李鹏达 党伟 郑景文
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266109
摘要：电力配电专业在高速铁路系统中起着至关重要的作用，随着科技的进步，电力电缆以其维护量小和几乎不受外界环境因素影响的独特优势，越来越被广泛使用。但在实际运营中，以某高铁为例，电力电缆中间接头损坏导致线路供电中断的故障占总故障的80%以上，严重影响高铁的正常运营秩序。本文介绍利用所采集到的故障电缆中间头，对其进行解剖和分析，得出了电缆中间接头的故障是由于其自身的产品设计裕度较小，产品储存和使用不当，以及电缆中间接头制作过程中工艺标准执行不严导致其最终击穿的结论。根据此结论，有针对性地提高了产品设计裕度；根据材质特点明确了储存条件和使用期限；严格修订制作电缆中间接头作业指导书的环境和步骤。
关键词：高铁；电力电缆；中间接头故障
引言
随着城市化进程的加快，电力电缆绝缘性能好、耐高温、安装方便、维护工作量少的优点日益凸显，在中低压配电网建设中得到了广泛的应用。随着电缆线路占比的提升，由于设备选型、施工质量、外破等原因造成的电缆故障数量逐年上升，严重影响了供电企业的可靠供电。本文就一起电缆故障案例进行认真分析，查找原因，提出整改措施并实施，提升电缆线路的安全运行水平。
1电力电缆在线故障定位系统构成
1.1配电所电缆监测终端
配电所电缆监测终端由主控单元、高速数据采集单元、GPS(全球定位系统)授时模块、通信模块及电源模块等构成。监测终端通过外置式低频电流传感器实时采集电缆三相芯线和三相金属护层接地线的高频暂态行波电流信号，并具有行波录波功能[1]。
为保证行波测距的分辨率，设计采样频率为50MHz，同时GPS授时模块保证各配电所监测终端之间的时钟误差不超过50ns。为了监视电缆金属护层绝缘故障，监测终端还通过专门研制的外置式低频电流传感器实时采集电缆三相金属护层接地线的工频电流信号，并具有故障检测功能。当电缆主绝缘或金属护层绝缘发生故障时，监测终端通过通信模块自动将记录到的波形数据上传到远端的电缆故障定位GIS展示平台。
1.2电缆中间接头监测终端
电缆中间接头监测终端通过专门研制的外置式低频电流传感器实时采集电缆中间接头两侧三相芯线和三相金属护层接地线的工频电流信号，具有接头内部主绝缘故障检测和接头外部金属护层绝缘故障检测功能。当电缆中间接头的内部主绝缘或外部金属护层绝缘发生故障时，监测终端自动将记录到的监测数据上传到远端的电缆故障定位GIS展示平台。电缆中间接头监测终端通过CT(电流互感器)取电方式供电，并将自带的蓄电池作为后备电源。
2电缆中间头故障分析及改善措施
从全部电缆中间接头故障现象上看，多数故障中间接头是由连接管向电缆外屏蔽层位置出现放电导致冷缩中间接头击穿，电缆绝缘层表面都有明显的放电通道；另外电缆外半导电端口及电缆绝缘层已烧焦并完全碳化，出现电场集中现象而击穿[2]。
2.1接头放置太久问题
冷缩中间接头库存放置太久，超出最佳使用日期，导致冷缩中间接头安装后，抱紧力不够；冷缩中间接头内孔径尺寸范围太大，如：现场70-120mm2冷缩中间接头为相同的规格，产品表面内孔径标识?16，实际为?18；35-70mm2冷缩中间接头为相同的规格，产品表面内孔径标识?11，实际为?14，此为电力行业惯例；制作冷缩中间接头过程中，如果电缆绝缘层表面没有清洁干净，就会出现多点成直线的放电通道；制作冷缩中间接头过程中，清洁电缆绝缘层需等待水分完全挥发干净后，方可涂抹硅脂。但在实际过程中，由于运营压力和现场条件所限，无法满足以上条件，从而导致电缆绝缘出现水树枝形象而降低绝缘强度；或者采用不干净的手指涂抹硅脂，安装后，出现多点成直线的放电通道。
2.2安装工艺不符合要求
电缆的半导电层端口位置不平齐，电缆端口环形尺寸相差8mm（冷缩中间接头应力控制体长度为30mm，搭接尺寸为20mm，即冷缩中间接头与电缆外半导电层搭接后，只有2mm的安全距离），现场制作人员稍微不注意，就会出现搭接尺寸错误，在与冷缩中间接头压力控制体接触时，出现搭接不符合要求，导致冷缩中间接头应力控制体没有起到控制和均匀电场作用，使电缆外屏蔽端口位置的电场畸形，造成电场集中从而击穿冷缩中间接头；冷缩中间接头定位尺寸不符合要求。说明书要求冷缩中间接头应力控制体搭接电缆外半导电层20mm，现场解剖发现，一边电缆半导电层没有搭接，另外一边搭接尺寸为25～30mm，导致冷缩中间接头应力控制体没有起到控制和均匀电场作用，使电缆外屏蔽端口位置电场畸形，造成电场集中而击穿冷缩中间接头。
2.3电缆接头防护措施
针对运行中电缆中间接头的特点，结合电力配电专业的检修预试计划，对区间电力电缆严格进行绝缘测试、红外成像测温和局放测试，待上述检测、监测均完成后，根据测试结果综合分析得出状态结论。为提高电力电缆中间接头的质量，减少故障率，基于第2节故障原因，提出以下改善措施[3]：
（1）提高电缆中间接头制作质量；
（2）计划每年至少组织1次电缆中间头制作培训和实操演练，聘请厂家以理论结合实践的形式进行，要求制作人员充分理解并严格按照说明书的工艺要求进行制作，明白每一道工序的步骤、内涵和意义；
（3）电力电缆冷缩中间接头库存按照先进先出的原则进行领取并安装，超出最佳使用期限的产品原则上不再使用，避免出现故障隐患；
此外目前国内针对电力电缆故障采用对接箱以代替中间接头的做法已渐成趋势。对接箱几乎可完美克服中间接头的缺陷，且此类产品在国内其他客专线上已大量使用，至少有10年以上的安全运行经验。
3电缆故障位置的GIS展示
3.1软件系统架构
电缆故障定位GIS展示平台软件布置在服务器端，主要实现电缆故障在线监测数据的存储、分析和基于百度地图的GIS展示等功能，其软件系统包括数据分析引擎、数据库引擎及地理信息引擎等。其中，客户端网页的静态部分基于html(超文本标记语言)编写，动态部分则基于js(直译式脚本语言)编写。网页与服务器之间的数据交互基于ajax(异步直译式脚本语言和可扩展标记语言)技术实现，数据采用json(直译式脚本语言对象标记)格式。
3.2电缆故障位置展示
在正常情况下，浏览器定时通过ajax向服务器数据分析引擎查询电缆故障告警信息。当服务器接收到来自配电所电缆监测终端或电缆中间接头监测终端的故障数据时，首先，根据电缆故障定位原理分析确认故障点位置；然后，生成电缆故障告警信息并存入数据库；进而通过数据分析引擎将故障点位置信息打包，并以json对象形式发送至浏览器;浏览器再通过脚本中的数据处理引擎计算出实际故障点坐标，并通过百度地图API接口将故障点坐标位置以彩色标注形式展示于Web地图中。
结语
本文研发了基于GIS的电缆在线故障定位系统，并投入实际运行。该系统将双端行波法、区段环流法、稳态差动法和GIS展示融为一体，实现了对电缆主绝缘、电缆金属护层绝缘和电缆中间接头的全面在线故障监测。本系统的推广应用，可以大大缩短高速铁路系统电缆故障的修复时间，从而提高供电可靠性，提升运行维护水平。
参考文献
［1］郭卫,周松霖,王立,裴欢,张成,李华春.电力电缆状态在线监测系统的设计及应用[J].高电压技术,2019,45(11):3459-3466.
［2］罗俊华,杨黎明,史济康,朱海钢.电力电缆及试验技术回顾［J］.高电压技术,2004（S1）:81-82+98.
［3］李瑞.铁路10kV电力贯通电缆常见故障及预防措施［J］.石家庄铁路职业技术学院学报,2018,17(02):97-102.