地鐵35k V環(huán)網(wǎng)電纜故障快速查找與排除

馬志超

中鐵八局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司 四川 成都611731

1 引言

在地鐵交通運(yùn)行的供電系統(tǒng)中,35k V 環(huán)網(wǎng)電纜不僅使用廣泛,而且發(fā)揮著重要的作用。它的施工時(shí)伴隨著整個(gè)地鐵工程建設(shè)一起進(jìn)行的。對于電纜施工而言,很多因素都會(huì)影響到電纜時(shí)日后運(yùn)行中的穩(wěn)定性和安全性。由于地鐵的施工環(huán)境比較特殊,因素也很多,如果施工過程中沒有嚴(yán)格按照施工條件或者是施工工藝進(jìn)行,就容易造成電纜的連接存在接頭不穩(wěn)定、老化等諸多問題。因此,快速查找故障點(diǎn),并進(jìn)行故障處理,以及持續(xù)改進(jìn)對于地鐵的交通運(yùn)行具有重要的意義。

235 KV高壓電纜的供電現(xiàn)狀分析

35k V高壓電纜的供電方式為:主變電所的35k V 出線開關(guān)由環(huán)網(wǎng)電纜向下級(jí)區(qū)域的變電站提供兩個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)的電源,在車站變電所中同時(shí)將35k V電壓轉(zhuǎn)換成適合各區(qū)域的低電壓,這樣就可以向各接觸網(wǎng)進(jìn)行供電。由于地鐵的用電安全性非常重要,為了保證供電的可靠性,在兩個(gè)主變電所之間還設(shè)置了聯(lián)絡(luò)電纜,電力行業(yè)中對于這種供電方式稱之為環(huán)網(wǎng)供電。這種供電方式最大的好處就是,如果遇到突發(fā)故障,當(dāng)其中一個(gè)主變電所無法進(jìn)行供電時(shí),另外一個(gè)主變電所就會(huì)通過環(huán)網(wǎng)電纜將電源接通到地鐵的電力系統(tǒng),從而保證了地鐵線路的正常運(yùn)行。一般來說,一條電路運(yùn)行大約有幾十公里,進(jìn)行35k V電纜敷設(shè)時(shí),會(huì)在整條線路的中間設(shè)置若干個(gè)中間接頭,這些接頭施工時(shí)由于現(xiàn)場的環(huán)境因素影響,施工工藝以及使用年限等各種因素,接頭會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問題。對地鐵35k V環(huán)網(wǎng)電纜故障的各種因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),電纜的中間接頭問題占了半數(shù)以上。這些問題的存在,使得地鐵在運(yùn)行時(shí)只能采用另外一個(gè)供電電源。如果另外一個(gè)電源也出現(xiàn)問題,將會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。因此,一旦35k V環(huán)網(wǎng)電纜出現(xiàn)故障,第一時(shí)間找到故障點(diǎn),對于盡快恢復(fù)電力系統(tǒng)供電起著決定性的影響。

3 地鐵35 k V環(huán)網(wǎng)電纜故障快速查找方法

在地鐵的供電系統(tǒng)中根據(jù)電路的實(shí)際布置需要,安裝了很多電纜差動(dòng)保護(hù)裝置,這些裝置可靠性強(qiáng),動(dòng)作靈敏,一般不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作。因此,可根據(jù)電纜回路差動(dòng)保護(hù)裝置跳閘的位置來判斷故障發(fā)生的區(qū)域段。

在較早之前,通過電纜故障儀來測距,以及利用人工各段線路巡查的方式找到故障點(diǎn)。這種方式毫無疑問會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力。而且,為了保證地鐵運(yùn)行的可靠性,需要在最短的時(shí)間找到故障點(diǎn),并且,由于故障發(fā)生后現(xiàn)象不一,被電流擊穿后的電纜有的呈現(xiàn)高阻態(tài),也有的呈現(xiàn)低阻態(tài),這就對故障排查人員的技術(shù)水平提出了較高的要求。如果水平欠缺的排查人員,就有可能存在無法判斷的情況,這樣就導(dǎo)致漏排查了。另外,如果使用的是電纜故障儀進(jìn)行排查,該儀器一般由于自身的測量誤差和現(xiàn)場測量干擾,以及操作手法等影響,也會(huì)影響查找故障點(diǎn)的精確度。這樣一來就耽誤了故障的及時(shí)處理。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,通過采用高壓脈沖放電的方法來對故障點(diǎn)進(jìn)行定位成了一種比較普遍的使用方法。事實(shí)也證明了該種測量方法能在較短時(shí)間內(nèi)就找到故障點(diǎn)。比如在09年,南京地鐵一號(hào)線上某區(qū)域段出現(xiàn)了電纜跳閘的故障。通過高壓脈沖放電方法大約半小時(shí)就準(zhǔn)確找到了故障點(diǎn),大大縮短了電纜的搶修時(shí)間,從而將各種風(fēng)險(xiǎn)也降低到最小,確保可控。

使用高壓脈沖放電時(shí),由于電纜支架在軌行區(qū)明敷,或者在電纜溝進(jìn)行敷設(shè),它產(chǎn)生的電壓經(jīng)過芯線時(shí)只會(huì)對電纜的支架或者時(shí)屏蔽層進(jìn)行放電,電流不會(huì)流入?yún)^(qū)間的巡道上,這就確保了巡道內(nèi)的作業(yè)人員的人身安全。它的基本原理以及操作步驟如下:

如下圖所示:

在圖中的B1和B2表示試驗(yàn)變壓器及控制箱,當(dāng)電源的電壓經(jīng)過試驗(yàn)變壓器及控制箱B1時(shí)被調(diào)壓,再通過試驗(yàn)變壓器B2后電壓得到上升,由于電阻的存在,起到了限流的目的,D表示硅堆,整流后會(huì)對電容器C進(jìn)行充電作用,當(dāng)電容的電壓值被上升到一定值后就會(huì)造成放電間隙被擊穿,從而使得放電現(xiàn)象的產(chǎn)生。此時(shí)試驗(yàn)電壓就會(huì)通過放電間隙對電纜進(jìn)行放電。在電纜的故障點(diǎn)一般來說絕緣都是很低的,電纜被放電時(shí)會(huì)在故障點(diǎn)產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象,會(huì)有聲音產(chǎn)生。因此,通過聽聲音,或者是查看電纜的外表有無擊穿現(xiàn)象,就能準(zhǔn)確地找到電纜發(fā)生的故障位置。

該實(shí)驗(yàn)裝置能極大提高故障點(diǎn)尋找的效率和準(zhǔn)確性,對于地鐵故障搶修的時(shí)間把握起到了非常重要的作用。雖然高壓脈沖放電裝置起到了很大的作用,但是該試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)以及元件的選擇和制作并不復(fù)雜,根據(jù)目前地鐵35k V環(huán)網(wǎng)電纜故障中使用的高壓脈沖放電測試實(shí)際用到的檢測設(shè)備,對高壓脈沖檢測的制作介紹如下:

首先,是對試驗(yàn)變壓器進(jìn)行選擇。一般來說選用額定電流為3～5k VA的小型油浸試驗(yàn)變壓器,最高能承受電壓值為50k V;

其次,對限流電阻R進(jìn)行選擇。電阻值為0.5 MΩ 的水電阻,也可以尋找一些才來哦進(jìn)行自制,方法也非常簡單。選取一根潮濕狀的樹枝或者是布條來代替水電阻。它主要起到的是限流的作用,有效分擔(dān)B1和B2的負(fù)荷,確保線路不會(huì)跳閘。同時(shí)也使得在放電間隙處一直產(chǎn)生間斷放電;

硅堆D的選擇。選取一根0.03 A的或者是幾根并聯(lián)使用。并聯(lián)的電流總和要保持0.03 A不變。反向耐壓視電力電纜的電壓根據(jù)等級(jí)來定。在上圖的原理圖中,試驗(yàn)變壓器B2自身附帶的;

電力電容C:考慮到實(shí)際的應(yīng)用,容量為2μf的就可以了。電壓等級(jí)為4萬伏特;

放電間隙:選用通用型的即可。電極的規(guī)格為直徑6x70 mm,材料為套絲銅質(zhì)的螺標(biāo)。在放電極的中間到接線的那端要套滿絲,這樣就可以很容易臺(tái)哦正接線和間隙之間的大小。

不過在使用脈沖放電儀器測量時(shí),也要注意以下事項(xiàng):

第1,按照正確的測量要求進(jìn)行接線,電纜的屏蔽層要可靠進(jìn)行接地連接。電阻和放電間隙為了避免導(dǎo)電,必須要放置在絕緣物體上,確保所有的操作正確時(shí)候才能進(jìn)行放電操作;

第2,為了儀器工作時(shí)負(fù)載不能超過其額定值,在電容上所施加的電壓值不能超過電容的耐壓值。如果放電間隙在3 mm 左右,可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈⑿≌{(diào)節(jié),但是調(diào)節(jié)的幅度要適度控制,太大或者太小都不合適。如果太小的話,放電的電壓值較低,在故障點(diǎn)處的放電聲音就會(huì)很小,很難被發(fā)現(xiàn);而如果太大,雖然放電聲音增大了,容易被發(fā)現(xiàn),但是放電的周期會(huì)延長很多,不利于故障排查的時(shí)間縮短。

4 地鐵35 k V環(huán)網(wǎng)電纜故障處理與改進(jìn)措施

如果是電纜頭出現(xiàn)問題需要進(jìn)行更換,會(huì)給實(shí)際的操作帶來較大的難度。因?yàn)殡娎|線在敷設(shè)時(shí),一般都不會(huì)預(yù)先留下一定的長度。當(dāng)電纜中間接頭短路被擊穿后,首先要將故障的部位切除,再使用一段新的電纜進(jìn)行連接。這樣就相當(dāng)于需要兩組電纜的接頭,整個(gè)維護(hù)工作耗時(shí)較長。這種方法一般要到第二天才能恢復(fù)電纜的供電。通過對故障方法查找的改進(jìn),保障了后續(xù)維修時(shí)間。此外,對電纜頭的制作工序進(jìn)行拆分。用于增加的電纜接線提前將外保護(hù)套和絕緣層等部位進(jìn)行打磨。這些工作都要在地鐵運(yùn)營結(jié)束前,在維修工地完成。當(dāng)?shù)罔F運(yùn)營結(jié)束后,帶好這些維修材料,將故障點(diǎn)的電纜斷開,就可以在最短的時(shí)間內(nèi)完成。

在實(shí)際維護(hù)過程中,根據(jù)遇到的情況,以及檢驗(yàn)的不斷累積,對電纜故障的處理工作進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),具體的措施為:①分析故障回路的差動(dòng)保護(hù)模塊的記錄,以確定故障回路的相別,并為了后續(xù)搶修時(shí)間的縮短,將該相的電纜終端接頭拔出;②為了準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn),進(jìn)行絕緣測量和故障點(diǎn)的測距。并且準(zhǔn)備好高壓脈沖測試相關(guān)設(shè)備;③同步安排人員對接線電纜進(jìn)行制作,電纜線的兩端用保鮮膜包住,防止受到灰塵等的污染;④等地鐵運(yùn)行結(jié)束后,分別安排維護(hù)人員進(jìn)行巡線和材料的搬運(yùn)。要從距離故障點(diǎn)最近的車站接入故障區(qū),以縮短整個(gè)搶修時(shí)間;⑤在進(jìn)行高壓脈沖測試時(shí),根據(jù)電纜的走向來觀察聲音。當(dāng)電壓上升時(shí),故障點(diǎn)與放電間隙的周期和聲音是一致的,而且頻率比較高,很容易被發(fā)現(xiàn);⑥確認(rèn)故障點(diǎn)后,對其進(jìn)行切斷。要注意的是切斷的電纜長度不能大于新準(zhǔn)備的電纜長度,否則會(huì)造成新電纜接入長度不夠。電纜切割后進(jìn)行絕緣測試,確定故障點(diǎn)是否有多處的可能性;⑦分兩組人員完成電纜線的連接,最終要對連接后的電纜線進(jìn)行絕緣測試,確保整個(gè)線路的運(yùn)行安全性。

5 結(jié)語

在實(shí)際各地地鐵的電纜敷設(shè)中,由于方式不一樣,電纜采用形式也多種多樣,如果使用的是不可剝離的半導(dǎo)體層,電纜頭的制作更要花費(fèi)時(shí)間。因此,需要不斷改進(jìn)故障的處理流程和效率,為地鐵的安全運(yùn)行保駕護(hù)航。