鐘永發(fā)

客運專線27.5 kV電纜故障原因分析及改進措施

鐘永發(fā)

針對近年來鐵路客運專線27.5 kV供電線電纜故障頻發(fā)，影響牽引供電系統(tǒng)運行安全問題，從分析故障原因入手，有針對性地提出27.5 kV供電線電纜在施工質(zhì)量控制和運營維護管理方面的改進措施，并通過合福高鐵閩贛段開通運營以來的應用實踐證明這些措施效果較好。

客運專線；27.5 kV電纜；改進措施

0 引言

近年來，隨著鐵路客運專線的大規(guī)模建設和發(fā)展，在牽引變電所、AT所、分區(qū)所和開閉所的27.5 kV饋出供電線中大量采用高壓電纜，在實際應用中，由于施工和運營管理不到位，27.5 kV供電線電纜故障頻繁發(fā)生，致使接觸網(wǎng)供電中斷，給鐵路客運專線運輸安全造成較大的影響。據(jù)統(tǒng)計，南昌鐵路局福州供電段管內(nèi)，自2009年6月杭深客專開通運營以來，共發(fā)生27.5 kV供電線電纜故障18件，嚴重干擾鐵路客運專線正常運輸秩序。因此，有必要對鐵路客運專線27.5 kV供電線電纜故障原因進行深入分析，并提出相應的改進措施，以提高牽引供電系統(tǒng)27.5 kV供電線電纜運行的穩(wěn)定性和可靠性，確保鐵路客運專線運營安全。

1 故障情況

針對近年來南昌鐵路局福州供電段管內(nèi)發(fā)生的18件27.5 kV供電線電纜故障，按照故障類型進行分類統(tǒng)計，見表1。

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

表1 27.5 kV供電線電纜故障類型統(tǒng)計表

2 原因分析

根據(jù)電纜故障類型，對故障原因進行深入分析和查找，27.5 kV供電線電纜故障主要由以下原因引起。

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

此外，對27.5 kV供電線電纜及其附件的采購工作不夠重視，在招標采購中，對電纜生產(chǎn)企業(yè)的資質(zhì)要求和技術(shù)條件審核把關(guān)不嚴，致使一些價格低廉、生產(chǎn)能力較弱、質(zhì)量信譽較差的產(chǎn)品廠商中標供貨。對電纜的出廠檢驗和進場質(zhì)量驗收卡控不到位，一些質(zhì)量不良的電纜產(chǎn)品被進場使用，也是造成27.5 kV供電線電纜故障的原因之一。

2.2 電纜敷設不規(guī)范

施工中，電纜沒有采用電纜溝敷設，而是采用直埋敷設，對直埋電纜沒有采取穿管或鋪沙蓋磚等防護措施，有的直埋電纜埋設深度不滿足要求，電纜敷設路徑未按要求埋設標樁和警告標識，造成電纜容易遭受外力損傷和挖斷問題。在電纜放纜施工時，沒有采取措施對電纜外皮進行有效保護，施工中拖拽電纜造成電纜外皮損傷嚴重，導致電纜鎧裝層多點接地引發(fā)故障。敷設的電纜彎曲半徑不滿足要求，造成電纜過度彎曲損壞電纜。供電線上下行電纜和不同回路電纜未分溝敷設或進行物理隔離，不同回路的電纜相互交叉重疊，造成一回電纜故障時，影響其他回路電纜正常運行，擴大故障范圍。電纜穿越公路、鐵路等建筑物時，未采用高強度PVC管防護，容易造成車輛碾壓損壞。電纜敷設時未按規(guī)范要求預留電纜余長，造成電纜故障搶修時因余長不足影響搶修。電纜保護管外徑不滿足要求，造成電纜散熱效果差，引起老化和燒損問題。電纜敷設時未按要求敷設備用電纜，敷設的電纜兩端未作標識，造成電纜故障時，影響故障查找和恢復。

2.3 電纜頭制作不重視

由于鋼三折線模型能更好地模擬管子進入極限狀態(tài)前的塑性變形，故該項研究選取鋼三折線模型。鋼三折線模型是將管材的應力應變狀態(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處的應變和應力，ε2和σ2則是彈塑性和塑性變形分界點處的應變和應力，稱為材料的塑性屈服應變和材料的塑性屈服應力。E1、E2表示彈性區(qū)及彈塑性區(qū)的管道材料模量。

根據(jù)電纜故障類型統(tǒng)計可知，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：一是對電纜頭的制作工藝不夠重視，沒有組織專項施工技術(shù)交底和開展電纜頭制作首件定標工作，未及時向制作人員明確電纜頭制作工藝標準和有關(guān)注意事項。二是對電纜頭制作人員控制不嚴，由未經(jīng)專業(yè)技術(shù)培訓且無資質(zhì)人員擔當。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)理單位和運營接管單位預介入人員對電纜頭制作的監(jiān)控把關(guān)不到位，未及時跟蹤和檢查電纜頭制作質(zhì)量，并進行簽字確認。五是對制作好的電纜頭安裝前的成品保護不當，隨意擺放在地面和潮濕環(huán)境，未采取有效的包扎、密封等防護措施。六是電纜頭制作完成后未經(jīng)檢查和試驗確認合格，即投入運行。

2.4 電纜接地方式不當

電纜接地主要存在以下問題：電纜金屬保護層沒有采取接地措施，電纜運行中產(chǎn)生感應電壓擊穿電纜；電纜采用兩端直接接地方式，致使電纜金屬保護層形成環(huán)流，引起電纜發(fā)熱燒損電纜；長距離敷設的電纜未采用分段接地方式，容易造成電纜金屬層感應電壓太高而擊穿電纜。此外，電纜的接地端子接觸不良，護層保護器質(zhì)量不合格，電纜接地電阻不合格，接地線不符合要求等，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絕緣襯墊且過于靠近電纜頭，容易造成電纜頭損傷和接地故障。對電纜終端頭沒有采用固定托架進行固定，而是直接采用銅排將電纜頭并接后接入引線，致使電纜終端頭受風力擺動或自身重力影響產(chǎn)生受拉和硬扭等問題，引發(fā)電纜頭故障。

2.6 電纜運營維護不到位。

過去，普速鐵路很少使用27.5 kV高壓電纜，因此運營維護部門在27.5 kV高壓電纜的運營維護管理方面缺乏經(jīng)驗，未采取有效的電纜維護管理措施，日常對電纜的巡視檢查和維護檢修不到位，未定期開展電纜絕緣電阻、交流耐壓等預防性試驗，造成電纜經(jīng)常出現(xiàn)帶病運行的狀況而發(fā)生故障。

3 改進措施

針對27.5 kV供電線電纜故障原因，在施工和運營管理中，有針對性地采取措施進行改進和提高，以確保電纜運行安全可靠。

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供電線電纜安全運行的根本保證。鐵路客運專線27.5 kV供電線電纜應選用單芯、交流、銅導體，保護層為非磁性金屬鎧裝層的27.5 kV交流聚乙烯絕緣電纜，嚴禁采用35 kV電力電纜代替。

電纜采購時，應對電纜生產(chǎn)企業(yè)進行詳細的市場調(diào)查，根據(jù)企業(yè)的供貨業(yè)績、質(zhì)量信譽、運營情況和售后服務等，建立27.5 kV高壓電纜采購合格供應商名錄，并嚴格按照招標采購程序進行公開招標，確保電纜采購質(zhì)量符合要求。此外，要嚴格控制電纜及附件產(chǎn)品的進場質(zhì)量驗收，進場驗收時，應確保產(chǎn)品規(guī)格型號與招標文件相符，產(chǎn)品合格證和檢測試驗報告齊全，并對產(chǎn)品按規(guī)定進行抽樣送檢，未經(jīng)進場檢驗和檢驗不合格的產(chǎn)品，嚴禁進場使用。

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供電線電纜安全運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。27.5 kV供電線電纜頭制作前應開展專項技術(shù)交底和首件定標工作，明確電纜頭制作工藝標準、技術(shù)要求和有關(guān)注意事項，以提高電纜頭制作質(zhì)量。電纜頭制作由產(chǎn)品供應商選派經(jīng)過專業(yè)技術(shù)培訓取得合格證書，并具有鐵路客運專線27.5 kV高壓電纜頭制作經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人員擔當，嚴禁未經(jīng)專業(yè)培訓且無資質(zhì)人員制作。電纜頭制作場所應設有溫濕度計，并有防雨、防潮、防塵、防污染等防護措施，制作環(huán)境和氣候條件不符合要求時不得制作。電纜頭制作實行見證簽認制度，每個電纜頭制作均有制作人和施工、監(jiān)理、運營管理單位人員共同現(xiàn)場見證簽認，做到“一頭一見證簽認”，并對制作過程留存影像資料，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進行絕緣電阻測試和交流耐壓試驗，未及時安裝的電纜頭應做好成品保護，防止電纜頭損壞。

3.3 規(guī)范電纜敷設

27.5 kV供電線電纜應采用電纜溝敷設，不同供電臂或不同回路的供電線電纜應分溝敷設，避免電纜故障時相互交叉影響，造成接觸網(wǎng)停電范圍擴大。電纜敷設時，彎曲半徑不得小于電纜外徑的20倍，施工時應注意檢查電纜不得有絞擰、鎧裝壓扁、護層斷裂和外皮損傷等缺陷。電纜穿越道路、鐵路等建筑物時，應采用高強度PVC管穿管敷設，埋設深度符合要求，保護管的內(nèi)徑不小于電纜外徑的1.5倍，保護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，固定處應使用絕緣膠墊保護，電纜水平固定間距一般為0.9 m，最大不超過2 m，電纜垂直固定間距不應超過0.6 m。每條供電線應敷設1根備用電纜，每根電纜終端處應預留3～5 m的備用長度。供電線電纜必須敷設在電力電纜槽內(nèi)時，應采取措施與電力電纜進行物理隔離。電纜敷設的路徑應避開積水較多的地方，敷設后電纜的首尾兩端應懸掛標識牌，敷設路徑按要求埋設電纜標樁。

3.4 確保電纜接地良好

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

3.5 設置溫度在線監(jiān)測

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

27.5 kV供電線電纜的終端頭和中間頭均設置在線溫度監(jiān)測裝置進行運行狀態(tài)實時監(jiān)測，并將監(jiān)測信號通過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。運行中當電纜頭溫度發(fā)生異常變化時，監(jiān)測裝置發(fā)出過熱告警信號，提醒值班人員及時查找和處理故障，可以有效預防和減少供電線電纜故障對牽引供電系統(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選用托架固定方式，即采用2個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，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 加強運營維護工作

設備運營單位應制定27.5 kV供電線電纜運營維護管理辦法；每季度對27.5 kV供電線電纜進行一次全面巡視檢查，重點檢查電纜中間頭和終端頭的絕緣套管是否完好、有無裂紋和閃絡放電現(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，電纜外觀有無破損，電纜固定是否牢靠，電纜溝有無積水等；每年對所有供電線電纜進行一次絕緣電阻測試，對牽引變電所等重要場所的電纜每年進行一次交流耐壓試驗。

3.8 減少電纜的使用

由于27.5 kV供電線電纜投資較大，施工工藝較復雜，發(fā)生電纜故障時查找相對困難，搶修恢復時間較長，而且目前設備運營管理部門的維修管理經(jīng)驗不足，檢修質(zhì)量難以保證，因此，在具備架空線路條件的地段，供電線盡量采用明線架空方式，以減少27.5 kV供電線電纜的使用。

4 應用效果

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

5 結(jié)語

27.5 kV供電線采用電纜敷設，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，在今后的鐵路客運專線建設中，特別是山區(qū)和地形條件復雜的鐵路客運專線，將會得到更加廣泛的應用。在實踐中，仍需要運營維護人員不斷總結(jié)經(jīng)驗，進一步加強施工質(zhì)量控制，提高運營維護能力，完善各項管理措施，確保27.5 kV供電線電纜運行安全可靠。

[1] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.合福閩贛施圖（網(wǎng)）-F3200供電線安裝圖，2012.

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

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

[4] TB10621-2014 國家鐵路局 高速鐵路設計規(guī)范[S]. 北京：中國鐵道出版社，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). 京福閩贛鐵路客運專線有限公司，工程師，電話：13655042176。