羅曉輝

（西部機場集團有限公司機場建設(shè)指揮部）

0 引言

目視助航燈光是機場重要的助航設(shè)施之一，其中跑道（或滑行道）中線燈、邊燈、進(jìn)近燈等多數(shù)助航燈光回路的供電原理如圖1所示。交流電通過恒流調(diào)光柜升壓輸出恒定電流，電流通過機場助航燈光回路用埋地電纜（型號：DYJV-5KV-1×6簡稱“一次纜”）和串聯(lián)在回路中的多個隔離變壓器（簡稱“隔變”）組成供電回路，一次纜和隔變一次側(cè)采用單芯插頭插座連接器（簡稱“一次插拔頭”，俗稱公、母插頭）連接，隔變二次側(cè)通過專用的兩芯插頭和線路連接助航燈具。由于回路中隔變參數(shù)相同，串聯(lián)分壓原理使得每個隔變的一次側(cè)工作電壓基本相同，隔變二次輸出電壓、電流也相同；受天氣影響，航空器起降過程中的能見度不同，故調(diào)光柜根據(jù)目視助航需要分5個亮度等級輸出恒定電流在2.80～6.6A之間，隔變二次輸出相應(yīng)電流改變燈具亮度，以滿足飛行員著陸和起飛時的需要。上述供電原理實現(xiàn)了在同一亮度等級下，回路內(nèi)任一盞燈的亮度基本相同，不受長距離供電線路壓降的影響。串聯(lián)隔變實現(xiàn)了回路一二次測的隔離，其性能滿足次級開路和短路情況時繼續(xù)運行的要求，確保了光源燈絲開路、短路等故障情況下，不影響隔變一次側(cè)和整個助航燈光供電回路正常工作。

1 目視助航燈光一次回路故障類型及查找

圖1 助航燈光回路供電原理圖

目視助航燈光一次回路常見故障類型有：單點接地故障；開路故障；開路和接地混合故障；兩點及以上接地故障（簡稱“多點接地故障”）。其中，單點接地（按照相關(guān)運行規(guī)程，總長度大于5km時，絕緣電阻不得低于2MΩ）時，接地點無法形成電流通路，故助航燈光回路仍可正常工作，調(diào)光柜本身的絕緣監(jiān)測和報警功能會提醒工作人員故障存在，故障查找采用“二分法”逐步縮小范圍并找到接地點；在單點低阻接地情況下，如果接地電阻穩(wěn)定，也可在該回路人為制作一個可靠的接地點，通過開燈觀察接地的兩點之間的燈具不亮或亮度明顯變暗定位故障點。開路故障發(fā)生時，調(diào)光器保護動作并自動切換至備用調(diào)光柜，若開路故障依舊，備用調(diào)光柜保護動作跳閘，該助航燈光回路停止工作，此類故障影響大，但出現(xiàn)的頻次并不高，常見原因有外力破壞、電纜受損部位或一次接頭等處“打火”并逐步燒斷，有時也會因人為原因誤拔一次插拔頭造成開路，故障排除方法與單點接地故障排除方法類似，只不過要人為制作接地點來輔助判別。開路和接地混合型故障是上述故障的綜合，出現(xiàn)頻次不高，也不是本文討論的重點。兩點及以上接地（如圖1的a、b點）故障發(fā)生時，整個助航燈光供電回路仍能繼續(xù)工作，但故障區(qū)段的助航燈光可能不再正常亮起（兩點均為穩(wěn)定的低阻接地故障）或有明顯偏暗的變化，此類故障出現(xiàn)后，極易使助航燈光回路亮燈率（如跑道、滑行道中線燈一般為95%，且不允許有兩個相鄰燈具不亮）不滿足規(guī)范要求，該故障是本文討論的重點。

2 多點接地故障形成的原因

對于多點接地故障成因，筆者曾對國內(nèi)某干線機場助航燈光一次回路的絕緣情況進(jìn)行了一段時期的跟蹤，新投運的回路在投運的前1～2年內(nèi)，由一次插拔頭安裝質(zhì)量引起的多點絕緣降低故障基本呈多發(fā)狀態(tài)。通常集中于一次電纜和隔變連接的一次插拔頭處，多點接地故障因隔變和一次電纜引發(fā)的約占一成，插拔頭處的故障占到九成左右。后者是關(guān)鍵因素，通過統(tǒng)計和分析，形成此類故障的原因如下。

2.1 插拔頭處多點接地故障形成的內(nèi)因

插拔頭處的故障分為兩種。首先是安裝工藝及接地線的選用影響了電纜接頭的密封性。接頭的密封是通過熱收縮管，它是一種退熱后能均勻收縮的熱縮管，其材質(zhì)有交聯(lián)聚乙烯和硅橡膠兩大類，熱縮管是在外力作用下擴張成型后強制冷卻而成的，因此當(dāng)再次加熱到130℃左右時，又會力圖恢復(fù)到原尺寸，熱縮時將管材套于預(yù)定黏合部位，并在黏合部位兩端涂上熱熔膠，當(dāng)加到上述溫度后，熱縮管收縮熱熔同時熔化，待自然冷卻后形成良好的密封層，熱熔膠在此起填充和密封兩個作用。圖2中，b處就是密封管熱縮，安裝前為保障其黏粘的緊密性，一次電纜外護套表面清潔和打磨不到位，或熱縮工藝加熱不均勻等，接頭的密封性就差，燈箱內(nèi)的潮氣和水分容易進(jìn)入接頭內(nèi)部。在安裝過程中，連接管至兩側(cè)的絕緣層表面要涂抹硅脂，其有耐高壓、防水、防爬電、密封潤滑及防潮作用，對于新安裝的接頭，硅脂使用與否效果并不明顯，致使工人在安裝過程中經(jīng)常忽略硅脂的正確使用，不注意接頭安裝過程中的清潔，不按操作要求均勻涂抹硅脂等，使接頭后期運行的密封性大打折扣。此外，接頭安裝時需要將帶屏蔽的單芯一次電纜和插拔頭相連，電纜的屏蔽層通過裸銅（鍍鎳紫銅材質(zhì)）多股軟接地線引出，燈箱內(nèi)的潮氣或水也會通過接地線“辮子”間的微小空隙滲透進(jìn)入連接頭內(nèi)部，加工工藝粗糙的接地線，防水性差。上述因素引發(fā)的多點接地故障（圖2的b點）約占插拔頭接地故障的六成。

二是隔變與一次電纜回路固有的插、拔連接方式易形成接地點。當(dāng)接頭運行至一定年限，其接觸的緊密程度對密封性影響較大。這里有必要對一次電纜和隔變的連接進(jìn)行說明，如圖2所示，為了安裝拆卸方便，電纜和隔變通過一次插拔頭連接，公、母插拔頭接觸緊密性，實際上取決于材料和加工工藝的精密性，其決定了絕緣薄弱點是否易形成。運行發(fā)現(xiàn)，插拔頭材料隨運行年限增加彈性減弱、卡箍損壞或未擰緊，都容易使插拔接觸處密封性下降。

圖2 電纜與隔離變壓器連接示意圖

2.2 插拔頭處多點接地故障形成的外因

燈箱進(jìn)水或潮氣的長期持續(xù)存在是誘發(fā)插拔頭處多點接地故障的外因。當(dāng)燈箱中有大量水和潮氣時，熱縮接頭及連帶的插拔頭長期浸泡在水中，前述第二種情況的公母頭接觸面有空隙存在，從插拔頭插針到外部水汽間易形成泄露電流通路。實際運行中，維修人員查找到故障燈箱后，詳細(xì)檢查隔變、電纜終端接頭等均無明顯問題，只是插拔頭內(nèi)含有水分，通過多次“甩動”和擦拭插拔頭，或通過輕微烘烤，故障排除，特別是運行一定年限的插拔頭，此類現(xiàn)象比較普遍。

安裝時密封不好的接頭，中間壓接管和和接地線間易通過滲入的水分形成穩(wěn)定的泄露電流通路。

上述兩種情況下嚴(yán)重時，電流的熱效應(yīng)作用會使燈箱內(nèi)的積水發(fā)熱蒸騰，因為交聯(lián)聚乙烯電纜接頭密封常采用的是聚氨酯膠黏劑，其耐熱性較差，在高溫、高濕下易水解而降低粘結(jié)強度，發(fā)熱和密封膠黏粘性下降形成惡性循環(huán)，使熱縮管口出現(xiàn)圖3所示（運行不到兩年出現(xiàn)）的龜裂或開膠現(xiàn)象，加劇絕緣劣化，使回路的整體絕緣進(jìn)一步降低。

多點絕緣低故障在陰雨天易多發(fā)也間接證明，接頭的密封性是多點絕緣降低故障的主因，特別是正常情況下回路整體絕緣不高的線路，影響顯著。如下表所示，回路絕緣正常的滑行道中線燈1回路基本不受雨天影響，而標(biāo)記牌2回路在晴天和雨天的絕緣變化很大。

還有一種現(xiàn)象證明了水分和潮氣的“推波助瀾”作用，在由陰雨引發(fā)的助航燈光回路絕緣阻值整體降低問題的處理中，來不及處理時，維修人員將燈箱內(nèi)的隔變和插拔頭從有水的燈箱內(nèi)取出，晾曬一段時間，回路絕緣值很快就能提高許多。

造成燈箱內(nèi)多水和潮氣過多的原因，一是陰雨天排水不暢或受周圍土面區(qū)下陷等影響，當(dāng)燈箱整體性密封不好時，容易進(jìn)水；二是燈箱“身處”室外惡略環(huán)境，晝夜溫差大，隔變有工作和停用以及不同亮度等級情況下的發(fā)熱狀況，燈箱內(nèi)的溫差晝夜變化大，容易形成潮氣和冷凝水，日積月累使燈箱內(nèi)聚集大量水份。三是維修人員在“開箱”檢查的過程中，不能很好地堅持“每開一次”更換密封圈或緊固箱蓋螺栓不對稱、不到位等。

表 助航燈光回路絕緣（單位：MΩ）

圖3 熱縮管口龜裂及開膠圖

2.3 多點接地故障頻發(fā)的其他因素

回路多點接地故障多發(fā)，也有其他客觀因素，其主要是易發(fā)故障點的基數(shù)很大，以長度3000m，每15m有一盞燈的跑道中線燈回路為例，由于其重要性，采用兩回路隔燈供電的方式，所以單條回路隔變約100套，相應(yīng)的一次插拔頭達(dá)200個。每個插拔頭按上述分析對應(yīng)3個易發(fā)故障點，僅跑道中線燈單一回路就有600個易發(fā)點，以國內(nèi)某雙跑道機場的一條跑滑區(qū)域為例，助航燈光回路多達(dá)32條，隔變約2600套，插拔頭和故障易發(fā)點分別為5200個、15600個。僅2016年9月份機場燈光站處理的絕緣問題約60～70起。所以解決一次回路多點接地故障是設(shè)計人員、元器件廠家和各機場相關(guān)運行部門技術(shù)人員共同的目標(biāo)。

3 多點接地故障的預(yù)防

近年來嘗試進(jìn)行的改進(jìn)辦法主要有以下幾種，一是產(chǎn)品改良方面，從材料入手，插拔頭材料采用優(yōu)質(zhì)橡膠模壓（或熱性彈塑體）作為外部封套材料，配以密封硅脂，結(jié)合緊密、提高了防水性能，使其耐受酸堿侵蝕性增強。同時，對產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，如圖4所示，接地線由a現(xiàn)場安裝改為b工廠熱塑成型；熱縮管口處由以前 c內(nèi)部密封膠單一作用，改為d外部增加鎖緊抱箍的改進(jìn)措施；采用特制插頭/插座保護套，有效防止初次級接頭不受潮氣和灰塵侵蝕。

圖4 接地線技術(shù)改進(jìn)示意圖

二是針對熱縮管口龜裂問題，在安裝工藝方面進(jìn)行改進(jìn)。2014年在筆者曾負(fù)責(zé)的一項助航燈光改造工程中，在所有熱縮一次插拔頭的熱縮管外，增加了如圖5所示的100mm的二次密封管，使原來的管口龜裂問題得到延遲甚至是避免，運行3年來，多條助航燈光回路沒有發(fā)生一例因熱縮管龜裂而引發(fā)的多點接地故障。

圖5 熱縮管工藝改進(jìn)示意圖

三是提高安裝工人和維修人員的操作和技術(shù)水平，注意密封管熱縮之前一次電纜外護套通過打磨法，提高聚氨酯膠黏劑密封效果，接頭安裝時按要求清潔并使用硅脂，日常維護開啟燈箱后堅持更換密封墊圈、用正確的方法緊固燈箱蓋螺栓等。此外，對運行一定年限的插拔頭，在其對接處利用3M的J20#高壓自粘帶密封，提高插拔頭防水、防潮性能。

四是在積水治理方面改“堵”為“疏”，燈箱內(nèi)部一次電纜進(jìn)出口不再用環(huán)氧樹脂密封，使集聚的水可以及時從電纜出入口滲出（見圖6），此方法減少燈箱積水有效，對多點接地故障的降低作用尚需統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行比對。

五是從設(shè)計階段入手，將燈箱位置從土面區(qū)更改為混凝土道肩，避免了燈箱周圍下陷或排水不利情況下的積水入侵問題。此方案極大地提高了跑道和滑行道邊緣土面區(qū)的機械化割草效率及平整碾壓工作的便利性，避免了機械作業(yè)對燈箱的破壞。但也帶來燈箱內(nèi)一旦積水可能會向跑道基礎(chǔ)滲漏的潛在隱患，方案的優(yōu)缺點仍需要實際運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和比對。

圖6 電纜出入口設(shè)計改進(jìn)圖

4 結(jié)束語

針對目前大型樞紐機場航班起降時刻緊張，留給助航燈光運行人員進(jìn)行燈具常規(guī)維護檢查的時間越來越難以保障，單點接地故障由于得不到及時檢修處理極易形成多點接地故障，通過助航燈光供電回路多點接地故障分析，提出可以從插拔頭等附件選擇、接頭安裝工藝改進(jìn)、安裝工藝的嚴(yán)格執(zhí)行和維護過程中按章操作、以及燈箱安裝位置變化、一二次電纜在燈箱出入口的密封處理方式改變等入手，有效預(yù)防和減少助航燈光回路多點接地故障的發(fā)生，相關(guān)措施在2014年西安咸陽國際機場北跑道“瀝青蓋被”助航燈光工程中使用，保障了助航燈光系統(tǒng)的正常率，保障了飛行安全，驗證了這些方法和措施的有效性。

[1]夏新民. 電力電纜頭制作與故障測尋 [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[2]高揚，張軍營. 膠黏劑選用手冊 [M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

[3]戴禮晨. 淺議如何提高燈光跑道系統(tǒng)回路故障檢修效率[J]. 江蘇航空，2014（2）：23-24.