大秦线区间信号电缆烧损原因分析及整改措施探讨

王保松

(太原铁路局大同电务段，山西大同 037000)

大秦线区间信号电缆烧损原因分析及整改措施探讨

王保松

(太原铁路局大同电务段，山西大同 037000)

大秦线是我国第一条重载电气化铁路，自开通以来多次发生较大范围的信号电缆烧损故障。结合历次电缆烧损案例，分析电缆烧损原因，并提出电缆防护整改措施。

铁路信号电缆；烧损；重载；桥隧

1 故障概述

大秦线是我国第一条双线重载电气化运煤专线,同时大秦铁路多山区地带,桥隧道累计总长126.3 km。由于地形条件复杂,自2005年开通以来,共发生过6次较大范围的信号电缆烧损故障,极大影响了运输效率。历次故障案例如下。

案例一:2007年冬,大秦线铁炉村管内K283+232—K285+211间2843BG、2843CG调谐区西20 m处桥头电缆槽内地缆烧损,并将同槽相邻近电缆烧损;

案例二: 2008年2月11日22:34,大秦线铁炉村管内K283+232—K285+211间2843BG、2843CG调谐区处,CGFS端调谐单元、匹配变压器、防雷单元、地线严重烧损,并且烧损4芯电缆50 m。

案例三:2008年2月6日02:55,翠屏山—蓟县西间4126#信号机灭灯、4143#信号机点红灯。原因为:周河大桥上东端100 m处电缆槽道内大电流侵入地缆放电,3条信号电缆外皮烧裂露出钢带,铝护套完整,内部芯线粘连。

案例四:2013年5月26日,大秦线铁炉村管内K283+232—K285+211间2843BG、2843CG调谐区空心线圈处防雷烧损,空心线圈中心抽头经防雷至贯通地的接地线在防雷接线处烧损; K283+830 m处有一供电分相,机车带电过分相,导致接触网跳闸,击穿2763BG空芯线圈防雷元件,将站联电缆烧坏,贯通地线烧断,进入机械室将方向继电器打落。

案例五:2013年7月4日,大秦线铁炉村管内K283+850处桥上外露的站间贯通地缆烧损约2 m, 2843BGJS与2843CGFS间空心线圈对地防雷烧损。现场作业人员反映K283+780m空车线线路外侧有火球产生,后经信号工到该处核查发现:重新敷设的贯通地线(绑扎在大桥铁塔上)被强电流烧断。后经调查08:55供电接触网曾跳闸。

案例六:2013年8月17日22:43,遵化北—玉田北重车线16架信号机灭灯,空车线465中继站—平安城中继站3架信号机灭灯,6个区段出现红光带。原因为强电流侵入大桥上铁质电缆槽道造成3条信号电缆烧断。

2 问题分析

2.1 现场调查

由于大秦线铁炉村管内发生4次强电流侵入烧损电缆故障,2013年7月4日故障后,进行了现场调查,情况如下。

1)2843 CG发送端空芯线圈处纵向的防雷元件(385×2)烧毁炭化。

2)现场桥梁处贯通地线悬挂于桥梁金属护栏外方,贯通地线烧损部位处有明显灼烧痕迹。

3)现场桥上电缆槽道为金属材质,贯通地线为导电塑料外皮型贯通地线。

4)外界设备存在异常:K284+032处线路两侧均有吸上线(CPW),其中重车线侧吸上线机车通过时无电流,处于断路状态。

2.2 原因分析

1)防雷元件烧损的直接原因:2843BG接收与2843CG发送间空心线圈正处于供电臂分相的正下方,故障当日8:50有电机牵引列车未降弓通过该分相,机车放电、供电设备跳闸,牵引电流侵入信号设备直接导致防雷元件烧损。

2)贯通地线存在如下问题

a.现场所运用贯通地线为导电塑料外皮型贯通地线,该贯通地线“闪燃点”很低,在未掩埋、隔离条件下,与金属体接触易引燃,易损烧信号电缆。

在满足正常载流特性的条件下,在空气中,导电塑料外皮型贯通地线具有较强的“闪燃”特性,如:当该型贯通地线芯线与外护层电位差为20 V时,以芯线为一电极,用另一电极触及导电塑料外皮立即引发导电塑料外皮的强烈燃烧且持续时间长。

b.贯通地线放置于金属制电缆槽内,未采取掩埋、隔绝空气等措施,因贯通地线与金属电缆槽放电,易引发电缆烧损。

c.在桥梁上与电缆同槽,因贯通地线与电缆钢带放电(电缆外护套破损情况下),易发生烧损电缆故障。

3)地理位置情况:延庆至铁炉区间共23 km长,桥隧长12.241 km,约占总长的50%,就是说贯通地缆有50%以上没有入地,加上山间多为石质地带,贯通地缆接地条件极为不利。被烧损的地缆点与桥上供电铁塔绑扎,接地较好,就成为大电流的放电通道,加之地缆外皮为易燃非绝缘的高分子材料,导致地缆起火烧损。

4)电务设备地线规格存在问题:2843BGJS与2843CGFS间空心线圈中心抽头至地缆间使用连接线规格小于25 mm2,不符合标准;与2843BGJS与2843CGFS间空心线圈在同一坐标的重车线的2828BGJS与2828AGFS间空心线圈中心抽头至贯通地缆间的连接线断线。

5)匹配单元和防雷模块击穿原因分析

经调查铁炉村区间钢轨对地无直接接地,为悬浮状态,如图1所示。

大秦线属于重载线路,牵引电流较大,钢轨悬浮状态下易对地形成较高电位,电压足够高时,会击穿空芯线圈处纵向防雷元件或匹配单元等ZPW-2000A轨旁设备。

图1 铁炉村区间轨道电路接地原理示意图

钢轨完全横向连接全线经防雷单元接贯通地线,造成钢轨与地不等电位。牵引回流大时,对维护人员不安全,同时易损坏ZPW-2000A轨旁设备,如:匹配变压器、空芯线圈中防雷单元等。

3 采取措施

1)联系供电部门处理K284+032处重车线吸上线无牵引回流的问题。

2)对军都山隧道东口至铁炉村中继站间的地缆选取和既有信号电缆异侧的敷设方案重新制定并敷设,将桥上、隧道内的贯通地缆更换为带绝缘外皮的贯通地缆,在桥隧部分每隔200 m做一个综合接地体,与贯通地缆相连,确保地线作用良好。截止到8月23日,共异侧壁挂敷设绝缘外皮贯通地缆3.1 km,地下埋设非绝缘地缆1.4 km,埋设与贯通地缆相连的综合接地体3处,埋设石墨地线85根、降阻剂约2 500 kg。

3)将K283+850处供电臂分相下方的轨道电路调谐区向大同方向移设,避开供电分相处所,防止电力机车过分相时不降弓导致强电流烧损信号设备。其中重车线2828AG、2828BG调谐区向大同方向移165 m,空车线2843BG、2843CG调谐区向大同方向移141 m。

4)按标准线径更换2843BG接收与2843CG发送间空心线圈中心抽头至地缆间连接线。

5)按照运电高信函［2012］359号文要求,计划将管内区间与信号电缆同沟的贯通地缆重新敷设,实现隔离,将桥上铁质电缆槽道更新为复合材质槽道,同步将桥上贯通地线更换为带绝缘皮的贯通地缆,消除放电问题。

4 结束语

以上为重载铁路牵引电流对信号设备影响的初步探讨,也许解决方案还不成熟,今后将继续关注这一课题,为铁路信号设备安全献计献策。

Da-Qin line is the first heavy haul electric railway in our country. Signal cables burning faults occurred many times. Combined with previous cable burning cases, the paper analyzes the reasons of cable burning and puts forward cable protection measures.

railway signal cable; burning; heavy haul; bridge and tunnel

10.3969/j.issn.1673-4440.2014.04.028

2014-05-05）