客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)27.5 kV電纜故障原因分析及改進(jìn)措施

鐘永發(fā)

客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)27.5 kV電纜故障原因分析及改進(jìn)措施

鐘永發(fā)

針對(duì)近年來(lái)鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障頻發(fā)，影響牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行安全問(wèn)題，從分析故障原因入手，有針對(duì)性地提出27.5 kV供電線(xiàn)電纜在施工質(zhì)量控制和運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理方面的改進(jìn)措施，并通過(guò)合福高鐵閩贛段開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)的應(yīng)用實(shí)踐證明這些措施效果較好。

客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)；27.5 kV電纜；改進(jìn)措施

0 引言

近年來(lái)，隨著鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)的大規(guī)模建設(shè)和發(fā)展，在牽引變電所、AT所、分區(qū)所和開(kāi)閉所的27.5 kV饋出供電線(xiàn)中大量采用高壓電纜，在實(shí)際應(yīng)用中，由于施工和運(yùn)營(yíng)管理不到位，27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障頻繁發(fā)生，致使接觸網(wǎng)供電中斷，給鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)運(yùn)輸安全造成較大的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，南昌鐵路局福州供電段管內(nèi)，自2009年6月杭深客專(zhuān)開(kāi)通運(yùn)營(yíng)以來(lái)，共發(fā)生27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障18件，嚴(yán)重干擾鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)正常運(yùn)輸秩序。因此，有必要對(duì)鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障原因進(jìn)行深入分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，以提高牽引供電系統(tǒng)27.5 kV供電線(xiàn)電纜運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，確保鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)安全。

1 故障情況

針對(duì)近年來(lái)南昌鐵路局福州供電段管內(nèi)發(fā)生的18件27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障，按照故障類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表1。

從表1可以看出，27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障主要是電纜頭故障，所占比例達(dá)83.3%。

表1 27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障類(lèi)型統(tǒng)計(jì)表

2 原因分析

根據(jù)電纜故障類(lèi)型，對(duì)故障原因進(jìn)行深入分析和查找，27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障主要由以下原因引起。

在鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建設(shè)初期，由于工程建設(shè)管理不到位，在27.5 kV供電線(xiàn)電纜施工中存在采用電力系統(tǒng)35 kV電壓等級(jí)的高壓電纜代替電氣化鐵路專(zhuān)用的27.5 kV高壓電纜的現(xiàn)象。35 kV高壓電纜對(duì)地相電壓僅為20.2 kV，低于牽引供電系統(tǒng)27.5 kV電壓等級(jí)，造成實(shí)際運(yùn)行中電纜發(fā)生擊穿故障。

此外，對(duì)27.5 kV供電線(xiàn)電纜及其附件的采購(gòu)工作不夠重視，在招標(biāo)采購(gòu)中，對(duì)電纜生產(chǎn)企業(yè)的資質(zhì)要求和技術(shù)條件審核把關(guān)不嚴(yán)，致使一些價(jià)格低廉、生產(chǎn)能力較弱、質(zhì)量信譽(yù)較差的產(chǎn)品廠(chǎng)商中標(biāo)供貨。對(duì)電纜的出廠(chǎng)檢驗(yàn)和進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量驗(yàn)收卡控不到位，一些質(zhì)量不良的電纜產(chǎn)品被進(jìn)場(chǎng)使用，也是造成27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障的原因之一。

2.2 電纜敷設(shè)不規(guī)范

施工中，電纜沒(méi)有采用電纜溝敷設(shè)，而是采用直埋敷設(shè)，對(duì)直埋電纜沒(méi)有采取穿管或鋪沙蓋磚等防護(hù)措施，有的直埋電纜埋設(shè)深度不滿(mǎn)足要求，電纜敷設(shè)路徑未按要求埋設(shè)標(biāo)樁和警告標(biāo)識(shí)，造成電纜容易遭受外力損傷和挖斷問(wèn)題。在電纜放纜施工時(shí)，沒(méi)有采取措施對(duì)電纜外皮進(jìn)行有效保護(hù)，施工中拖拽電纜造成電纜外皮損傷嚴(yán)重，導(dǎo)致電纜鎧裝層多點(diǎn)接地引發(fā)故障。敷設(shè)的電纜彎曲半徑不滿(mǎn)足要求，造成電纜過(guò)度彎曲損壞電纜。供電線(xiàn)上下行電纜和不同回路電纜未分溝敷設(shè)或進(jìn)行物理隔離，不同回路的電纜相互交叉重疊，造成一回電纜故障時(shí)，影響其他回路電纜正常運(yùn)行，擴(kuò)大故障范圍。電纜穿越公路、鐵路等建筑物時(shí)，未采用高強(qiáng)度PVC管防護(hù)，容易造成車(chē)輛碾壓損壞。電纜敷設(shè)時(shí)未按規(guī)范要求預(yù)留電纜余長(zhǎng)，造成電纜故障搶修時(shí)因余長(zhǎng)不足影響搶修。電纜保護(hù)管外徑不滿(mǎn)足要求，造成電纜散熱效果差，引起老化和燒損問(wèn)題。電纜敷設(shè)時(shí)未按要求敷設(shè)備用電纜，敷設(shè)的電纜兩端未作標(biāo)識(shí)，造成電纜故障時(shí)，影響故障查找和恢復(fù)。

2.3 電纜頭制作不重視

由于鋼三折線(xiàn)模型能更好地模擬管子進(jìn)入極限狀態(tài)前的塑性變形，故該項(xiàng)研究選取鋼三折線(xiàn)模型。鋼三折線(xiàn)模型是將管材的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)分為彈性階段、彈塑性階段和塑性階段，如圖1所示。ε1和σ1分別代表彈塑性變形起點(diǎn)處的應(yīng)變和應(yīng)力，ε2和σ2則是彈塑性和塑性變形分界點(diǎn)處的應(yīng)變和應(yīng)力，稱(chēng)為材料的塑性屈服應(yīng)變和材料的塑性屈服應(yīng)力。E1、E2表示彈性區(qū)及彈塑性區(qū)的管道材料模量。

根據(jù)電纜故障類(lèi)型統(tǒng)計(jì)可知，電纜故障主要發(fā)生在電纜頭，而電纜頭故障主要是制作質(zhì)量不合格引起。究其原因：一是對(duì)電纜頭的制作工藝不夠重視，沒(méi)有組織專(zhuān)項(xiàng)施工技術(shù)交底和開(kāi)展電纜頭制作首件定標(biāo)工作，未及時(shí)向制作人員明確電纜頭制作工藝標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)注意事項(xiàng)。二是對(duì)電纜頭制作人員控制不嚴(yán)，由未經(jīng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)且無(wú)資質(zhì)人員擔(dān)當(dāng)。三是在電纜頭制作環(huán)境和氣候條件不符合要求的情況下制作電纜頭。四是監(jiān)理單位和運(yùn)營(yíng)接管單位預(yù)介入人員對(duì)電纜頭制作的監(jiān)控把關(guān)不到位，未及時(shí)跟蹤和檢查電纜頭制作質(zhì)量，并進(jìn)行簽字確認(rèn)。五是對(duì)制作好的電纜頭安裝前的成品保護(hù)不當(dāng)，隨意擺放在地面和潮濕環(huán)境，未采取有效的包扎、密封等防護(hù)措施。六是電纜頭制作完成后未經(jīng)檢查和試驗(yàn)確認(rèn)合格，即投入運(yùn)行。

2.4 電纜接地方式不當(dāng)

電纜接地主要存在以下問(wèn)題：電纜金屬保護(hù)層沒(méi)有采取接地措施，電纜運(yùn)行中產(chǎn)生感應(yīng)電壓擊穿電纜；電纜采用兩端直接接地方式，致使電纜金屬保護(hù)層形成環(huán)流，引起電纜發(fā)熱燒損電纜；長(zhǎng)距離敷設(shè)的電纜未采用分段接地方式，容易造成電纜金屬層感應(yīng)電壓太高而擊穿電纜。此外，電纜的接地端子接觸不良，護(hù)層保護(hù)器質(zhì)量不合格，電纜接地電阻不合格，接地線(xiàn)不符合要求等，均容易引發(fā)電纜故障。

2.5 電纜終端固定方式不合理

電纜終端在支柱肩架上的固定卡箍未裝設(shè)絕緣襯墊且過(guò)于靠近電纜頭，容易造成電纜頭損傷和接地故障。對(duì)電纜終端頭沒(méi)有采用固定托架進(jìn)行固定，而是直接采用銅排將電纜頭并接后接入引線(xiàn)，致使電纜終端頭受風(fēng)力擺動(dòng)或自身重力影響產(chǎn)生受拉和硬扭等問(wèn)題，引發(fā)電纜頭故障。

2.6 電纜運(yùn)營(yíng)維護(hù)不到位。

過(guò)去，普速鐵路很少使用27.5 kV高壓電纜，因此運(yùn)營(yíng)維護(hù)部門(mén)在27.5 kV高壓電纜的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理方面缺乏經(jīng)驗(yàn)，未采取有效的電纜維護(hù)管理措施，日常對(duì)電纜的巡視檢查和維護(hù)檢修不到位，未定期開(kāi)展電纜絕緣電阻、交流耐壓等預(yù)防性試驗(yàn)，造成電纜經(jīng)常出現(xiàn)帶病運(yùn)行的狀況而發(fā)生故障。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障原因，在施工和運(yùn)營(yíng)管理中，有針對(duì)性地采取措施進(jìn)行改進(jìn)和提高，以確保電纜運(yùn)行安全可靠。

3.1 確保電纜產(chǎn)品質(zhì)量

高壓電纜及附件的產(chǎn)品質(zhì)量是確保27.5 kV供電線(xiàn)電纜安全運(yùn)行的根本保證。鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)27.5 kV供電線(xiàn)電纜應(yīng)選用單芯、交流、銅導(dǎo)體，保護(hù)層為非磁性金屬鎧裝層的27.5 kV交流聚乙烯絕緣電纜，嚴(yán)禁采用35 kV電力電纜代替。

電纜采購(gòu)時(shí)，應(yīng)對(duì)電纜生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行詳細(xì)的市場(chǎng)調(diào)查，根據(jù)企業(yè)的供貨業(yè)績(jī)、質(zhì)量信譽(yù)、運(yùn)營(yíng)情況和售后服務(wù)等，建立27.5 kV高壓電纜采購(gòu)合格供應(yīng)商名錄，并嚴(yán)格按照招標(biāo)采購(gòu)程序進(jìn)行公開(kāi)招標(biāo)，確保電纜采購(gòu)質(zhì)量符合要求。此外，要嚴(yán)格控制電纜及附件產(chǎn)品的進(jìn)場(chǎng)質(zhì)量驗(yàn)收，進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)確保產(chǎn)品規(guī)格型號(hào)與招標(biāo)文件相符，產(chǎn)品合格證和檢測(cè)試驗(yàn)報(bào)告齊全，并對(duì)產(chǎn)品按規(guī)定進(jìn)行抽樣送檢，未經(jīng)進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)和檢驗(yàn)不合格的產(chǎn)品，嚴(yán)禁進(jìn)場(chǎng)使用。

3.2 提高電纜頭制作質(zhì)量

電纜頭制作質(zhì)量是確保27.5 kV供電線(xiàn)電纜安全運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。27.5 kV供電線(xiàn)電纜頭制作前應(yīng)開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)交底和首件定標(biāo)工作，明確電纜頭制作工藝標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求和有關(guān)注意事項(xiàng)，以提高電纜頭制作質(zhì)量。電纜頭制作由產(chǎn)品供應(yīng)商選派經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)取得合格證書(shū)，并具有鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)27.5 kV高壓電纜頭制作經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員擔(dān)當(dāng)，嚴(yán)禁未經(jīng)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)且無(wú)資質(zhì)人員制作。電纜頭制作場(chǎng)所應(yīng)設(shè)有溫濕度計(jì)，并有防雨、防潮、防塵、防污染等防護(hù)措施，制作環(huán)境和氣候條件不符合要求時(shí)不得制作。電纜頭制作實(shí)行見(jiàn)證簽認(rèn)制度，每個(gè)電纜頭制作均有制作人和施工、監(jiān)理、運(yùn)營(yíng)管理單位人員共同現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證簽認(rèn)，做到“一頭一見(jiàn)證簽認(rèn)”，并對(duì)制作過(guò)程留存影像資料，建立制作檔案，納入竣工資料管理，確保電纜頭制作質(zhì)量具有可追溯性。電纜頭制作完成后應(yīng)進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試和交流耐壓試驗(yàn)，未及時(shí)安裝的電纜頭應(yīng)做好成品保護(hù)，防止電纜頭損壞。

3.3 規(guī)范電纜敷設(shè)

27.5 kV供電線(xiàn)電纜應(yīng)采用電纜溝敷設(shè)，不同供電臂或不同回路的供電線(xiàn)電纜應(yīng)分溝敷設(shè)，避免電纜故障時(shí)相互交叉影響，造成接觸網(wǎng)停電范圍擴(kuò)大。電纜敷設(shè)時(shí)，彎曲半徑不得小于電纜外徑的20倍，施工時(shí)應(yīng)注意檢查電纜不得有絞擰、鎧裝壓扁、護(hù)層斷裂和外皮損傷等缺陷。電纜穿越道路、鐵路等建筑物時(shí)，應(yīng)采用高強(qiáng)度PVC管穿管敷設(shè)，埋設(shè)深度符合要求，保護(hù)管的內(nèi)徑不小于電纜外徑的1.5倍，保護(hù)管的彎曲半徑不小于其外徑的10倍。電纜采用非磁性金具鋁合金卡箍固定，不得用鐵絲直接捆扎，固定處應(yīng)使用絕緣膠墊保護(hù)，電纜水平固定間距一般為0.9 m，最大不超過(guò)2 m，電纜垂直固定間距不應(yīng)超過(guò)0.6 m。每條供電線(xiàn)應(yīng)敷設(shè)1根備用電纜，每根電纜終端處應(yīng)預(yù)留3～5 m的備用長(zhǎng)度。供電線(xiàn)電纜必須敷設(shè)在電力電纜槽內(nèi)時(shí)，應(yīng)采取措施與電力電纜進(jìn)行物理隔離。電纜敷設(shè)的路徑應(yīng)避開(kāi)積水較多的地方，敷設(shè)后電纜的首尾兩端應(yīng)懸掛標(biāo)識(shí)牌，敷設(shè)路徑按要求埋設(shè)電纜標(biāo)樁。

3.4 確保電纜接地良好

27.5 kV供電線(xiàn)電纜金屬保護(hù)層的接地方式宜遵循下列原則：電纜長(zhǎng)度不大于100 m時(shí)，采用一端直接接地；電纜長(zhǎng)度大于100 m，但不超過(guò)800 m時(shí)，采用一端直接接地，另一端保護(hù)接地方式；電纜長(zhǎng)度超過(guò)800 m時(shí)，劃分適當(dāng)區(qū)段，采用電纜中間接地，兩端保護(hù)接地方式。護(hù)層保護(hù)器的選擇應(yīng)與被保護(hù)電纜外護(hù)層絕緣相匹配并符合設(shè)計(jì)要求，護(hù)層保護(hù)器安裝前應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)，確保保護(hù)器性能良好。金屬層接地線(xiàn)采用截面不小于50 mm2的銅芯電纜，鎧裝層和屏蔽層應(yīng)分別接地，接地電阻不大于1 Ω。

3.5 設(shè)置溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

由于27.5 kV供電線(xiàn)電纜故障主要集中在電纜終端頭和中間頭，故障率達(dá)80%以上，因此加強(qiáng)電纜終端頭和中間頭的在線(xiàn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握電纜運(yùn)行狀況，消除電纜故障，對(duì)提高27.5 kV供電線(xiàn)電纜運(yùn)行的穩(wěn)定性具有十分重要的意義。

27.5 kV供電線(xiàn)電纜的終端頭和中間頭均設(shè)置在線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)信號(hào)通過(guò)光纜傳送至有人值班的牽引變電所、供電調(diào)度所和供電段。運(yùn)行中當(dāng)電纜頭溫度發(fā)生異常變化時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置發(fā)出過(guò)熱告警信號(hào)，提醒值班人員及時(shí)查找和處理故障，可以有效預(yù)防和減少供電線(xiàn)電纜故障對(duì)牽引供電系統(tǒng)造成的影響。

3.6 做好電纜終端頭固定

電纜終端頭在支柱上的固定應(yīng)選用托架固定方式，即采用2個(gè)柱式絕緣子固定在肩架上，絕緣子上方安裝銅排用于連接電纜頭和接觸網(wǎng)引線(xiàn)，并將電纜用非磁性金具固定在肩架上，具體固定方式如圖1所示。采用這種固定方式可以確保電纜頭安裝牢固穩(wěn)定且不受力。

圖1 電纜終端頭采用托架固定方式示意圖

3.7 加強(qiáng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作

設(shè)備運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)制定27.5 kV供電線(xiàn)電纜運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理辦法；每季度對(duì)27.5 kV供電線(xiàn)電纜進(jìn)行一次全面巡視檢查，重點(diǎn)檢查電纜中間頭和終端頭的絕緣套管是否完好、有無(wú)裂紋和閃絡(luò)放電現(xiàn)象，電纜接地是否良好且接地電阻是否符合要求，電纜頭溫度是否正常，電纜外觀有無(wú)破損，電纜固定是否牢靠，電纜溝有無(wú)積水等；每年對(duì)所有供電線(xiàn)電纜進(jìn)行一次絕緣電阻測(cè)試，對(duì)牽引變電所等重要場(chǎng)所的電纜每年進(jìn)行一次交流耐壓試驗(yàn)。

3.8 減少電纜的使用

由于27.5 kV供電線(xiàn)電纜投資較大，施工工藝較復(fù)雜，發(fā)生電纜故障時(shí)查找相對(duì)困難，搶修恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，而且目前設(shè)備運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)的維修管理經(jīng)驗(yàn)不足，檢修質(zhì)量難以保證，因此，在具備架空線(xiàn)路條件的地段，供電線(xiàn)盡量采用明線(xiàn)架空方式，以減少27.5 kV供電線(xiàn)電纜的使用。

4 應(yīng)用效果

合福高鐵閩贛段是一條山區(qū)高鐵線(xiàn)路，橋隧比占90.5%，全線(xiàn)27.5 kV供電線(xiàn)有26條采用電纜敷設(shè)方式，其中電纜終端頭有942個(gè)，在電纜施工和運(yùn)行管理中，通過(guò)采取上述改進(jìn)措施，取得了較好的效果，合福高鐵自2015年6月開(kāi)通運(yùn)行以來(lái)，閩贛段全線(xiàn)27.5 kV供電線(xiàn)電纜運(yùn)行可靠穩(wěn)定，至今未發(fā)生一起供電線(xiàn)電纜故障。

5 結(jié)語(yǔ)

27.5 kV供電線(xiàn)采用電纜敷設(shè)，具有占地少，路徑選擇較為容易，且受外界干擾較小等優(yōu)點(diǎn)，在今后的鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建設(shè)中，特別是山區(qū)和地形條件復(fù)雜的鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)，將會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。在實(shí)踐中，仍需要運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，提高運(yùn)營(yíng)維護(hù)能力，完善各項(xiàng)管理措施，確保27.5 kV供電線(xiàn)電纜運(yùn)行安全可靠。

[1] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.合福閩贛施圖（網(wǎng)）-F3200供電線(xiàn)安裝圖，2012.

[2] 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.合福閩贛施圖變（網(wǎng)）-H70G32荷田變電所供電線(xiàn)平面布置圖，2014.

[3] TB10758-2010 中華人民共和國(guó)鐵道部 高速鐵路電力牽引供電工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

[4] TB10621-2014 國(guó)家鐵路局 高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2015.

With regard to frequent occurrence of 27.5 kV power supply cables of dedicated passenger line in recent years, and issues affecting safety operation of traction power supply system, started from analysis of causes of faults, improving measures on construction quality control and operation maintenance and management for 27.5 kV power supply cables are put forward specially, these measures are certified effective through practical application on MinGan section of Hefei-Fuzhou high speed railway since it was putting into operation and commercial service.

Passenger dedicated line; 27.5 kV cable; improving measures

U223.8

：B

：1007-936X(2016)03-0007-04

2016-03-03

鐘永發(fā). 京福閩贛鐵路客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)有限公司，工程師，電話(huà)：13655042176。