地鐵35k V環網電纜故障快速查找與排除

馬志超

中鐵八局集團電務工程有限公司 四川 成都611731

1 引言

在地鐵交通運行的供電系統中,35k V 環網電纜不僅使用廣泛,而且發揮著重要的作用。它的施工時伴隨著整個地鐵工程建設一起進行的。對于電纜施工而言,很多因素都會影響到電纜時日后運行中的穩定性和安全性。由于地鐵的施工環境比較特殊,因素也很多,如果施工過程中沒有嚴格按照施工條件或者是施工工藝進行,就容易造成電纜的連接存在接頭不穩定、老化等諸多問題。因此,快速查找故障點,并進行故障處理,以及持續改進對于地鐵的交通運行具有重要的意義。

235 KV高壓電纜的供電現狀分析

35k V高壓電纜的供電方式為:主變電所的35k V 出線開關由環網電纜向下級區域的變電站提供兩個獨立系統的電源,在車站變電所中同時將35k V電壓轉換成適合各區域的低電壓,這樣就可以向各接觸網進行供電。由于地鐵的用電安全性非常重要,為了保證供電的可靠性,在兩個主變電所之間還設置了聯絡電纜,電力行業中對于這種供電方式稱之為環網供電。這種供電方式最大的好處就是,如果遇到突發故障,當其中一個主變電所無法進行供電時,另外一個主變電所就會通過環網電纜將電源接通到地鐵的電力系統,從而保證了地鐵線路的正常運行。一般來說,一條電路運行大約有幾十公里,進行35k V電纜敷設時,會在整條線路的中間設置若干個中間接頭,這些接頭施工時由于現場的環境因素影響,施工工藝以及使用年限等各種因素,接頭會出現各種各樣的問題。對地鐵35k V環網電纜故障的各種因素進行統計發現,電纜的中間接頭問題占了半數以上。這些問題的存在,使得地鐵在運行時只能采用另外一個供電電源。如果另外一個電源也出現問題,將會造成不可逆轉的影響。因此,一旦35k V環網電纜出現故障,第一時間找到故障點,對于盡快恢復電力系統供電起著決定性的影響。

3 地鐵35 k V環網電纜故障快速查找方法

在地鐵的供電系統中根據電路的實際布置需要,安裝了很多電纜差動保護裝置,這些裝置可靠性強,動作靈敏,一般不會出現誤動作。因此,可根據電纜回路差動保護裝置跳閘的位置來判斷故障發生的區域段。

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。這種方式毫無疑問會耗費大量的人力物力。而且,為了保證地鐵運行的可靠性,需要在最短的時間找到故障點,并且,由于故障發生后現象不一,被電流擊穿后的電纜有的呈現高阻態,也有的呈現低阻態,這就對故障排查人員的技術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,這樣就導致漏排查了。另外,如果使用的是電纜故障儀進行排查,該儀器一般由于自身的測量誤差和現場測量干擾,以及操作手法等影響,也會影響查找故障點的精確度。這樣一來就耽誤了故障的及時處理。

隨著科學技術的不斷發展,通過采用高壓脈沖放電的方法來對故障點進行定位成了一種比較普遍的使用方法。事實也證明了該種測量方法能在較短時間內就找到故障點。比如在09年,南京地鐵一號線上某區域段出現了電纜跳閘的故障。通過高壓脈沖放電方法大約半小時就準確找到了故障點,大大縮短了電纜的搶修時間,從而將各種風險也降低到最小,確保可控。

使用高壓脈沖放電時,由于電纜支架在軌行區明敷,或者在電纜溝進行敷設,它產生的電壓經過芯線時只會對電纜的支架或者時屏蔽層進行放電,電流不會流入區間的巡道上,這就確保了巡道內的作業人員的人身安全。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表示試驗變壓器及控制箱,當電源的電壓經過試驗變壓器及控制箱B1時被調壓,再通過試驗變壓器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,整流后會對電容器C進行充電作用,當電容的電壓值被上升到一定值后就會造成放電間隙被擊穿,從而使得放電現象的產生。此時試驗電壓就會通過放電間隙對電纜進行放電。在電纜的故障點一般來說絕緣都是很低的,電纜被放電時會在故障點產生擊穿現象,會有聲音產生。因此,通過聽聲音,或者是查看電纜的外表有無擊穿現象,就能準確地找到電纜發生的故障位置。

該實驗裝置能極大提高故障點尋找的效率和準確性,對于地鐵故障搶修的時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,但是該試驗裝置結構以及元件的選擇和制作并不復雜,根據目前地鐵35k V環網電纜故障中使用的高壓脈沖放電測試實際用到的檢測設備,對高壓脈沖檢測的制作介紹如下:

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

其次,對限流電阻R進行選擇。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B1和B2的負荷,確保線路不會跳閘。同時也使得在放電間隙處一直產生間斷放電;

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

電力電容C:考慮到實際的應用,容量為2μf的就可以了。電壓等級為4萬伏特;

放電間隙:選用通用型的即可。電極的規格為直徑6x70 mm,材料為套絲銅質的螺標。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,也要注意以下事項:

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

第2,為了儀器工作時負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,可以進行適當的微小調節,但是調節的幅度要適度控制,太大或者太小都不合適。如果太小的話,放電的電壓值較低,在故障點處的放電聲音就會很小,很難被發現;而如果太大,雖然放電聲音增大了,容易被發現,但是放電的周期會延長很多,不利于故障排查的時間縮短。

4 地鐵35 k V環網電纜故障處理與改進措施

如果是電纜頭出現問題需要進行更換,會給實際的操作帶來較大的難度。因為電纜線在敷設時,一般都不會預先留下一定的長度。當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行連接。這樣就相當于需要兩組電纜的接頭,整個維護工作耗時較長。這種方法一般要到第二天才能恢復電纜的供電。通過對故障方法查找的改進,保障了后續維修時間。此外,對電纜頭的制作工序進行拆分。用于增加的電纜接線提前將外保護套和絕緣層等部位進行打磨。這些工作都要在地鐵運營結束前,在維修工地完成。當地鐵運營結束后,帶好這些維修材料,將故障點的電纜斷開,就可以在最短的時間內完成。

在實際維護過程中,根據遇到的情況,以及檢驗的不斷累積,對電纜故障的處理工作進行了適當的改進,具體的措施為:①分析故障回路的差動保護模塊的記錄,以確定故障回路的相別,并為了后續搶修時間的縮短,將該相的電纜終端接頭拔出;②為了準確判斷故障點,進行絕緣測量和故障點的測距。并且準備好高壓脈沖測試相關設備;③同步安排人員對接線電纜進行制作,電纜線的兩端用保鮮膜包住,防止受到灰塵等的污染;④等地鐵運行結束后,分別安排維護人員進行巡線和材料的搬運。要從距離故障點最近的車站接入故障區,以縮短整個搶修時間;⑤在進行高壓脈沖測試時,根據電纜的走向來觀察聲音。當電壓上升時,故障點與放電間隙的周期和聲音是一致的,而且頻率比較高,很容易被發現;⑥確認故障點后,對其進行切斷。要注意的是切斷的電纜長度不能大于新準備的電纜長度,否則會造成新電纜接入長度不夠。電纜切割后進行絕緣測試,確定故障點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行絕緣測試,確保整個線路的運行安全性。

5 結語

在實際各地地鐵的電纜敷設中,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體層,電纜頭的制作更要花費時間。因此,需要不斷改進故障的處理流程和效率,為地鐵的安全運行保駕護航。