电气装备电线电缆研究报告 2016 2020年中国电气装备电线电缆市场运...
摘 要：在铁路供电系统中，电力电缆是其重要的组成部分。本文针对电缆故障原因，从电缆的基础台账建立、周期性巡检、状态检测以及施工介入等几方面入手，对电力电缆运行状态的技术管理进行研究，探讨电力电缆运行状态的技术管理要求。
关键词：电缆故障；状态检测；耐压；局部放电
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.200
1 引言
近年来，我国高铁的投运使人们出行越来越便利，广西高铁更是在短短五年间从无到有，快速发展起来。截止2016年底，全区境内高铁里程已达1704公里，跃居我国前列。铁路供电系统为高铁动车组提供运行动力、行车信号、联络通讯或是站台服务等的电源，高铁电力电源以电缆线路取代架空线路贯通全线，如同人体动脉一般为铁路线路上的电气化设备及时输送新鲜的血液和氧气，以确保行车设备安全可靠运行。而近几年来几乎80%的高铁电力设备故障均为电力电缆故障，一旦电缆出现故障引起供电系统停电，铁路交通将会造成区域性瘫痪，由此造成的经济损失不可估量。因此，做好电力贯通电缆的维护管理工作任重而道远。
目前，铁路电力电缆的管理还处于一个相对故障修的状态，对电力电缆的故障探测及处理，是对已存在故障且已对生产造成直接影响而进行的应急处置手段。在电缆非故障时段进行运行状态维护管理，可以有效地提高故障抢修效率，缩短故障停电时间，这样可以极大程度的降低故障率；或在电缆发生故障前就将问题扼制在隐患的摇篮里，也是解决电缆隐患问题的有效方法。近几年来，铁路相关电力专业在引进一系列先进故障探测技术的同时，基于预防为主的状态修也越来越引起业内的重视，电力电缆的运行状态管理也不容忽视。
2 电缆故障种类分析
目前，铁路电力专业均广泛使用XLPE（交联聚乙烯）电缆。理论分析及运行经验证明，XLPE（交联聚乙烯）电缆具有良好电气特性的同时，在投运初期（1～5年），因电缆及其附件产品质量和敷设安装工艺等问题，也会存在故障率较高的情况，具体故障种类有多集中于以下6种原因：
（1）机械损伤。电力电缆在投运前的新建敷设或是在投运后的临近施工，都有极可能引起机械损伤。其中包含不用滑轮直接拖拽敷设电缆、未确认电缆路径直接打地锚、临近施工超范围作业等野蛮行为引起。若电缆受损情况轻微，则不会立即引起故障，但长期（几个月或几年）运行中受损部位逐渐侵入潮气、引起铠装铅皮穿孔，最终导致受损部位彻底崩溃而形成故障。
（2）电缆外皮腐蚀。电缆外皮腐蚀主要分为电腐蚀和化学腐蚀。若在电力机车运行路径上或是其他地下强电场附近敷设电力电缆，极易引起电缆外皮铅包腐蚀致穿（电腐蚀），导致潮气侵入，绝缘破坏。同样电缆路径上有煤气站（苯蒸气）或其他酸碱作业处所，往往会造成电缆铠装和铅包大面积长距离被腐蚀（化学腐蚀）使电缆出现故障。
（3）电缆路径地面下沉。地面下沉将导致在此路径上的电力电缆受垂直沉降的力出现落差式变形，电缆会出现铠装、铅皮破裂甚至折断而引起电缆故障。 此种情况一般发生在电缆直埋的基建道路、高大建筑物，或是电缆穿越公路、铁路等处所。
（4）长期过负荷运行。电力电缆过负荷运行会引起电缆整体温度升高，尤其在电缆中间头、终端头、其他修补或未修补的电缆薄弱处首先被击穿，从而导致电缆故障。冬夏两季容易因温差造成电缆中间接头等薄弱处变形而降低绝缘性能，因而这两季往往是电缆故障率的高发期。
（5）振动破坏。电力电缆下穿铁路股道或重载公路，由于电力机车或重载车辆经过时，引起路基剧烈震动从而导致电缆外皮产生弹性疲劳而破裂，形成故障。
（6）施工工艺不达标。施工期间在潮湿的气候条件下进行电缆中间头或终端头制作，作业过程中易出现电缆接头封装物内混入水蒸气的情况，导致制作工艺达不到运行要求，长期运行形成闪络性故障。在电缆敷设过程中出现临时改变电缆路径、改变沟道结构以及野蛮施工等行为，都将导致电缆施工工艺不符合技术标准，从而引起电缆故障。
根据以上原因，若要保证电力电缆能在运行中期（5～25年，電缆本体和附件趋于稳定期）和运行后期（25年后，电缆本体和附件走向老化期）尽可能地降低故障率，前期完善的电缆运行状态管理必不可少。
3 电力电缆运行状态管理
结合现有技术，我们可以将电缆状态检测形成一个较为整的系统，具体项点分类如下：
（1）电缆基础台帐建立。电力电缆的基础台帐管理是设备运行安全可靠的前提，电力电缆的周期性维护、隐患故障处理或设备更新改造，均需要提供准确的设备基础台帐数据做为参考。电力电缆的台帐管理包括技术管理和工程施工管理，维护管理以及精细管理等。技术管理中的技术资料包括建设电缆线路的竣工资料和运行过程中完善的有关文件资料，这些资料是专业技术人员分析和处理设备在运行过程中出现各类设备缺陷、隐患、甚至故障的根据。运行管理相关部门应以一个完整的电缆线路资料数据库为基准要求，将每一条电缆线路的情况设置技术专档，分类收集、统一汇总，以便于在以后分析线路时做到有数据可循。如：全范围的电缆路径图、电缆中间接头统计表、对应电缆回路负荷监控统计表、电缆绝缘性能及相关检测数据等。以上资料的完整性可有效缩短每一次故障的排查速度及抢修进度。而电缆的使用寿命都有相应的年限，因而有针对性地制定一个电力电缆线路的维修和改造计划同样必不可少。
（2）电缆周期性巡检要求。电缆周期性巡视和检测是为了掌握电缆运行状态，及时发现和消除电缆线路及其附属设备上存在的缺陷，检查电缆周围环境是否满足运行环境要求，在电缆故障时查找故障点，以确保安全可靠供电。其中，周期性巡视电缆线路可有效防止外力破坏区间线路、终端头或接线盒等引起电缆线路的使用故障。重点检查线路设备标识及安全标识是否完整，线路附近是否有施工痕迹，是否堆放有垃圾、腐蚀化学品或易燃易爆品的情况，检查终端瓷套管有无破损现象，电缆沟槽有无积水、填埋或破损等异常状态。结合巡视，相应的电缆外观、负荷情况检查，电缆终端、中间头温度测量以及外护套接地电流带电测试可同时进行。endprint
（3）电缆状态检测技术。利用相关设备进行电缆状态检测，是直接判定电力电缆合格与否的有效依据。目前，电力电缆的状态检测包含各种离线和在线检测方式。除开周期性巡检各项相对直观的检查外，具体以预防性试验和诊断性检测为主。其中，预防性试验项目包括：终端温度检测、主绝缘绝缘电阻检测、外护套绝缘电阻检测、交叉互联系统试验、电缆主绝缘交流耐压试验；诊断性检测项目包括：电缆运行温度监测、局放在线监测、介质损耗在线监测等。而根据电缆故障发生位置的不同，可将电缆部件进行分类检测，详见下表：
根据目前高铁电力电缆大概率故障原因：电缆施工损伤及电缆中间头、终端头施工工艺而造成的总体电缆质量问题，可将前期接管的电缆状态检测侧重于电缆绝缘电阻测试、交流耐压试验及局部放电实验，在隐患电缆发生故障前及时查找出薄弱点并进行相应整治。参考《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》GB50150-2006及《电力设备预防性试验规程》DL/T596-1996，将重点进行的电缆状态检测项目进行如下介绍：
1）绝缘电阻测试。绝缘电阻测试是判断电缆合格与否的重要前提条件，主要测试内容包含电缆主绝缘和外护套绝缘电阻测试。长度在500m及以下的10kV电力电缆，用2500V兆欧表摇测，在电缆温度为+20℃时，其绝缘电阻值不应低于400MΩ，外护套绝缘电阻应不低于0.5MΩ。当怀疑外护套绝缘有故障时，应进行相应的外护套直流耐压试验，要求试验电压1OkV，1min内不击穿。
2）0.1hz主绝缘交流耐压试验。电力电缆在正常运行中，绝缘长期受着电场、温度和机械振动的作用会逐渐发生劣化，其中包括整体劣化和部分劣化，形成缺陷。交流耐压试验是鉴定电力电缆绝缘强度最有效和最直接的方法，是预防性试验的一项重要内容。此外，由于交流耐压试验电压一般比运行电压高，因此通过试验后，设备有较大的安全裕度，因此交流耐压试验是保证电力电缆安全运行的一种重要手段。
在大修新做电缆终端、中间接头或怀疑电缆有故障时（如：绝缘电阻在测试前后差值达到50%）进行交流耐压试验。试验电压要求3倍U0（根据10kV电缆类型的不同，U0分为6/10kV和8.7/10kV两种），时间要求15min。对于运行年限较久（如：5年以上）的电力电缆线路，可适当选用较低的试验电压或较短的时间。当泄露电流值在0.05MA/km以上视为注意状态，当大于0.2MA/km时视为异常状态。
3）电缆振荡波局部放电检测（OWTS）。在新敷设电缆试运行、电缆修复后、或维修发现电缆异常时进行电缆振荡波局部放电检测（OWTS），主要适用于35kV及以下电缆线路的停电检测。最大测试电压1.7×√2 U0。测试电压应从0kV开始测试（用于测量背景噪音），之后从0.5kV一直加到最大值。对于6.6kV电缆，最高加压到2倍U0。应用振荡波法对电缆局部放电进行测试并定位，能有效地查找电力电缆中存在的每个薄弱点。被测电缆本体及附件应当绝缘良好，存在故障的电缆不能进行测试。已投运的交联聚乙烯绝缘电缆最高试验电压1.7a，接头局放超过500pC、本体超过300pC应归为异常状态；终端超过5000pc时，应在带电情况下采用超声波、红外等手段进行状态监测。
CDO--示波器，PDS—局部放电测试仪。
其中，Ck为高压电容，Zk为检测阻抗，同时也做匹配阻抗，消除脉冲在高压端的反射。设在t0时，在电缆 x 处发生放电，送出的两个脉冲按相反方向沿电缆传播，t1时刻第一个脉冲到达测试仪，第二个脉冲在电缆远端反射后在t2时刻到达测试仪（如图1）。由于电缆中电脉冲的传播速度相对于确定的电缆绝缘型式是已知的常数，所以根据公式就可以算出放电点离电缆近端（高压端）的距离。
其中L为电缆的长度，V为脉冲波在电缆中的速度，τ为两个脉冲的时延，即τ=t2-t1。
——摘自：OWTS振荡波电缆局放检测和定位技術基本原理研究 冯义、刘鹏、程序、 涂明涛等编著。
（4）介入新线把控源头。在已接管电力电缆做好运行状态管理的同时，在即将接管的线路则须做好提前介入工作，将设备隐患卡控在施工建设的源头。重点需从严格把关电缆生产质量、提高施工质量及工艺安装水平、采用新型试验手段、选择有效电缆状态检测方法及加强电缆巡视等方面，并在竣工时把好验收关，保证在设备正式运行前直接消除电力电缆存在的安全隐患。
4 结束语
随着我国高铁线路的不断增长，电力电缆线路将紧随递增。在高铁这一新交通模式面前，传统的电力电缆运行维护管理方法明显不再适用。在电气自动化及远动通讯等科技技术水平不断提高的背景下，为了满足高铁电力行业发展的现实需要，保证电力电缆的正常运行，不仅要改进相关的电力电缆运行维护管理工作标准，还应当借助于新技术的应用，提高电力电缆的运行状态管理标准，全面提高电力电缆的运行维护与管理工作的整体效率，从而保障我国高铁电力专业的健康稳定发展，实现更多的经济效益和社会效益。
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作者简介：韦世彦（1985-），广西南宁人，本科，学士，助理工程师，主要研究方向：水电技术。endprint
