地铁35k V环网电缆故障快速查找与排除

2021-05-18马志超

探索科学(学术版) 2021年3期

马志超

中铁八局集团电务工程有限公司四川成都611731

1 引言

在地铁交通运行的供电系统中,35k V 环网电缆不仅使用广泛,而且发挥着重要的作用。它的施工时伴随着整个地铁工程建设一起进行的。对于电缆施工而言,很多因素都会影响到电缆时日后运行中的稳定性和安全性。由于地铁的施工环境比较特殊,因素也很多,如果施工过程中没有严格按照施工条件或者是施工工艺进行,就容易造成电缆的连接存在接头不稳定、老化等诸多问题。因此,快速查找故障点,并进行故障处理,以及持续改进对于地铁的交通运行具有重要的意义。

235 KV高压电缆的供电现状分析

35k V高压电缆的供电方式为:主变电所的35k V 出线开关由环网电缆向下级区域的变电站提供两个独立系统的电源,在车站变电所中同时将35k V电压转换成适合各区域的低电压,这样就可以向各接触网进行供电。由于地铁的用电安全性非常重要,为了保证供电的可靠性,在两个主变电所之间还设置了联络电缆,电力行业中对于这种供电方式称之为环网供电。这种供电方式最大的好处就是,如果遇到突发故障,当其中一个主变电所无法进行供电时,另外一个主变电所就会通过环网电缆将电源接通到地铁的电力系统,从而保证了地铁线路的正常运行。一般来说,一条电路运行大约有几十公里,进行35k V电缆敷设时,会在整条线路的中间设置若干个中间接头,这些接头施工时由于现场的环境因素影响,施工工艺以及使用年限等各种因素,接头会出现各种各样的问题。对地铁35k V环网电缆故障的各种因素进行统计发现,电缆的中间接头问题占了半数以上。这些问题的存在,使得地铁在运行时只能采用另外一个供电电源。如果另外一个电源也出现问题,将会造成不可逆转的影响。因此,一旦35k V环网电缆出现故障,第一时间找到故障点,对于尽快恢复电力系统供电起着决定性的影响。

3 地铁35 k V环网电缆故障快速查找方法

在地铁的供电系统中根据电路的实际布置需要,安装了很多电缆差动保护装置,这些装置可靠性强,动作灵敏,一般不会出现误动作。因此,可根据电缆回路差动保护装置跳闸的位置来判断故障发生的区域段。

在较早之前,通过电缆故障仪来测距,以及利用人工各段线路巡查的方式找到故障点。这种方式毫无疑问会耗费大量的人力物力。而且,为了保证地铁运行的可靠性,需要在最短的时间找到故障点,并且,由于故障发生后现象不一,被电流击穿后的电缆有的呈现高阻态,也有的呈现低阻态,这就对故障排查人员的技术水平提出了较高的要求。如果水平欠缺的排查人员,就有可能存在无法判断的情况,这样就导致漏排查了。另外,如果使用的是电缆故障仪进行排查,该仪器一般由于自身的测量误差和现场测量干扰,以及操作手法等影响,也会影响查找故障点的精确度。这样一来就耽误了故障的及时处理。

随着科学技术的不断发展,通过采用高压脉冲放电的方法来对故障点进行定位成了一种比较普遍的使用方法。事实也证明了该种测量方法能在较短时间内就找到故障点。比如在09年,南京地铁一号线上某区域段出现了电缆跳闸的故障。通过高压脉冲放电方法大约半小时就准确找到了故障点,大大缩短了电缆的抢修时间,从而将各种风险也降低到最小,确保可控。

使用高压脉冲放电时,由于电缆支架在轨行区明敷,或者在电缆沟进行敷设,它产生的电压经过芯线时只会对电缆的支架或者时屏蔽层进行放电,电流不会流入区间的巡道上,这就确保了巡道内的作业人员的人身安全。它的基本原理以及操作步骤如下:

如下图所示:

在图中的B1和B2表示试验变压器及控制箱,当电源的电压经过试验变压器及控制箱B1时被调压,再通过试验变压器B2后电压得到上升,由于电阻的存在,起到了限流的目的,D表示硅堆,整流后会对电容器C进行充电作用,当电容的电压值被上升到一定值后就会造成放电间隙被击穿,从而使得放电现象的产生。此时试验电压就会通过放电间隙对电缆进行放电。在电缆的故障点一般来说绝缘都是很低的,电缆被放电时会在故障点产生击穿现象,会有声音产生。因此,通过听声音,或者是查看电缆的外表有无击穿现象,就能准确地找到电缆发生的故障位置。

该实验装置能极大提高故障点寻找的效率和准确性,对于地铁故障抢修的时间把握起到了非常重要的作用。虽然高压脉冲放电装置起到了很大的作用,但是该试验装置结构以及元件的选择和制作并不复杂,根据目前地铁35k V环网电缆故障中使用的高压脉冲放电测试实际用到的检测设备,对高压脉冲检测的制作介绍如下:

首先,是对试验变压器进行选择。一般来说选用额定电流为3～5k VA的小型油浸试验变压器,最高能承受电压值为50k V;

其次,对限流电阻R进行选择。电阻值为0.5 MΩ 的水电阻,也可以寻找一些才来哦进行自制,方法也非常简单。选取一根潮湿状的树枝或者是布条来代替水电阻。它主要起到的是限流的作用,有效分担B1和B2的负荷,确保线路不会跳闸。同时也使得在放电间隙处一直产生间断放电;

硅堆D的选择。选取一根0.03 A的或者是几根并联使用。并联的电流总和要保持0.03 A不变。反向耐压视电力电缆的电压根据等级来定。在上图的原理图中,试验变压器B2自身附带的;

电力电容C:考虑到实际的应用,容量为2μf的就可以了。电压等级为4万伏特;

放电间隙:选用通用型的即可。电极的规格为直径6x70 mm,材料为套丝铜质的螺标。在放电极的中间到接线的那端要套满丝,这样就可以很容易台哦正接线和间隙之间的大小。

不过在使用脉冲放电仪器测量时,也要注意以下事项:

第1,按照正确的测量要求进行接线,电缆的屏蔽层要可靠进行接地连接。电阻和放电间隙为了避免导电,必须要放置在绝缘物体上,确保所有的操作正确时候才能进行放电操作;

第2,为了仪器工作时负载不能超过其额定值,在电容上所施加的电压值不能超过电容的耐压值。如果放电间隙在3 mm 左右,可以进行适当的微小调节,但是调节的幅度要适度控制,太大或者太小都不合适。如果太小的话,放电的电压值较低,在故障点处的放电声音就会很小,很难被发现;而如果太大,虽然放电声音增大了,容易被发现,但是放电的周期会延长很多,不利于故障排查的时间缩短。

4 地铁35 k V环网电缆故障处理与改进措施

如果是电缆头出现问题需要进行更换,会给实际的操作带来较大的难度。因为电缆线在敷设时,一般都不会预先留下一定的长度。当电缆中间接头短路被击穿后,首先要将故障的部位切除,再使用一段新的电缆进行连接。这样就相当于需要两组电缆的接头,整个维护工作耗时较长。这种方法一般要到第二天才能恢复电缆的供电。通过对故障方法查找的改进,保障了后续维修时间。此外,对电缆头的制作工序进行拆分。用于增加的电缆接线提前将外保护套和绝缘层等部位进行打磨。这些工作都要在地铁运营结束前,在维修工地完成。当地铁运营结束后,带好这些维修材料,将故障点的电缆断开,就可以在最短的时间内完成。

在实际维护过程中,根据遇到的情况,以及检验的不断累积,对电缆故障的处理工作进行了适当的改进,具体的措施为:①分析故障回路的差动保护模块的记录,以确定故障回路的相别,并为了后续抢修时间的缩短,将该相的电缆终端接头拔出;②为了准确判断故障点,进行绝缘测量和故障点的测距。并且准备好高压脉冲测试相关设备;③同步安排人员对接线电缆进行制作,电缆线的两端用保鲜膜包住,防止受到灰尘等的污染;④等地铁运行结束后,分别安排维护人员进行巡线和材料的搬运。要从距离故障点最近的车站接入故障区,以缩短整个抢修时间;⑤在进行高压脉冲测试时,根据电缆的走向来观察声音。当电压上升时,故障点与放电间隙的周期和声音是一致的,而且频率比较高,很容易被发现;⑥确认故障点后,对其进行切断。要注意的是切断的电缆长度不能大于新准备的电缆长度,否则会造成新电缆接入长度不够。电缆切割后进行绝缘测试,确定故障点是否有多处的可能性;⑦分两组人员完成电缆线的连接,最终要对连接后的电缆线进行绝缘测试,确保整个线路的运行安全性。