淺談軌道交通供電系統環網電纜孔洞封堵技術改造

馬靜 MA Jing

（蘭州市軌道交通有限公司運營分公司，蘭州 730000）

1 供電系統概述

蘭州市軌道交通1 號線一期工程全長26 公里，均為地下站，全線共設車站20 座，設車輛段和停車場各1 座。其中供電系統設主變電站2 座、牽引降壓混合變電所13座、降壓變電所9 座、跟隨式降壓變電所8 座。

1 號線供電系統采用集中供電的外部電源方式，綜合考慮1 號線一期工程里程及規劃線路預留，分別在西客站和東崗設置2 座主變電站，由來自不同外線的兩路電源分別接入兩個主變電站，經AC110kV/35kV 降壓后通過中壓環網分別向全線提供AC35kV/DC1500V 的牽引電源以及AC35kV/0.4kV 的動力照明電源。

2 供電系統環網構成

2.1 環網構成

1 號線供電系統通過AC35kV 電纜對各變電所之間進行環網連接，構成軌道交通供電系統中壓環網的供電網絡。中壓網絡將全線的牽引降壓混合變電所和降壓變電所分成若干個供電分區，各供電分區的變電所通過環網形式連接，并以雙回路饋線向各牽引降壓混合變電所、降壓變電所供電。中壓網絡作為軌道交通供電系統中承上啟下的中壓環節，環網設備容量和電纜截面均考慮最大高峰小時運行圖的負荷，同時滿足當環網中任一條電纜故障時能保證軌道交通正常運行的要求。

2.2 環網分區

蘭州市軌道交通1 號線一期工程綜合全線負荷分布及遠期線路延伸的需要，共設置5 個供電分區（見表1）。

表1 供電分區

其中西客站主變電站負責第一、二、三分區供電（見圖1），東崗主變電站負責第四、五分區供電（見圖2）。每個供電分區均從主變電站35kV 側兩段母線上分別引接一路電源，實現兩路不同的電源對車站變電所供電。在相鄰兩座主變電站供電范圍分界處的文化宮站設置環網分段開關，以便于事故時的支援供電。

圖1 西客站主變電站供電系統圖

圖2 東崗主變電站供電系統圖

2.2.1 正常運行方式

文化宮站環網分段開關打開，由兩座主變電站分別承擔各自供電分區范圍內的全部負荷，每座主變電站的兩路110kV 電源和兩臺主變壓器同時分列運行，向各自供電分區的車站變電所供電。

2.2.2 故障運行方式

當任意一座主變電站發生故障退出運行且35kV 母線無故障時，則改變運行方式，切除全線三級負荷，由另一座主變電站向全線一、二級負荷供電，即通過環網聯絡開關進行全線支援供電。當任意一座牽引降壓混合變電所或降壓變電所的35kV 進線電纜故障時，首先切除該故障回路，然后合上牽引降壓混合變電所或降壓變電所的35kV母聯斷路器，即通過車站母線聯絡開關進行本所支援供電。

2.3 環網電纜

①全線35kV 環網電纜每一回路均為品字形布置，安裝在電纜支架上。電纜均應按照相同的上下排列順序配置，35kV 回路的相互備用電纜應配置在不同層的支架上。②環網電纜敷設前，應檢查環網電纜通道是否順暢，并清除通道內的雜物，電纜外表面應無損傷，電纜的絕緣性能應良好。環網電纜敷設時，在一些重要的部位，如轉彎處、井口，應配有有敷設經驗的人員進行監護，避免電纜敷設出現差錯，并應防止電纜遭受鎧裝壓扁、電纜絞擰、護層折裂、絕緣破損等機械損傷。③安裝過程中電纜、支吊架與接觸網、管道等之間的距離應符合《軌道交通設計規范》（引用[1]）和《電力工程電纜設計標準》（引用[2]）的要求。在一期工程線路末端變電所預留環網供電條件，以便于線路延伸的需要。

2.4 封堵要求

①貫穿防火封堵材料應符合現行行業標準《防火封堵材料》（引用[4]）的要求，且應按工程設計情況增加材料對環境適應性的測試。②貫穿防火封堵組件的耐火極限不應低于被貫穿物的耐火極限，其耐火性能應按國家公共安全行業標準《防火封堵材料的性能要求和試驗方法》測試合格。③除了GA161 中要求測試的理化性能技術指標外，防火封堵材料還應按工程實際情況增加對環境適應性的測試，如膨脹性、伸縮性、化學兼容性、化學穩定性、防腐性能、使用溫度范圍和材料使用的適用性等。貫穿防火封堵的選擇應綜合考慮貫穿物類型和尺寸、貫穿孔口及其環形間隙大小、被貫穿物類型和特性，以及環境溫度、濕度條件等因素。④防火封堵材料不得含有鹵素，不得含有揮發性有機溶劑，不得產生有毒氣體，其中的成分也不得腐蝕電纜。防火封堵材料在其有效期內無剝落、開裂、變質、流油等現象；有效期內，防火封堵材料表面不得由于環境潮濕，發生生物霉變而腐蝕電纜。

3 環網電纜孔洞封堵缺陷事件

3.1 事件概述

2022 年某日，蘭州市軌道交通1 號線正常運營期間，A 列次車司機在B 車站停站完成乘客乘降作業后發車，在行駛出站約20m 處軌道左側發現較大異物，司機立即上報控制中心，控制中心組織后續車次C 列次車司機限速確認異物情況。C 列次車司機到達異物區段后下車確認異物情況，判斷不影響行車并上報控制中心，控制中心通知司機將該異物帶至司機室后繼續行車。此次事件影響C列次車終到晚點153 秒，事件發生后，相關部門立即趕往放置異物的地點進行事件分析。

3.2 事件調查

3.2.1 現場檢查

經專業人員查看，異物為邊長約800mm 左右、材質為石膏板，結合司機描述異物掉落的位置，初步判斷為區間某處孔洞的防火板。夜間停運后，專業人員至異物掉落地點的軌行區進行全面排查，在B 車站出站上行K31+800處發現變電所電纜夾層環網電纜入口孔洞的防火板破裂脫落，處理人員將軌行區地面殘留防火板碎片進行清理，同時將孔洞處殘余防火板松動部分進行拆除（引用[3]），確保不影響次日運營軌行區行車安全。

3.2.2 設計要求

蘭州市軌道交通1 號線一期工程設計施工圖要求供電系統35kV 環網電纜沿軌行區經電纜橋架進行敷設，至車站變電所軌行區電纜夾層處開設孔洞（1500mm*400mm），35kV 電纜通過夾層孔洞進戶及出戶（見圖3）。同時1 號線設計文件要求“環網電纜敷設完成后，應對所有與環網電纜敷設相關的孔洞進行防火封堵。環網電纜孔洞封堵應滿足3 小時防火要求，且應滿足《防火封堵材料》（引用[4]）”。因設計文件對環網電纜孔洞防火封堵的工藝要求未進行具體描述，施工單位現場施工時結合工程經驗采用膨脹螺栓將防火板四個角進行固定。

圖3 變電所電纜敷設圖

3.2.3 原因分析

對照《變電檢修規程》中35kV 區間電纜巡視規定（引用[5]）“電纜孔洞密封性應良好、嚴密，巡視周期為1 個月”，經調查此事件位置的區間電纜巡視表，最近一次巡視時間合規，巡視結果正常，判斷巡檢人員巡視時防火板還未出現松脫跡象。

經認真分析研判，事件原因一是電纜孔洞封堵使用的防火板材質為石膏板，硬度較低；二是固定防火板采用四個膨脹螺栓分別固定在四個角，而防火板其他位置未受到固定作用力；三是環網電纜作為電力一次電纜且對于支架及轉彎半徑等敷設要求較高，致使孔洞開設較大（引用[6]）（1500mm*400mm）；四是孔洞位于B 車站出站處的軌行區變電所電纜夾層，位置較低。綜合考慮以上因素，環網電纜入戶孔洞因封堵板材、固定方式的問題，使之在長期隧道活塞風的作用下出現松脫，加之孔洞位置較低及面積較大，又處于車站軌行區出站口處，受到的活塞風作用更加強烈，最終致使防火板破裂脫落造成軌行區異物事件。為規避再次發生同類事件，針對1 號線全線區間環網電纜入戶孔洞，開展防火封堵緊固嚴密的全面排查，并進行封堵工藝的技術改造。

4 環網電纜孔洞封堵技術改造

4.1 封堵材質

通過行業調研、規范閱覽以及實物比對，將對1 號線區間環網電纜入戶孔洞的封堵材料，由原來的石膏板更換為強度更高的纖維增強型硅酸鈣防火板。

4.2 固定方式

通過專業人員對多種固定方式的實際演示實驗，將對1 號線區間環網電纜入戶孔洞的固定方式，由原來的僅使用膨脹螺栓的固定方式更換為兩側長邊進行角鋼壓實同步防火板四角膨脹螺栓的固定方式。

4.3 現場實施

對全線軌行區電纜夾層孔洞數量、形狀、面積和既有封堵方式及狀態進行統計分析，計算出全線補充和更換所需防火板、膨脹螺栓、角鋼和防火泥的具體需求量并進行采購。對原有防火板和膨脹螺栓進行拆除，結合現場實際進行纖維增強型硅酸鈣防火板裁剪、開孔以及固定方式的確定，安裝方式采用帶孔角鋼包圍上下邊加M10*80 膨脹螺栓固定（見圖4）。防火板固定牢靠后，利用防火泥對電纜縫隙及開孔周圍進行封堵，確保孔洞封堵滿足規范要求。

圖4 環網電纜孔洞封堵圖

5 小結

城市軌道交通供電系統中壓環網是保障供電系統正常輸電的重要條件，通過全線軌行區敷設35kV 電纜在軌行區電纜夾層開設孔洞進出各變電所的方式將全線各個變電所連接起來，形成一個完整的中壓供電網絡。由于電纜夾層開設的孔洞均在軌行區，所以孔洞防火封堵，既要滿足防火規范的要求同時要滿足牢靠固定的要求，確保軌行區行車安全。通過以上運營線路實際發生的事件及制定的提升技術改造，將有力的確保軌行區孔洞封堵牢靠，以保障運營安全。