高速铁路牵引供电电缆高频局放诊断技术探究和应用

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1、高速铁路牵引供电电缆高频局放诊断技术探究和应用　　作者简介：段伟（1981.05-），2004年7月毕业于西南交通大学电气工程及自动化专业，本科，现就职于上海铁路局上海高铁维修段，工程师。摘要：通过对高频电流互感（HFCT）局放检测技术的研究，针对高铁牵引供电电缆状态检修需求，探讨以HFCT在线局放检测仪为测试基础的电缆局部放电诊断技术在高速铁路供电电缆检修中的应用。关键词：电气化铁路；牵引供电电缆；HFCT局放测试；状态检测1.问题的提出7在中国高速铁路牵引供电系统中，一般采用AT供电方式，供电电

2、压为27.5KV，大约每50公里设置一个变电站，中间还设置AT所与分区所，大量采用专用单芯电缆上下高架桥和进出牵引所亭。由于单芯电缆感应电动势较高，牵引供电系统中一般采用单端接地或者接护层保护器。相比于电力系统电缆，牵引供电所专用的供电电缆有一定特殊性，主要体现在单芯绝缘铠装，高电压，负荷冲击性。电缆生产过程中因为材质或工法问题会存在绝缘不均匀、杂质、空穴等先天不足；而在电缆铺设、接头制作等施工环节还可能形成破皮、擦伤、浸泡、弯曲局部应力等后天隐患，各种不利因素作用，造成电缆空间电场局部产生畸形，在

3、某些位置发生局部放电，最终导致电缆绝缘下降甚至炸损等重大事故。以往普速铁路供电电缆体量小，故障后影响不大，虽进行周期试验，但往往采用故障修策略。随着高铁供电可靠性要求的不断提升，供电电缆运行安全首当其冲，然而通过传统的电缆预防性试验停电作业耗费成本高、效率低、容易造成损伤，这种方式在高速铁路运行维护条件中难以应用。基于这个现状，需要找到一种便捷高效，不需停电或减少停电的电缆状态检修方法。为此，在充分借鉴电力系统经验的基础上，结合高铁工作实际，研究并引入了HFCT高频局放诊断技术。2.电缆状态检修的意

4、义7在故障修、周期修和状态修三种修理策略的选择上，电缆设备相对于其他设备，一般来说难以进行相应的解体维修，以往仅针对其进行寿命管理和故障处理要求，但发展越来越不适应。若故障后再进行抢修，往往会造成大范围的动车组停电、晚点，运行上不可接受；若采用周期性试验检测，则所需耗费的人力物力是目前检修能力所难以接受的；因此，从技术发展和时代要求上看，状态修更能符合当前的维修需求，针对电缆状态进行实时监控，寻找可能发生的劣化电缆，避免在其应有的寿命期内出现严重问题而影响供电能力，是实行电缆状态修的意义，这有利于全

5、面降低电缆设备全寿命成本。3.高铁供电电缆测试可行性分析局部放电高频电流互感（HFCT）诊断技术是电力行业里先期应用的一种绝缘检测方法，主要原理是利用电缆中绝缘层缺陷在高电压交变电场的作用下，将发生局部放电现象，同时会在电缆芯线导体和屏蔽层中产生出特定的电流脉冲波。通过一定的检测传感器安装在不含接地线之上的电缆线芯上，或在屏蔽层接地线上进行测试捕捉。局部放电脉冲沿电缆传到被测点，导体中的脉冲为同相，屏蔽层中的脉冲为反相，只要能在芯线或电流两者之间截取其中一个即可。在绝缘状态还比较良好的时候信号十分微

6、弱，但到了后期则会持续发展强度，直至诱发绝缘击穿、老化等问题产生。一般电缆局放脉典型冲波形波头上升在50ns至1s之间，脉冲宽度小于2s。这种典型特征可以用来识别局部放电现象，只要检测出特征性的脉冲电流波形就可以根据其强度来判断电缆绝缘性能的好坏程度，利用直达波与反射波时间差或引入同步双端检测就可初步定位局部放电产生位置。7但是对于局放脉冲的干扰因素较多，检测设备需要克服各类干扰因素。其中三个情况在测试时必须要考虑到，第一是局放脉冲波在电缆中会产生散射、损耗，导致脉冲幅值降低，但实际中均可测得一定的

7、幅值，可以用来测定波形。第二是检测局放脉冲波时会有很复杂的背景电磁噪音，尤其在检测芯线时，本来的电流高频谐波成分会有较严重的干扰，不过这可以通过一定的特征辨别去除干扰。第三是在电缆与检测回路中对波形传播的不均匀性，尤其是感抗特性，将造成波形变形，失去部分特征参数，这需要在测试时进行考虑一定测试系统补偿后恢复波形特征。高铁供电电缆相对于电力10KV电缆，电压等级高，电缆长度一般控制在500米以内，内部局放脉冲电流衰减完全可以接受。白天列车运行时因其负荷为瞬时性负荷，容易产生复杂的电磁噪声，而在夜间没有

8、列车负荷取流，背景基本静默，可以消除大部分的背景噪声。当然也可以对白天的干扰源进行过滤。进行局放高频电流检测时，一种方法是在电缆安装时同步安装相应的电缆状态监测装置，这需要前期的一定投资，但失真参数可相对固定，便于波形补偿；另一种方法是利用便携安装的检测设备，需要测试仪器有一定的自动补偿能力。以上两种方法均可以取得特征波形。综合以上，利用局部放电高频电流互感（HFCT）诊断技术在高铁上检测电缆的绝缘运行状态是具备可行性的。3.1HFCT局放检测系统工作原理7一般HFC