淺談軌道交通供電系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)電纜孔洞封堵技術(shù)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(tǒng)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(shè)車站20 座，設(shè)車輛段和停車場各1 座。其中供電系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)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(guī)劃線路預(yù)留，分別在西客站和東崗設(shè)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(jīng)AC110kV/35kV 降壓后通過中壓環(huán)網(wǎng)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(tǒng)環(huán)網(wǎng)構(gòu)成

2.1 環(huán)網(wǎng)構(gòu)成

1 號線供電系統(tǒng)通過AC35kV 電纜對各變電所之間進(jìn)行環(huán)網(wǎng)連接，構(gòu)成軌道交通供電系統(tǒng)中壓環(huán)網(wǎng)的供電網(wǎng)絡(luò)。中壓網(wǎng)絡(luò)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(qū)，各供電分區(qū)的變電所通過環(huán)網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)作為軌道交通供電系統(tǒng)中承上啟下的中壓環(huán)節(jié)，環(huán)網(wǎng)設(shè)備容量和電纜截面均考慮最大高峰小時運行圖的負(fù)荷，同時滿足當(dāng)環(huán)網(wǎng)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(huán)網(wǎng)分區(qū)

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

表1 供電分區(qū)

其中西客站主變電站負(fù)責(zé)第一、二、三分區(qū)供電（見圖1），東崗主變電站負(fù)責(zé)第四、五分區(qū)供電（見圖2）。每個供電分區(qū)均從主變電站35kV 側(cè)兩段母線上分別引接一路電源，實現(xiàn)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(shè)置環(huán)網(wǎng)分段開關(guān)，以便于事故時的支援供電。

圖1 西客站主變電站供電系統(tǒng)圖

圖2 東崗主變電站供電系統(tǒng)圖

2.2.1 正常運行方式

文化宮站環(huán)網(wǎng)分段開關(guān)打開，由兩座主變電站分別承擔(dān)各自供電分區(qū)范圍內(nèi)的全部負(fù)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(qū)的車站變電所供電。

2.2.2 故障運行方式

當(dāng)任意一座主變電站發(fā)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(fù)荷，由另一座主變電站向全線一、二級負(fù)荷供電，即通過環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行全線支援供電。當(dāng)任意一座牽引降壓混合變電所或降壓變電所的35kV 進(jìn)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(lián)斷路器，即通過車站母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行本所支援供電。

2.3 環(huán)網(wǎng)電纜

①全線35kV 環(huán)網(wǎng)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(yīng)按照相同的上下排列順序配置，35kV 回路的相互備用電纜應(yīng)配置在不同層的支架上。②環(huán)網(wǎng)電纜敷設(shè)前，應(yīng)檢查環(huán)網(wǎng)電纜通道是否順暢，并清除通道內(nèi)的雜物，電纜外表面應(yīng)無損傷，電纜的絕緣性能應(yīng)良好。環(huán)網(wǎng)電纜敷設(shè)時，在一些重要的部位，如轉(zhuǎn)彎處、井口，應(yīng)配有有敷設(shè)經(jīng)驗的人員進(jìn)行監(jiān)護(hù)，避免電纜敷設(shè)出現(xiàn)差錯，并應(yīng)防止電纜遭受鎧裝壓扁、電纜絞擰、護(hù)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(wǎng)、管道等之間的距離應(yīng)符合《軌道交通設(shè)計規(guī)范》（引用[1]）和《電力工程電纜設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（引用[2]）的要求。在一期工程線路末端變電所預(yù)留環(huán)網(wǎng)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(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《防火封堵材料》（引用[4]）的要求，且應(yīng)按工程設(shè)計情況增加材料對環(huán)境適應(yīng)性的測試。②貫穿防火封堵組件的耐火極限不應(yīng)低于被貫穿物的耐火極限，其耐火性能應(yīng)按國家公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《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(shù)指標(biāo)外，防火封堵材料還應(yīng)按工程實際情況增加對環(huán)境適應(yīng)性的測試，如膨脹性、伸縮性、化學(xué)兼容性、化學(xué)穩(wěn)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(yīng)綜合考慮貫穿物類型和尺寸、貫穿孔口及其環(huán)形間隙大小、被貫穿物類型和特性，以及環(huán)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(fā)性有機溶劑，不得產(chǎn)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(nèi)無剝落、開裂、變質(zhì)、流油等現(xiàn)象；有效期內(nèi)，防火封堵材料表面不得由于環(huán)境潮濕，發(fā)生生物霉變而腐蝕電纜。

3 環(huán)網(wǎng)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(yè)后發(fā)車，在行駛出站約20m 處軌道左側(cè)發(fā)現(xiàn)較大異物，司機立即上報控制中心，控制中心組織后續(xù)車次C 列次車司機限速確認(rèn)異物情況。C 列次車司機到達(dá)異物區(qū)段后下車確認(rèn)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(xù)行車。此次事件影響C列次車終到晚點153 秒，事件發(fā)生后，相關(guān)部門立即趕往放置異物的地點進(jìn)行事件分析。

3.2 事件調(diào)查

3.2.1 現(xiàn)場檢查

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

3.2.2 設(shè)計要求

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

圖3 變電所電纜敷設(shè)圖

3.2.3 原因分析

對照《變電檢修規(guī)程》中35kV 區(qū)間電纜巡視規(guī)定（引用[5]）“電纜孔洞密封性應(yīng)良好、嚴(yán)密，巡視周期為1 個月”，經(jīng)調(diào)查此事件位置的區(qū)間電纜巡視表，最近一次巡視時間合規(guī)，巡視結(jié)果正常，判斷巡檢人員巡視時防火板還未出現(xiàn)松脫跡象。

經(jīng)認(rèn)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(zhì)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(huán)網(wǎng)電纜作為電力一次電纜且對于支架及轉(zhuǎn)彎半徑等敷設(shè)要求較高，致使孔洞開設(shè)較大（引用[6]）（1500mm*400mm）；四是孔洞位于B 車站出站處的軌行區(qū)變電所電纜夾層，位置較低。綜合考慮以上因素，環(huán)網(wǎng)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(fēng)的作用下出現(xiàn)松脫，加之孔洞位置較低及面積較大，又處于車站軌行區(qū)出站口處，受到的活塞風(fēng)作用更加強烈，最終致使防火板破裂脫落造成軌行區(qū)異物事件。為規(guī)避再次發(fā)生同類事件，針對1 號線全線區(qū)間環(huán)網(wǎng)電纜入戶孔洞，開展防火封堵緊固嚴(yán)密的全面排查，并進(jìn)行封堵工藝的技術(shù)改造。

4 環(huán)網(wǎng)電纜孔洞封堵技術(shù)改造

4.1 封堵材質(zhì)

通過行業(yè)調(diào)研、規(guī)范閱覽以及實物比對，將對1 號線區(qū)間環(huán)網(wǎng)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(yè)人員對多種固定方式的實際演示實驗，將對1 號線區(qū)間環(huán)網(wǎng)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(cè)長邊進(jìn)行角鋼壓實同步防火板四角膨脹螺栓的固定方式。

4.3 現(xiàn)場實施

對全線軌行區(qū)電纜夾層孔洞數(shù)量、形狀、面積和既有封堵方式及狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)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(jìn)行采購。對原有防火板和膨脹螺栓進(jìn)行拆除，結(jié)合現(xiàn)場實際進(jìn)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(jìn)行封堵，確保孔洞封堵滿足規(guī)范要求。

圖4 環(huán)網(wǎng)電纜孔洞封堵圖

5 小結(jié)

城市軌道交通供電系統(tǒng)中壓環(huán)網(wǎng)是保障供電系統(tǒng)正常輸電的重要條件，通過全線軌行區(qū)敷設(shè)35kV 電纜在軌行區(qū)電纜夾層開設(shè)孔洞進(jìn)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(wǎng)絡(luò)。由于電纜夾層開設(shè)的孔洞均在軌行區(qū)，所以孔洞防火封堵，既要滿足防火規(guī)范的要求同時要滿足牢靠固定的要求，確保軌行區(qū)行車安全。通過以上運營線路實際發(fā)生的事件及制定的提升技術(shù)改造，將有力的確保軌行區(qū)孔洞封堵牢靠，以保障運營安全。