摘要：在助航燈光供電系統(tǒng)中，所有的電力設(shè)備都可能存在一些問(wèn)題，諸如設(shè)計(jì)問(wèn)題、安裝問(wèn)題、質(zhì)量問(wèn)題、運(yùn)行問(wèn)題、管理問(wèn)題等等。助航燈光回路電纜作為一種輸電的主要設(shè)備也毫不例外，會(huì)因種種原因出現(xiàn)的故障。本文論述了機(jī)場(chǎng)助航燈光回路中的故障，著重論述從故障檢測(cè)的角度出發(fā)來(lái)分析助航燈光電纜的故障性質(zhì)，并提出幾種判斷燈光回路中電纜、隔離變壓器故障的診斷方法。
　　關(guān)鍵詞：助航燈光回路、電纜、故障、接地點(diǎn)、電纜頭、阻值、電壓
　　一引言
　　隨著民航事業(yè)的發(fā)展，機(jī)場(chǎng)客流量不斷增大，跑道、滑行道使用時(shí)間愈來(lái)愈長(zhǎng)，助航燈光出現(xiàn)故障組織搶修非常困難，不能滿足助航燈光的使用要求。在現(xiàn)代民航運(yùn)輸業(yè)中，助航燈光系統(tǒng)為機(jī)場(chǎng)的安全正常運(yùn)營(yíng)提供了至關(guān)重要的保障。助航燈光系統(tǒng)大體由低壓柜、調(diào)光器、升壓變壓器、隔離變壓器、電纜、燈具和監(jiān)控系統(tǒng)組成，由多條回路構(gòu)成的整體布局，燈具有跑道中線燈、跑道邊燈、入口燈、末端燈、PAPI燈、進(jìn)近燈、滑行道燈等。燈光回路中最短回路的電纜有一千多米長(zhǎng)，長(zhǎng)回路的電纜超過(guò)10Km。各回路負(fù)載的燈數(shù)不盡相同。助航燈光全部設(shè)備都分散在幾百萬(wàn)平方米的飛行區(qū)內(nèi)，幾千個(gè)位置，點(diǎn)多面廣�；芈方泳�性質(zhì)是串聯(lián)供電，出現(xiàn)故障將影響整條回路。受外界影響大，冬季時(shí)溫度可達(dá)－30度，夏季時(shí)表面溫度接近40度。下雨時(shí)整條回路浸泡水中可達(dá)十幾個(gè)小時(shí)，環(huán)境極其惡劣。接插插件多在高電壓大電流狀態(tài)下工作容易產(chǎn)生過(guò)熱和絕緣破壞現(xiàn)象。下面就助航燈光電纜故障有關(guān)的一些問(wèn)題做粗淺的論述。
　　二助航燈光電纜的結(jié)構(gòu)及組成
　　由于電纜的種類繁多，如按電壓等級(jí)分類，有三大類：低壓電纜、中壓電纜、高壓電纜；若按絕緣材料分類，有四大類：油浸紙介質(zhì)電纜、塑料電纜、橡皮電纜、充油或充氣電纜等，其結(jié)構(gòu)組成也各不相同。而機(jī)場(chǎng)助航燈光電纜是根據(jù)我國(guó)民航事業(yè)的發(fā)展和民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)水平的提高而研制開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)產(chǎn)品。它是應(yīng)用工業(yè)電子加速器所產(chǎn)生的電子射線對(duì)高分子材料進(jìn)行改性而獲得的高機(jī)械強(qiáng)度、耐老化性能和優(yōu)良的電性能作為該產(chǎn)品的絕緣材料，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的耐電壓等級(jí)高、機(jī)械強(qiáng)度滿足機(jī)場(chǎng)苛刻條件；使用壽命長(zhǎng)達(dá)30年以上，確保了飛行的安全性和可靠性。
　　YJYD--6/6--3.6/6kV和6/6KV輻照交聯(lián)機(jī)場(chǎng)助航燈光電纜，其主要由五部分組成：導(dǎo)體芯線、絕緣層、半導(dǎo)電層、金屬屏蔽層、外護(hù)套層。因此，五部分中的那一部分出現(xiàn)問(wèn)題都可以認(rèn)為是該電纜有故障。不光是電纜，其它如隔離變壓器質(zhì)量，電纜施工中人為機(jī)械損壞，電纜頭制作工藝以及在以后的使用過(guò)程中化學(xué)腐蝕等原因，可能會(huì)出現(xiàn)的阻值低的情況，使電纜線路故障的可能性大幅度增加。
　　三、造成燈光回路電纜故障的原因
　　電纜故障最直接原因是絕緣降低而被擊穿。導(dǎo)致絕緣降低的因素很多，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，歸納起來(lái)不外乎以下幾種情況。
　　1）電纜生產(chǎn)質(zhì)量問(wèn)題
　　在我國(guó)，常用的中低壓電纜其生產(chǎn)技術(shù)是非常成熟的，因此電纜的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題主要是生產(chǎn)管理和市場(chǎng)管理問(wèn)題。如運(yùn)行的XLPE電纜，出現(xiàn)故障才發(fā)現(xiàn)電纜中的銅屏蔽層不連續(xù)，甚至嚴(yán)重到了有一段電纜沒(méi)有銅屏蔽層；有的出現(xiàn)一些生產(chǎn)的XLPE成品電纜沒(méi)有半導(dǎo)電層，導(dǎo)體芯線易扭斷等難已想象的質(zhì)量問(wèn)題。
　　2）電纜施工質(zhì)量問(wèn)題
　　電纜在安裝及敷設(shè)施工過(guò)程中，沒(méi)有嚴(yán)格按照有關(guān)電纜的安裝要求施工，如電纜的扭曲，打折等。
　　3）外力損傷
　　由近幾年的機(jī)場(chǎng)運(yùn)行分析來(lái)看，相當(dāng)多的電纜故障都是由于機(jī)械損傷引起的。比如：電纜敷設(shè)安裝時(shí)不規(guī)范施工，容易造成機(jī)械損傷；在直埋電纜上搞土建施工也極易將運(yùn)行中的電纜損傷等。有時(shí)破壞嚴(yán)重的可能發(fā)生短路故障，直接影響燈光設(shè)備及航空器運(yùn)行安全。
　　4）絕緣受潮
　　這種情況一般發(fā)生在直埋或排管里的電纜接頭處。比如：電纜接頭制作不合格和在潮濕的氣候條件下做接頭，會(huì)使接頭進(jìn)水或混入水蒸氣，時(shí)間久了，在電場(chǎng)作用下形成水樹(shù)枝，逐漸損害電纜的絕緣強(qiáng)度而造成故障。由于南方多雨，空氣濕度大，在電纜頭制作中極易出現(xiàn)這種現(xiàn)象，使整個(gè)燈光回路絕緣降低。
　　5）化學(xué)腐蝕
　　電纜直接埋在有酸堿作用的地區(qū)，往往會(huì)造成電纜的鎧裝、鉛皮或外護(hù)層被腐蝕，保護(hù)層因長(zhǎng)期遭受化學(xué)腐蝕或電解腐蝕，致使保護(hù)層失效，絕緣降低，也會(huì)導(dǎo)致電纜故障。
　　6）長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行
　　由于電流的熱效應(yīng)，負(fù)載電流通過(guò)電纜時(shí)必然導(dǎo)致導(dǎo)體發(fā)熱，同時(shí)電荷的集膚效應(yīng)以及鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質(zhì)損耗也會(huì)產(chǎn)生附加熱量，從而使電纜溫度升高。長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，過(guò)高的溫度會(huì)加速絕緣的老化，以至絕緣被擊穿。尤其在炎熱的夏季，電纜的溫升常常導(dǎo)致電纜絕緣薄弱處首先被擊穿。
　　7）電纜接頭故障
　　電纜接頭是電纜線路中最薄弱的環(huán)節(jié)，由人員直接過(guò)失(施工不良)引發(fā)的電纜接頭故障時(shí)常發(fā)生。施工人員在制作電纜接頭過(guò)程中，如果有接頭壓接不緊、加熱不充分、外部施工自然條件、施工人員技術(shù)水平或粗心大意等原因，都會(huì)導(dǎo)致電纜頭絕緣降低，從而引發(fā)事故。從以往的施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，大多數(shù)燈光電纜回路故障由于電纜頭制作工藝不良引起的。
　　8）環(huán)境和溫度。
　　電纜所處的外界環(huán)境和熱源也會(huì)造成電纜溫度過(guò)高、絕緣擊穿，甚至爆炸起火。
　　9）電纜本體的正常老化或自然災(zāi)害等其他原因。
　　圖一燈光回路系統(tǒng)圖
　　因?yàn)殡娎|是串聯(lián)回路（如圖一），如果有一個(gè)點(diǎn)對(duì)地絕緣電阻低就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)回路低，所以一般電纜絕緣電阻下降的回路都是因?yàn)槔匣�，整條電纜到處都有造成絕緣電阻低的點(diǎn)。只要不把所有上述的點(diǎn)都消除掉，仍然不能完全解決問(wèn)題。
　　這些問(wèn)題中關(guān)鍵在電纜頭的制作工藝。不同的人做出來(lái)的絕緣可能相差很遠(yuǎn)，所以規(guī)范電纜頭的制作工藝意義重大。另外要做好燈箱的防水，包括燈箱蓋和底部進(jìn)線孔的。國(guó)外的隔離變壓器根本不用隔離變壓器箱的，直接埋在土里的。而我國(guó)還要把隔離變壓器打在混凝土里，密封面或槽加工工藝粗糙、防銹蝕能力太差，維護(hù)極其不便，進(jìn)水，水汽是家常便飯了！國(guó)外基本上使用的是鋼板焊接或高強(qiáng)度塑料（或玻璃鋼）燈箱。
　　四、判斷燈光回路故障方法
　　1、電纜故障檢測(cè)儀
　　聲測(cè)定點(diǎn)法查找燈光電纜故障點(diǎn)的技巧，如圖二所示，圖中B為拾音器，其余各參數(shù)均為與沖擊高壓閃絡(luò)法粗測(cè)距離時(shí)接線，圖中的對(duì)應(yīng)參數(shù)相同。
　　圖二聲測(cè)定點(diǎn)法基本原理圖
　　基本原理：
　　如上圖所示，聲測(cè)定點(diǎn)法是利用直流高壓設(shè)備，向電容器充電、儲(chǔ)能，當(dāng)電容器電壓達(dá)到球間隙擊穿值時(shí)，電容器通過(guò)球間隙放電，向被測(cè)電纜的故障線芯施加沖擊電壓，當(dāng)故障點(diǎn)擊穿時(shí)，電容器中儲(chǔ)蓄的電能將通過(guò)等效故障間隙Ja或故障電阻R1放電。于此同時(shí)，將產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)波和電磁波，然后利用拾音器，在粗測(cè)的故障距離附近，沿電纜進(jìn)行聽(tīng)測(cè)，地面上振動(dòng)最大、聲音最響處，即為故障點(diǎn)的實(shí)際位置。聲測(cè)定點(diǎn)法簡(jiǎn)便、易行，準(zhǔn)確性好，其絕對(duì)誤差不大于±0.4m。
　　1) 有時(shí)因?yàn)榄h(huán)境干擾大，土質(zhì)或電纜具體損壞不同等因素，故障點(diǎn)閃絡(luò)放電傳給探頭的機(jī)械振動(dòng)波很弱（塑料電纜易發(fā)生這種情況），定點(diǎn)比較困難，這時(shí)可以利用電纜故障點(diǎn)閃絡(luò)放電時(shí)即發(fā)射電磁波又有機(jī)械振動(dòng)波這一現(xiàn)象，使用兩臺(tái)定點(diǎn)儀在同一時(shí)刻，都接收到“啪！啪！”的聲響信號(hào)時(shí)，說(shuō)明該音響信號(hào)確為故障點(diǎn)發(fā)出的放電信號(hào)（電磁波和機(jī)械振動(dòng)波），在找出最響點(diǎn)，即可定出準(zhǔn)確的故障點(diǎn)。
　　2) 尋找最響點(diǎn)的方法是：在定點(diǎn)過(guò)程中，如果聽(tīng)到有規(guī)律的“啪！啪！”的機(jī)械振動(dòng)聲（放電聲）以后，故障點(diǎn)就在離此不遠(yuǎn)的地方，此時(shí)應(yīng)沿電纜走向，前后移動(dòng)定點(diǎn)儀進(jìn)行比較測(cè)量，同時(shí)減小定點(diǎn)儀的輸出音量，逐漸縮小聽(tīng)測(cè)范圍，最后集中于一個(gè)最響點(diǎn)。
　　3) 對(duì)于極少數(shù)的（5%以下）金屬性接地或故障電阻極低（Rm＜10Ω）的電纜故障，由于故障點(diǎn)根本不放電或放電能量太小，不產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)波或機(jī)械振動(dòng)波極其微弱，也就無(wú)法聽(tīng)到信號(hào)，此時(shí)用聲測(cè)定點(diǎn)法以不能確定故障點(diǎn)，應(yīng)改用音頻感應(yīng)法精測(cè)定點(diǎn)。
　　如果是用通用的電力電纜故障檢測(cè)儀是很難查出燈光電纜的高阻接地的，檢測(cè)儀的工作原理是在電纜導(dǎo)線加一個(gè)電壓，碰到故障點(diǎn)會(huì)反射一個(gè)信號(hào)回來(lái)，在顯示屏上是一個(gè)尖脈沖，芯片通過(guò)處理這個(gè)波的波速波長(zhǎng)算出這個(gè)距離。問(wèn)題是，檢測(cè)儀碰到中間電纜接頭也會(huì)傳回一個(gè)尖脈沖，我們的燈光回路有多少中間接頭啊！無(wú)法辨認(rèn)故障脈沖，隔離變壓器在主電路上改變了電纜的容性也是造成測(cè)量不準(zhǔn)確的主要原因。實(shí)在要用儀器檢測(cè)最好調(diào)高試驗(yàn)電壓擊穿故障點(diǎn)，變成低阻接地故障，這樣好查，但對(duì)電纜損傷很大。
　　2、利用接地方法判斷燈光回路是否有一點(diǎn)接地故障
　　在燈光回路中一點(diǎn)接地的情況下，由于調(diào)光器輸出與大地不構(gòu)成回路，因此對(duì)燈光回路沒(méi)有影響，只是存在安全隱患。但是，如果一點(diǎn)接地排除不及時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)第二點(diǎn)或多點(diǎn)接地情況下，就會(huì)造成較多相連燈具同時(shí)不亮。特別是當(dāng)夜間突然發(fā)生回路故障，將會(huì)嚴(yán)重影響到飛行安全。
　　目前，大連電子研究所已研制出了絕緣電阻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及高壓切換柜。如將該設(shè)備接裝在燈光回路上，基本可以避免發(fā)生多點(diǎn)接地故障。
　　在做燈光回路阻值搖測(cè)時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)該燈光回路的阻值雖然很低，但未影響回路的正常運(yùn)行。造成這種情況的原因可能是由于電纜質(zhì)量問(wèn)題或電纜絕緣部分老化導(dǎo)致回路中有一點(diǎn)接地。
　　對(duì)回路阻值近似為零時(shí)如何確定是否有一點(diǎn)接地呢？我們的方法是將該燈光回路升壓變壓器的兩個(gè)輸出端分別接地后開(kāi)燈，記錄調(diào)光器的電壓值。如兩次的電壓值相同，可以確定該燈光回路沒(méi)有一點(diǎn)接地故障；如兩次的電壓值不同，就可以確定該燈光回路有一點(diǎn)接地故障。
　　3、電橋法
　　電橋法就是用雙臂電橋測(cè)出電纜芯線的直流電阻值，再準(zhǔn)確測(cè)量電纜實(shí)際長(zhǎng)度，按照電纜長(zhǎng)度與電阻的正比例關(guān)系，計(jì)算出故障點(diǎn)。該方法對(duì)于電纜芯線間直接短路或短路點(diǎn)接觸電阻小于1Ω的故障，判斷誤差一般不大于3m，對(duì)于故障點(diǎn)接觸電阻大于1Ω的故障，可采用加高電壓燒穿的方法使電阻降至1Ω以下，再按此方法測(cè)量。
　　圖三
　　圖四
　　測(cè)量電路如圖三所示，首先測(cè)出芯線a與b之間的電阻R1，則R1=2Rx+R，其中Rx為a相或b相至故障點(diǎn)的一相電阻值，R為短接點(diǎn)的接觸電阻。再就電纜的另一端測(cè)出a′與b′芯線間的直流電阻值R2，則R2=2R(L-X)+R,式中R(L-X)為a′相或b′相芯線至故障點(diǎn)的一相電阻值，測(cè)完R1與R2后，再按圖四所示電路將b′與c′短接，測(cè)出b、c兩相芯線間的直流電阻值，則該阻值的1/2為每相芯線的電阻值，用RL表示，RL=Rx+R(L-X)，由此可得出故障點(diǎn)的接觸電阻值：R=R1+R2-2RL，因此，故障點(diǎn)兩側(cè)芯線的電阻值可用下式表示：Rx=(R1-R)/2，R(L-X)=(R2-R)/2。Rx、R(L-X)、RL三個(gè)數(shù)值確定后，按比例公式即可求出故障點(diǎn)距電纜端頭的距離X或(L-X)：X=(RX/RL)L，(L-X)=(R(L-X)/RL)L，式中L為電纜的總長(zhǎng)度。
　　采用電橋法時(shí)應(yīng)保證測(cè)量精度，電橋連接線要盡量短，線徑要足夠大，與電纜芯線連接要采用壓接或焊接，計(jì)算過(guò)程中小數(shù)位數(shù)要全部保留。
　　4、利用接地方法診斷燈光回路開(kāi)路故障
　　日常工作中，經(jīng)常會(huì)遇到電纜挖斷，電纜頭燒斷等原因造成的燈光回路開(kāi)路故障。此類故障又多發(fā)生航班保障過(guò)程中，不能輕易關(guān)閉電源，給查找故障點(diǎn)造成一定的困難。
　　如何解決此類故障呢？我們是將升壓變壓器一個(gè)輸出端接地，將其設(shè)為A點(diǎn)，如C點(diǎn)為開(kāi)路點(diǎn)，可先在B點(diǎn)二次接地。如圖五所示：
　　圖五診斷燈光回路開(kāi)路故障燈光回路圖
　　沿BC方向做接地檢測(cè)，如調(diào)光器電壓值低，說(shuō)明該點(diǎn)至升壓變壓器段無(wú)開(kāi)路，恢復(fù)B點(diǎn)正常（拆除地線）。繼續(xù)查找，直到C點(diǎn)，開(kāi)啟該燈回路時(shí)，發(fā)生開(kāi)路報(bào)警,即就可確定該開(kāi)路地點(diǎn)。再采取相應(yīng)的修復(fù)方法,恢復(fù)燈光回路的正常運(yùn)行。
　　對(duì)于燈光回路故障另外一種判別方法就是應(yīng)用低壓脈沖法測(cè)量。通過(guò)用脈沖法測(cè)量電纜的相對(duì)長(zhǎng)度及脈沖反射波形來(lái)判斷電纜是否存在開(kāi)路故障，此時(shí)無(wú)需將電纜另一端短接。此方法對(duì)芯線及金屬屏蔽層都可非常有效地檢測(cè)。
　　5、利用接地方式診斷損壞隔離變壓器位置
　　燈光回路一般由燈具、電纜、隔離變壓器組成，以串聯(lián)接方式連接�；芈分械臒艟邆�(gè)數(shù)不等，有時(shí)有十幾個(gè)燈具，有時(shí)有幾十個(gè)燈具，甚至?xí)�有上百個(gè)燈具。與這些燈具相連的24V隔離變壓器由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或者自身質(zhì)量問(wèn)題，會(huì)使初級(jí)線圈對(duì)地放電，產(chǎn)生大于6.6A的電流。調(diào)光器有過(guò)流保護(hù)性能，每當(dāng)發(fā)生線圈放電、電流增大情況時(shí)，該燈光回路就會(huì)關(guān)閉，部分助航燈光熄滅，嚴(yán)重影響飛行安全。
　　此類故障表現(xiàn)出不確定性并且用搖測(cè)阻值方式測(cè)量阻值往往又正常。如何才能有效診斷隔離變壓器的故障呢？如圖所示：
　　圖六診斷損壞隔離變壓器燈光回路
　　我們首先將升壓變壓器輸出端做接地，然后沿BC方向分別做接地。在每次接地后，都打開(kāi)該回路燈并觀察電流、電壓表現(xiàn)。如調(diào)光器顯示電流值穩(wěn)定，電壓值低，說(shuō)明未接地輸出端——B點(diǎn)，無(wú)隔離變壓器放電。以此方法，查到C點(diǎn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)電流值不穩(wěn)定或E01表現(xiàn)，甚至關(guān)機(jī)現(xiàn)象，這樣即可確定發(fā)生故障的隔離變壓器。而后，更換相同型號(hào)隔離變壓器，即可排除隱患；如無(wú)相同隔離變壓器，可暫時(shí)用電纜連接。
　　還有其它方法可以直接或間接檢測(cè)出電纜線路的故障，這里不再一一贅述。
　　五、結(jié)束語(yǔ)
　　電纜故障測(cè)試技術(shù)水平的提高，應(yīng)針對(duì)不同的故障性質(zhì)采取不同的方法，還要不斷引進(jìn)新技術(shù)、新設(shè)備，同時(shí)也要在新設(shè)備上摸索經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)新的功能，直接找到故障點(diǎn)進(jìn)行處理，提高了故障測(cè)尋的效率。運(yùn)用上述方法確定助航燈光回路故障點(diǎn)的方法，是通過(guò)多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)理論總結(jié)出的。對(duì)燈光電纜故障點(diǎn)進(jìn)行分析，其主要目的還是怎樣快速地查找出故障點(diǎn)的位置，用科學(xué)的態(tài)度、發(fā)展的觀點(diǎn)和實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，應(yīng)該以行波反射理論為依據(jù)來(lái)全面分析燈光電纜故障，掌握相關(guān)的技術(shù)，從而確實(shí)的保障助航燈光安全可靠的運(yùn)行。
　　參考資料：
　　《電力電纜適用技術(shù)手冊(cè)》
　　國(guó)際民用航空組織，國(guó)際民用航空公約附件十四，2004
　　《農(nóng)村電氣化》

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自：http://www.jinnzone.com/dianlilw/4651.html