是近些年常用的测距方法之一，其基本原理：通过高压发生器给存在高阻或闪络性故障的电缆施加高压脉冲，使故障点出现弧光放电。由于弧光电阻很小，在燃弧期间原本高阻或闪络性的故障变成了低阻短路故障。此时通过耦合装置向故障电缆注入一个低压脉冲信号，记录下此时的低压脉冲反射波形，可明显观察到故障点的低阻反射波形（带电弧波形）；在故障电弧熄灭后，再向故障电缆注入一个低压脉冲信号，记录下此时的低压脉冲反射波形（无电弧波形），此时因故障电阻恢复为高阻，低压脉冲信号在故障点没有反射或反射很小。把带电弧波形和无电弧波形进行比较，两个波形在相应的故障点位置上明显不同，波形的明显分歧点离测试端的距离就是故障距离。

此方法需满足的条件：一是故障点能在高电压的作用下发生弧光放电；二是测距仪器能在弧光放电的时间内发出并接收到低压脉冲反射信号，一般通过在放电瞬间投入一个低压大电容来延长故障点的弧光放电时间，或者精确检测到起弧时间，再注入低压脉冲信号。

依据脉冲计数方法不同，也被称为三次脉冲法或多次脉冲法。

4.结语

铁路电缆故障点检测也需要技术和经验的结合，由于电缆的隐蔽性和故障原因的多样性，建议在电缆故障点检测时采取以下步骤，并对所得到的波形仔细分析，特殊情况可以多次测试。

（1）测量电缆绝缘，判断故障类型，是接地、短路、断线或它们的混合；是单相、两相还是三相；是高阻、低阻还是闪络性故障。

（2）根据故障类型选择合适的测距方法，测距是电缆故障测试过程中最重要的一步，直接决定着电缆故障测试整个过程的效率和准确性。

（3）电缆路径查找，找到准确的电缆路径可以避免精确定点时漫无目的的搜索，这也是比较耗时的过程 ，对于长电缆建议对已查明的电缆所在位置做好标记。

（4）鉴别电缆，对于在电缆沟、隧道等处的明敷电缆，需要从许多电缆中挑选出故障电缆，可向故障电缆加音频电流信号用探测线圈接收，常用钳形电流表辅助鉴别。

（5）精确定点时要充分考虑电缆头处打盘而影响实地测量的准确性，对于死接地故障和线芯对内屏蔽短路故障，在发射冲击脉冲时，可能在全电缆都会出现放电声音，但只有在故障点处才会发生震动，在这种情况下，应沿电缆路径扩大搜索范围。

参考文献：

［1］孙振涛.浅论铁路输电线路电力电缆常见故障 [Ｊ].城市建设，2008(2)。

［2］肖明辉.铁路输电线路电力电缆常见故障处理方法研究[Ｊ].中国城市经济，2010(12)。

［3］包艳琴.铁路输电线路电力电缆常见故障与对策研究[Ｊ].经营管理者，2010(6)。

［4］范飞.铁路输电线路电力电缆常见问题和对策[Ｊ].科技资讯，2011(1)。

［5］秦永继.铁路输电线路电力电缆常见故障研究[Ｊ].城市建设，2011(5)。

［6］夏新民.电力电缆头制作与故障测寻，2008。

［7］朱启林、李仁义、徐丙艮.电力电缆故障测试方法与案例分析，2008。