客运专线27.5 kV电缆故障原因分析及改进措施

钟永发

客运专线27.5 kV电缆故障原因分析及改进措施

钟永发

针对近年来铁路客运专线27.5 kV供电线电缆故障频发，影响牵引供电系统运行安全问题，从分析故障原因入手，有针对性地提出27.5 kV供电线电缆在施工质量控制和运营维护管理方面的改进措施，并通过合福高铁闽赣段开通运营以来的应用实践证明这些措施效果较好。

客运专线；27.5 kV电缆；改进措施

0 引言

近年来，随着铁路客运专线的大规模建设和发展，在牵引变电所、AT所、分区所和开闭所的27.5 kV馈出供电线中大量采用高压电缆，在实际应用中，由于施工和运营管理不到位，27.5 kV供电线电缆故障频繁发生，致使接触网供电中断，给铁路客运专线运输安全造成较大的影响。据统计，南昌铁路局福州供电段管内，自2009年6月杭深客专开通运营以来，共发生27.5 kV供电线电缆故障18件，严重干扰铁路客运专线正常运输秩序。因此，有必要对铁路客运专线27.5 kV供电线电缆故障原因进行深入分析，并提出相应的改进措施，以提高牵引供电系统27.5 kV供电线电缆运行的稳定性和可靠性，确保铁路客运专线运营安全。

1 故障情况

针对近年来南昌铁路局福州供电段管内发生的18件27.5 kV供电线电缆故障，按照故障类型进行分类统计，见表1。

从表1可以看出，27.5 kV供电线电缆故障主要是电缆头故障，所占比例达83.3%。

表1 27.5 kV供电线电缆故障类型统计表

2 原因分析

根据电缆故障类型，对故障原因进行深入分析和查找，27.5 kV供电线电缆故障主要由以下原因引起。

在铁路客运专线建设初期，由于工程建设管理不到位，在27.5 kV供电线电缆施工中存在采用电力系统35 kV电压等级的高压电缆代替电气化铁路专用的27.5 kV高压电缆的现象。35 kV高压电缆对地相电压仅为20.2 kV，低于牵引供电系统27.5 kV电压等级，造成实际运行中电缆发生击穿故障。

此外，对27.5 kV供电线电缆及其附件的采购工作不够重视，在招标采购中，对电缆生产企业的资质要求和技术条件审核把关不严，致使一些价格低廉、生产能力较弱、质量信誉较差的产品厂商中标供货。对电缆的出厂检验和进场质量验收卡控不到位，一些质量不良的电缆产品被进场使用，也是造成27.5 kV供电线电缆故障的原因之一。

2.2 电缆敷设不规范

施工中，电缆没有采用电缆沟敷设，而是采用直埋敷设，对直埋电缆没有采取穿管或铺沙盖砖等防护措施，有的直埋电缆埋设深度不满足要求，电缆敷设路径未按要求埋设标桩和警告标识，造成电缆容易遭受外力损伤和挖断问题。在电缆放缆施工时，没有采取措施对电缆外皮进行有效保护，施工中拖拽电缆造成电缆外皮损伤严重，导致电缆铠装层多点接地引发故障。敷设的电缆弯曲半径不满足要求，造成电缆过度弯曲损坏电缆。供电线上下行电缆和不同回路电缆未分沟敷设或进行物理隔离，不同回路的电缆相互交叉重叠，造成一回电缆故障时，影响其他回路电缆正常运行，扩大故障范围。电缆穿越公路、铁路等建筑物时，未采用高强度PVC管防护，容易造成车辆碾压损坏。电缆敷设时未按规范要求预留电缆余长，造成电缆故障抢修时因余长不足影响抢修。电缆保护管外径不满足要求，造成电缆散热效果差，引起老化和烧损问题。电缆敷设时未按要求敷设备用电缆，敷设的电缆两端未作标识，造成电缆故障时，影响故障查找和恢复。

2.3 电缆头制作不重视

由于钢三折线模型能更好地模拟管子进入极限状态前的塑性变形，故该项研究选取钢三折线模型。钢三折线模型是将管材的应力应变状态分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段，如图1所示。ε1和σ1分别代表弹塑性变形起点处的应变和应力，ε2和σ2则是弹塑性和塑性变形分界点处的应变和应力，称为材料的塑性屈服应变和材料的塑性屈服应力。E1、E2表示弹性区及弹塑性区的管道材料模量。

根据电缆故障类型统计可知，电缆故障主要发生在电缆头，而电缆头故障主要是制作质量不合格引起。究其原因：一是对电缆头的制作工艺不够重视，没有组织专项施工技术交底和开展电缆头制作首件定标工作，未及时向制作人员明确电缆头制作工艺标准和有关注意事项。二是对电缆头制作人员控制不严，由未经专业技术培训且无资质人员担当。三是在电缆头制作环境和气候条件不符合要求的情况下制作电缆头。四是监理单位和运营接管单位预介入人员对电缆头制作的监控把关不到位，未及时跟踪和检查电缆头制作质量，并进行签字确认。五是对制作好的电缆头安装前的成品保护不当，随意摆放在地面和潮湿环境，未采取有效的包扎、密封等防护措施。六是电缆头制作完成后未经检查和试验确认合格，即投入运行。

2.4 电缆接地方式不当

电缆接地主要存在以下问题：电缆金属保护层没有采取接地措施，电缆运行中产生感应电压击穿电缆；电缆采用两端直接接地方式，致使电缆金属保护层形成环流，引起电缆发热烧损电缆；长距离敷设的电缆未采用分段接地方式，容易造成电缆金属层感应电压太高而击穿电缆。此外，电缆的接地端子接触不良，护层保护器质量不合格，电缆接地电阻不合格，接地线不符合要求等，均容易引发电缆故障。

2.5 电缆终端固定方式不合理

电缆终端在支柱肩架上的固定卡箍未装设绝缘衬垫且过于靠近电缆头，容易造成电缆头损伤和接地故障。对电缆终端头没有采用固定托架进行固定，而是直接采用铜排将电缆头并接后接入引线，致使电缆终端头受风力摆动或自身重力影响产生受拉和硬扭等问题，引发电缆头故障。

2.6 电缆运营维护不到位。

过去，普速铁路很少使用27.5 kV高压电缆，因此运营维护部门在27.5 kV高压电缆的运营维护管理方面缺乏经验，未采取有效的电缆维护管理措施，日常对电缆的巡视检查和维护检修不到位，未定期开展电缆绝缘电阻、交流耐压等预防性试验，造成电缆经常出现带病运行的状况而发生故障。

3 改进措施

针对27.5 kV供电线电缆故障原因，在施工和运营管理中，有针对性地采取措施进行改进和提高，以确保电缆运行安全可靠。

3.1 确保电缆产品质量

高压电缆及附件的产品质量是确保27.5 kV供电线电缆安全运行的根本保证。铁路客运专线27.5 kV供电线电缆应选用单芯、交流、铜导体，保护层为非磁性金属铠装层的27.5 kV交流聚乙烯绝缘电缆，严禁采用35 kV电力电缆代替。

电缆采购时，应对电缆生产企业进行详细的市场调查，根据企业的供货业绩、质量信誉、运营情况和售后服务等，建立27.5 kV高压电缆采购合格供应商名录，并严格按照招标采购程序进行公开招标，确保电缆采购质量符合要求。此外，要严格控制电缆及附件产品的进场质量验收，进场验收时，应确保产品规格型号与招标文件相符，产品合格证和检测试验报告齐全，并对产品按规定进行抽样送检，未经进场检验和检验不合格的产品，严禁进场使用。

3.2 提高电缆头制作质量

电缆头制作质量是确保27.5 kV供电线电缆安全运行的关键环节。27.5 kV供电线电缆头制作前应开展专项技术交底和首件定标工作，明确电缆头制作工艺标准、技术要求和有关注意事项，以提高电缆头制作质量。电缆头制作由产品供应商选派经过专业技术培训取得合格证书，并具有铁路客运专线27.5 kV高压电缆头制作经验的专业技术人员担当，严禁未经专业培训且无资质人员制作。电缆头制作场所应设有温湿度计，并有防雨、防潮、防尘、防污染等防护措施，制作环境和气候条件不符合要求时不得制作。电缆头制作实行见证签认制度，每个电缆头制作均有制作人和施工、监理、运营管理单位人员共同现场见证签认，做到“一头一见证签认”，并对制作过程留存影像资料，建立制作档案，纳入竣工资料管理，确保电缆头制作质量具有可追溯性。电缆头制作完成后应进行绝缘电阻测试和交流耐压试验，未及时安装的电缆头应做好成品保护，防止电缆头损坏。

3.3 规范电缆敷设

27.5 kV供电线电缆应采用电缆沟敷设，不同供电臂或不同回路的供电线电缆应分沟敷设，避免电缆故障时相互交叉影响，造成接触网停电范围扩大。电缆敷设时，弯曲半径不得小于电缆外径的20倍，施工时应注意检查电缆不得有绞拧、铠装压扁、护层断裂和外皮损伤等缺陷。电缆穿越道路、铁路等建筑物时，应采用高强度PVC管穿管敷设，埋设深度符合要求，保护管的内径不小于电缆外径的1.5倍，保护管的弯曲半径不小于其外径的10倍。电缆采用非磁性金具铝合金卡箍固定，不得用铁丝直接捆扎，固定处应使用绝缘胶垫保护，电缆水平固定间距一般为0.9 m，最大不超过2 m，电缆垂直固定间距不应超过0.6 m。每条供电线应敷设1根备用电缆，每根电缆终端处应预留3～5 m的备用长度。供电线电缆必须敷设在电力电缆槽内时，应采取措施与电力电缆进行物理隔离。电缆敷设的路径应避开积水较多的地方，敷设后电缆的首尾两端应悬挂标识牌，敷设路径按要求埋设电缆标桩。

3.4 确保电缆接地良好

27.5 kV供电线电缆金属保护层的接地方式宜遵循下列原则：电缆长度不大于100 m时，采用一端直接接地；电缆长度大于100 m，但不超过800 m时，采用一端直接接地，另一端保护接地方式；电缆长度超过800 m时，划分适当区段，采用电缆中间接地，两端保护接地方式。护层保护器的选择应与被保护电缆外护层绝缘相匹配并符合设计要求，护层保护器安装前应进行检测，确保保护器性能良好。金属层接地线采用截面不小于50 mm2的铜芯电缆，铠装层和屏蔽层应分别接地，接地电阻不大于1 Ω。

3.5 设置温度在线监测

由于27.5 kV供电线电缆故障主要集中在电缆终端头和中间头，故障率达80%以上，因此加强电缆终端头和中间头的在线运行监测，及时掌握电缆运行状况，消除电缆故障，对提高27.5 kV供电线电缆运行的稳定性具有十分重要的意义。

27.5 kV供电线电缆的终端头和中间头均设置在线温度监测装置进行运行状态实时监测，并将监测信号通过光缆传送至有人值班的牵引变电所、供电调度所和供电段。运行中当电缆头温度发生异常变化时，监测装置发出过热告警信号，提醒值班人员及时查找和处理故障，可以有效预防和减少供电线电缆故障对牵引供电系统造成的影响。

3.6 做好电缆终端头固定

电缆终端头在支柱上的固定应选用托架固定方式，即采用2个柱式绝缘子固定在肩架上，绝缘子上方安装铜排用于连接电缆头和接触网引线，并将电缆用非磁性金具固定在肩架上，具体固定方式如图1所示。采用这种固定方式可以确保电缆头安装牢固稳定且不受力。

图1 电缆终端头采用托架固定方式示意图

3.7 加强运营维护工作

设备运营单位应制定27.5 kV供电线电缆运营维护管理办法；每季度对27.5 kV供电线电缆进行一次全面巡视检查，重点检查电缆中间头和终端头的绝缘套管是否完好、有无裂纹和闪络放电现象，电缆接地是否良好且接地电阻是否符合要求，电缆头温度是否正常，电缆外观有无破损，电缆固定是否牢靠，电缆沟有无积水等；每年对所有供电线电缆进行一次绝缘电阻测试，对牵引变电所等重要场所的电缆每年进行一次交流耐压试验。

3.8 减少电缆的使用

由于27.5 kV供电线电缆投资较大，施工工艺较复杂，发生电缆故障时查找相对困难，抢修恢复时间较长，而且目前设备运营管理部门的维修管理经验不足，检修质量难以保证，因此，在具备架空线路条件的地段，供电线尽量采用明线架空方式，以减少27.5 kV供电线电缆的使用。

4 应用效果

合福高铁闽赣段是一条山区高铁线路，桥隧比占90.5%，全线27.5 kV供电线有26条采用电缆敷设方式，其中电缆终端头有942个，在电缆施工和运行管理中，通过采取上述改进措施，取得了较好的效果，合福高铁自2015年6月开通运行以来，闽赣段全线27.5 kV供电线电缆运行可靠稳定，至今未发生一起供电线电缆故障。

5 结语

27.5 kV供电线采用电缆敷设，具有占地少，路径选择较为容易，且受外界干扰较小等优点，在今后的铁路客运专线建设中，特别是山区和地形条件复杂的铁路客运专线，将会得到更加广泛的应用。在实践中，仍需要运营维护人员不断总结经验，进一步加强施工质量控制，提高运营维护能力，完善各项管理措施，确保27.5 kV供电线电缆运行安全可靠。

[1] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.合福闽赣施图（网）-F3200供电线安装图，2012.

[2] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.合福闽赣施图变（网）-H70G32荷田变电所供电线平面布置图，2014.

[3] TB10758-2010 中华人民共和国铁道部 高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准[S]. 北京：中国铁道出版社，2010.

[4] TB10621-2014 国家铁路局 高速铁路设计规范[S]. 北京：中国铁道出版社，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

钟永发. 京福闽赣铁路客运专线有限公司，工程师，电话：13655042176。