摘要：在助航燈光供電系統(tǒng)中，所有的電力設備都可能存在一些問題，諸如設計問題、安裝問題、質量問題、運行問題、管理問題等等。助航燈光回路電纜作為一種輸電的主要設備也毫不例外，會因種種原因出現(xiàn)的故障。本文論述了機場助航燈光回路中的故障，著重論述從故障檢測的角度出發(fā)來分析助航燈光電纜的故障性質，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。
　　關鍵詞：助航燈光回路、電纜、故障、接地點、電纜頭、阻值、電壓
　　一引言
　　隨著民航事業(yè)的發(fā)展，機場客流量不斷增大，跑道、滑行道使用時間愈來愈長，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)代民航運輸業(yè)中，助航燈光系統(tǒng)為機場的安全正常運營提供了至關重要的保障。助航燈光系統(tǒng)大體由低壓柜、調光器、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，長回路的電纜超過10Km。各回路負載的燈數(shù)不盡相同。助航燈光全部設備都分散在幾百萬平方米的飛行區(qū)內，幾千個位置，點多面廣�；芈方泳�性質是串聯(lián)供電，出現(xiàn)故障將影響整條回路。受外界影響大，冬季時溫度可達－30度，夏季時表面溫度接近40度。下雨時整條回路浸泡水中可達十幾個小時，環(huán)境極其惡劣。接插插件多在高電壓大電流狀態(tài)下工作容易產生過熱和絕緣破壞現(xiàn)象。下面就助航燈光電纜故障有關的一些問題做粗淺的論述。
　　二助航燈光電纜的結構及組成
　　由于電纜的種類繁多，如按電壓等級分類，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：油浸紙介質電纜、塑料電纜、橡皮電纜、充油或充氣電纜等，其結構組成也各不相同。而機場助航燈光電纜是根據(jù)我國民航事業(yè)的發(fā)展和民航機場建設水平的提高而研制開發(fā)的高新技術產品。它是應用工業(yè)電子加速器所產生的電子射線對高分子材料進行改性而獲得的高機械強度、耐老化性能和優(yōu)良的電性能作為該產品的絕緣材料，實現(xiàn)了產品的耐電壓等級高、機械強度滿足機場苛刻條件；使用壽命長達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)機場助航燈光電纜，其主要由五部分組成：導體芯線、絕緣層、半導電層、金屬屏蔽層、外護套層。因此，五部分中的那一部分出現(xiàn)問題都可以認為是該電纜有故障。不光是電纜，其它如隔離變壓器質量，電纜施工中人為機械損壞，電纜頭制作工藝以及在以后的使用過程中化學腐蝕等原因，可能會出現(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。導致絕緣降低的因素很多，根據(jù)經驗，歸納起來不外乎以下幾種情況。
　　1）電纜生產質量問題
　　在我國，常用的中低壓電纜其生產技術是非常成熟的，因此電纜的產品質量問題主要是生產管理和市場管理問題。如運行的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)，甚至嚴重到了有一段電纜沒有銅屏蔽層；有的出現(xiàn)一些生產的XLPE成品電纜沒有半導電層，導體芯線易扭斷等難已想象的質量問題。
　　2）電纜施工質量問題
　　電纜在安裝及敷設施工過程中，沒有嚴格按照有關電纜的安裝要求施工，如電纜的扭曲，打折等。
　　3）外力損傷
　　由近幾年的機場運行分析來看，相當多的電纜故障都是由于機械損傷引起的。比如：電纜敷設安裝時不規(guī)范施工，容易造成機械損傷；在直埋電纜上搞土建施工也極易將運行中的電纜損傷等。有時破壞嚴重的可能發(fā)生短路故障，直接影響燈光設備及航空器運行安全。
　　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，會使接頭進水或混入水蒸氣，時間久了，在電場作用下形成水樹枝，逐漸損害電纜的絕緣強度而造成故障。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，使整個燈光回路絕緣降低。
　　5）化學腐蝕
　　電纜直接埋在有酸堿作用的地區(qū)，往往會造成電纜的鎧裝、鉛皮或外護層被腐蝕，保護層因長期遭受化學腐蝕或電解腐蝕，致使保護層失效，絕緣降低，也會導致電纜故障。
　　6）長期超負荷運行
　　由于電流的熱效應，負載電流通過電纜時必然導致導體發(fā)熱，同時電荷的集膚效應以及鋼鎧的渦流損耗、絕緣介質損耗也會產生附加熱量，從而使電纜溫度升高。長期超負荷運行時，過高的溫度會加速絕緣的老化，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)，由人員直接過失(施工不良)引發(fā)的電纜接頭故障時常發(fā)生。施工人員在制作電纜接頭過程中，如果有接頭壓接不緊、加熱不充分、外部施工自然條件、施工人員技術水平或粗心大意等原因，都會導致電纜頭絕緣降低，從而引發(fā)事故。從以往的施工經驗來看，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)境和熱源也會造成電纜溫度過高、絕緣擊穿，甚至爆炸起火。
　　9）電纜本體的正常老化或自然災害等其他原因。
　　圖一燈光回路系統(tǒng)圖
　　因為電纜是串聯(lián)回路（如圖一），如果有一個點對地絕緣電阻低就會導致整個回路低，所以一般電纜絕緣電阻下降的回路都是因為老化，整條電纜到處都有造成絕緣電阻低的點。只要不把所有上述的點都消除掉，仍然不能完全解決問題。
　　這些問題中關鍵在電纜頭的制作工藝。不同的人做出來的絕緣可能相差很遠，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線孔的。國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，維護極其不便，進水，水汽是家常便飯了！國外基本上使用的是鋼板焊接或高強度塑料（或玻璃鋼）燈箱。
　　四、判斷燈光回路故障方法
　　1、電纜故障檢測儀
　　聲測定點法查找燈光電纜故障點的技巧，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法粗測距離時接線，圖中的對應參數(shù)相同。
　　圖二聲測定點法基本原理圖
　　基本原理：
　　如上圖所示，聲測定點法是利用直流高壓設備，向電容器充電、儲能，當電容器電壓達到球間隙擊穿值時，電容器通過球間隙放電，向被測電纜的故障線芯施加沖擊電壓，當故障點擊穿時，電容器中儲蓄的電能將通過等效故障間隙Ja或故障電阻R1放電。于此同時，將產生機械振動波和電磁波，然后利用拾音器，在粗測的故障距離附近，沿電纜進行聽測，地面上振動最大、聲音最響處，即為故障點的實際位置。聲測定點法簡便、易行，準確性好，其絕對誤差不大于±0.4m。
　　1) 有時因為環(huán)境干擾大，土質或電纜具體損壞不同等因素，故障點閃絡放電傳給探頭的機械振動波很弱（塑料電纜易發(fā)生這種情況），定點比較困難，這時可以利用電纜故障點閃絡放電時即發(fā)射電磁波又有機械振動波這一現(xiàn)象，使用兩臺定點儀在同一時刻，都接收到“啪！啪！”的聲響信號時，說明該音響信號確為故障點發(fā)出的放電信號（電磁波和機械振動波），在找出最響點，即可定出準確的故障點。
　　2) 尋找最響點的方法是：在定點過程中，如果聽到有規(guī)律的“啪！啪！”的機械振動聲（放電聲）以后，故障點就在離此不遠的地方，此時應沿電纜走向，前后移動定點儀進行比較測量，同時減小定點儀的輸出音量，逐漸縮小聽測范圍，最后集中于一個最響點。
　　3) 對于極少數(shù)的（5%以下）金屬性接地或故障電阻極低（Rm＜10Ω）的電纜故障，由于故障點根本不放電或放電能量太小，不產生機械振動波或機械振動波極其微弱，也就無法聽到信號，此時用聲測定點法以不能確定故障點，應改用音頻感應法精測定點。
　　如果是用通用的電力電纜故障檢測儀是很難查出燈光電纜的高阻接地的，檢測儀的工作原理是在電纜導線加一個電壓，碰到故障點會反射一個信號回來，在顯示屏上是一個尖脈沖，芯片通過處理這個波的波速波長算出這個距離。問題是，檢測儀碰到中間電纜接頭也會傳回一個尖脈沖，我們的燈光回路有多少中間接頭��！無法辨認故障脈沖，隔離變壓器在主電路上改變了電纜的容性也是造成測量不準確的主要原因。實在要用儀器檢測最好調高試驗電壓擊穿故障點，變成低阻接地故障，這樣好查，但對電纜損傷很大。
　　2、利用接地方法判斷燈光回路是否有一點接地故障
　　在燈光回路中一點接地的情況下，由于調光器輸出與大地不構成回路，因此對燈光回路沒有影響，只是存在安全隱患。但是，如果一點接地排除不及時，當出現(xiàn)第二點或多點接地情況下，就會造成較多相連燈具同時不亮。特別是當夜間突然發(fā)生回路故障，將會嚴重影響到飛行安全。
　　目前，大連電子研究所已研制出了絕緣電阻監(jiān)測系統(tǒng)及高壓切換柜。如將該設備接裝在燈光回路上，基本可以避免發(fā)生多點接地故障。
　　在做燈光回路阻值搖測時，經常會發(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行。造成這種情況的原因可能是由于電纜質量問題或電纜絕緣部分老化導致回路中有一點接地。
　　對回路阻值近似為零時如何確定是否有一點接地呢？我們的方法是將該燈光回路升壓變壓器的兩個輸出端分別接地后開燈，記錄調光器的電壓值。如兩次的電壓值相同，可以確定該燈光回路沒有一點接地故障；如兩次的電壓值不同，就可以確定該燈光回路有一點接地故障。
　　3、電橋法
　　電橋法就是用雙臂電橋測出電纜芯線的直流電阻值，再準確測量電纜實際長度，按照電纜長度與電阻的正比例關系，計算出故障點。該方法對于電纜芯線間直接短路或短路點接觸電阻小于1Ω的故障，判斷誤差一般不大于3m，對于故障點接觸電阻大于1Ω的故障，可采用加高電壓燒穿的方法使電阻降至1Ω以下，再按此方法測量。
　　圖三
　　圖四
　　測量電路如圖三所示，首先測出芯線a與b之間的電阻R1，則R1=2Rx+R，其中Rx為a相或b相至故障點的一相電阻值，R為短接點的接觸電阻。再就電纜的另一端測出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′相芯線至故障點的一相電阻值，測完R1與R2后，再按圖四所示電路將b′與c′短接，測出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)，由此可得出故障點的接觸電阻值：R=R1+R2-2RL，因此，故障點兩側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三個數(shù)值確定后，按比例公式即可求出故障點距電纜端頭的距離X或(L-X)：X=(RX/RL)L，(L-X)=(R(L-X)/RL)L，式中L為電纜的總長度。
　　采用電橋法時應保證測量精度，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，計算過程中小數(shù)位數(shù)要全部保留。
　　4、利用接地方法診斷燈光回路開路故障
　　日常工作中，經常會遇到電纜挖斷，電纜頭燒斷等原因造成的燈光回路開路故障。此類故障又多發(fā)生航班保障過程中，不能輕易關閉電源，給查找故障點造成一定的困難。
　　如何解決此類故障呢？我們是將升壓變壓器一個輸出端接地，將其設為A點，如C點為開路點，可先在B點二次接地。如圖五所示：
　　圖五診斷燈光回路開路故障燈光回路圖
　　沿BC方向做接地檢測，如調光器電壓值低，說明該點至升壓變壓器段無開路，恢復B點正常（拆除地線）。繼續(xù)查找，直到C點，開啟該燈回路時，發(fā)生開路報警,即就可確定該開路地點。再采取相應的修復方法,恢復燈光回路的正常運行。
　　對于燈光回路故障另外一種判別方法就是應用低壓脈沖法測量。通過用脈沖法測量電纜的相對長度及脈沖反射波形來判斷電纜是否存在開路故障，此時無需將電纜另一端短接。此方法對芯線及金屬屏蔽層都可非常有效地檢測。
　　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�數(shù)不等，有時有十幾個燈具，有時有幾十個燈具，甚至會有上百個燈具。與這些燈具相連的24V隔離變壓器由于長時間運行或者自身質量問題，會使初級線圈對地放電，產生大于6.6A的電流。調光器有過流保護性能，每當發(fā)生線圈放電、電流增大情況時，該燈光回路就會關閉，部分助航燈光熄滅，嚴重影響飛行安全。
　　此類故障表現(xiàn)出不確定性并且用搖測阻值方式測量阻值往往又正常。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，都打開該回路燈并觀察電流、電壓表現(xiàn)。如調光器顯示電流值穩(wěn)定，電壓值低，說明未接地輸出端——B點，無隔離變壓器放電。以此方法，查到C點時會出現(xiàn)電流值不穩(wěn)定或E01表現(xiàn)，甚至關機現(xiàn)象，這樣即可確定發(fā)生故障的隔離變壓器。而后，更換相同型號隔離變壓器，即可排除隱患；如無相同隔離變壓器，可暫時用電纜連接。
　　還有其它方法可以直接或間接檢測出電纜線路的故障，這里不再一一贅述。
　　五、結束語
　　電纜故障測試技術水平的提高，應針對不同的故障性質采取不同的方法，還要不斷引進新技術、新設備，同時也要在新設備上摸索經驗，開發(fā)新的功能，直接找到故障點進行處理，提高了故障測尋的效率。運用上述方法確定助航燈光回路故障點的方法，是通過多年實踐經驗，結合相關理論總結出的。對燈光電纜故障點進行分析，其主要目的還是怎樣快速地查找出故障點的位置，用科學的態(tài)度、發(fā)展的觀點和實際應用出發(fā)，應該以行波反射理論為依據(jù)來全面分析燈光電纜故障，掌握相關的技術，從而確實的保障助航燈光安全可靠的運行。
　　參考資料：
　　《電力電纜適用技術手冊》
　　國際民用航空組織，國際民用航空公約附件十四，2004
　　《農村電氣化》

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