地铁35KV环网电缆故障快速查找与处理

1、地铁35KV环网电缆故障快速查找与处理1.35KV高压电缆的供电现状地铁35KV供电系统是地铁供电系统中的重要一部分，其供 电方式是：主变电所 35KV出线开关柜通过环网电缆向各供电分 区的第一级车站变电所提供两路独立的电源， 车站变电所将 35KV 电源转化为400V及DC1500V向车站机电负荷及接触网供电， 同时经过开关分配，再通过 35KV电缆向该供电分区的其它变电 所进行供电。 为保证地铁供电的可靠性， 在两个主变电所之间还 设有联络电缆， 这种供电方式称为环网供电。 当一个主变电所因 故退出供电时， 可由环网电缆将另一个主变电所的电源引入， 确 保整条线路的正常运营。 如一号线的新

2、街口和张府园间、 二号线 的新街口和大行宫间、 南延线南京南站和花神庙间均敷设有联络 电缆，从中可以看出35KV电缆的重要性，它在整个系统中起着 输送、联络及桥梁的重要作用。35KV电缆敷设时，由于受制造长度的限制， 中间使用若干电缆中间接头进行连接。 电缆中间接 头在施工建设期间， 现场条件比较差， 电缆和接头在工厂制造时 环境和工艺要求都很高，而施工现场温度、湿度、灰尘都不好控 制。另外电缆施工过程中没有严格按照工艺施工或工艺规定没有 考虑到可能出现的问题也会加快电缆接头的老化。以上这些原 因，使得电缆中间接头成为环网电缆的最薄弱环节， 亦即在 35KV 高压电缆故障中， 电缆中间接头故障

3、占了绝大多数。 一号线从开通运营至今已有六七年， 已发生多次电缆接头击穿的故障， 造成 电缆回路开关跳闸停电，供电可靠性大大降低。如08年 4月 6日，皋珠 2#线电缆中间接头故障，造成地铁大厦、珠江路站及 新街口站只有一路电源供电， 一旦另一路停电或故障， 后果可想 而知。因此，在最短的时间内处理好电缆接头的故障，尽快恢复 供电是我们必须要攻克的难题。电缆中间接头故障发生后的抢修处理主要分为电缆故障点 的查找及电缆头的更换两部分， 其中电缆头的更换可参照电缆头 厂家的制作工艺进行， 时间是可控的。 而电缆接头故障点的确定 则与电缆的长度、 电缆的敷设方式等有关， 因此故障点的查找所 需时间有

4、很大的偶然性。 由于地铁供电系统设计时， 为了提高保 护装置的灵敏度及限制故障接地电流，35KV采用的是小电阻（阻值 19.8 欧姆）接地系统。当一相电缆头击穿接地后，该相电缆 中电流通过小电阻再回到电源变压器的中性点，这样接地电流 匸U/R=35000/ V3*19.81000A。35KV电缆的主保护是差动保护， 其整定值一般设为 150A 左右，即当电缆回路的接地电流达到 150A 时，电缆回路两侧开关瞬时跳闸，将故障线路切除。由于 差动保护灵敏及无延时的特点， 当电缆击穿后， 故障点并不明显， 几公里长的线路上仅有一个很小的点， 如图 2 所示，这就给人工 查找故障点带来了很大难度。 因

5、此， 必须使用电缆查找专用设备 再辅以人工巡线及其它试验方法才能缩短电缆故障的查找时间， 亦即缩短了整个故障的处理时间。2. 电缆故障的查找方法 电缆差动保护装置可靠、灵敏，误动作的机率很小，所以电 缆回路差动保护跳闸后即可认定该回路发生了故障。 故一般不采 取人工试送电的方法恢复供电， 而是改变运行方式， 开通相应变 电所的母联开关供电。 前期， 我们采用电缆故障仪测距及人工巡 线的方法查找故障点， 但由于电缆击穿后的现象不尽相同， 故障 点有的呈高阻状态有的呈低阻状态， 会造成抢修人员对故障波形 判断上的差异，另由于电缆故障仪自身的误差、现场干扰等，往 往测出来的故障点离真正的故障点较远，

6、 反而延误了人工巡线查 找，即使偶尔故障点测距较准确， 但由于故障点太小不明显及电 缆敷设等原因， 巡线人员仍不易发现。 所以前期的电缆故障处理 中，查找故障点需要一整夜甚至更多的时间，费时费工。近年来，我们通过不断摸索，尝试用电缆故障仪初步测距， 同时增加了采用高压脉冲放电法由现场巡线人员听放电声响的 方法来进行定位，每次均能在很短的时间内找到故障点，如 09 年11月7日20:55,安德门至小行区间35KV1#线电缆故障跳闸， 我们在采用常规查找方法的同时， 利用高压脉冲放电法查找， 0： 20 分进入轨行区，在 1: 35 分找到故障点； 10 年 2 月 17 日 21: 43，得胜

7、1#线电缆故障跳闸，利用同样方法， 0: 10 分进入轨行 区， 0: 35 分即找到了故障点。地铁35KV电缆采用电缆支架在轨行区明敷或电缆沟敷设， 所以高压脉冲放电法试验时， 试验电压经过芯线只会对电缆支架或电缆自身的屏蔽层放电， 不会对区间里巡道等作业人员造成伤 害，安全、可靠。以下介绍脉冲放电的基本原理及步骤：工作原理如图1,图1中：B1、B2为试验变压器及控制箱。 电源电压经B 1调压器调压，试验变压器B 2升压，电阻在此作 限流作用，硅堆D整流后向电容器C充电， 当电容充电到一定电 压值时， 使放电间隙击穿放电， 试验电压便经过放电间隙向电缆 放电。 由于电缆故障点处绝缘必然较低，

8、 故在电缆故障点处产生 击穿放电，我们循放电声检查就准确地查出了电缆的故障点。元件的选择及制作：试验变压器：选用3或5kVA的小型油浸试验变，最高电 压 50KV。限流电阻R: 0. 5MQ水电阻，现场也可以就地取材，临 时自制，找一节50CM长的青树枝或相近长度的潮湿布条代替水 电阻，其作用是限流，不至于使 B1、B2过负荷跳闸，同时也是 为了使放电间隙不断地产生间断放电。硅堆D: 0. 03A或两根0. 015A并联使用，反向耐压视 电力电缆电压等级而定。我们利用的是试验变压器B 2自带的。 电力电容C:选用电容量 2卩f即可，电压等级为 4万伏。放电间隙：通用型，放电极选用 6X70mm

9、的套丝铜 质螺标， 放电极的中间至接线的那一头套满丝， 便于接线和间隙 大小的调整。使用方法及注意事项：（1）按图1接线，L点接故障电缆的芯线，电缆屏蔽层要可靠接地。电阻R1及放电间隙必须悬空或放置于绝缘台上。确认接线正确，方可送电。（2电容上所加电压值不得超过电容器的耐压值， 以防止电容爆裂， 放电间隙 以3mm左右可调，但不可太小，亦不可过大。太小时，放电电 压较低，故障点放电声较小不易发现，过大了，放电声增大，但 放电周期延长同样不利于现场判断。在变电所电缆插拔头处试验时应由二人进行， 一人操作， 一 人监护； 线路上同样必须有两人以上， 并及时与所内的试验人 员联系，发现放电点后，立即

10、通知所内人员停止试验，同时做好 接地措施后，方可接近故障点。采用上述方法查找电缆故障点步骤总结为：（ 1）根据保护 装置的记录找到故障所处的相别。 （ 2）拆除该相的电缆插拔头， 用绝缘表进行校验确认。（ 3）电缆故障仪测距进行初步定位。（4）高压脉冲放电法试验，巡线人员循声响找出故障点。3.电缆故障点处理中流程的改进本文前面提到， 电缆头的更换参照电缆头厂家的制作工艺进 行，时间是可控的。但由于电缆敷设时，在电缆接头处并无预留 长度，电缆中间接头击穿后，将故障部位切断，必须用一段电缆 进行连接，这样必须重新制作两组电缆接头，恢复工作量较大。 自 2009 年 5.28 网络化运营后， 列车回

11、库时间推迟， 一号线夜间 轨行区作业时间不超过 3 个小时， 扣除故障点查找的时间， 用于 电缆头更换的时间仅有 1-2 小时。前期，环网电缆故障跳闸后， 我们当天夜间时间用于查找故障点， 第二天白天准备材料， 夜间 进行电缆头的更换。 考虑到电缆故障后， 多个车站只有一路电源， 为保证运营的可靠供电， 我们采用了上述的故障查找方法， 为当 日恢复供电挤出了宝贵时间。 在电缆头制作方面， 我们经过分析 并模拟制作， 决定将电缆头制作的工序进行分解， 将新增加的一 段电缆先进行外护套、主绝缘及半导体层的剥削及打磨， （因为 这些工序占了电缆头制作的大部分时间），能提前做的工作量， 我们在运营结束

12、前先行在维修工班做完， 在运营结束进入轨行区 后，仅需对原电缆的两端进行开剥，便可将电缆两端对接，再进 行绕包等工序即可很快完成， 节省了现场制作电缆头近一半的时 间。这样在当日运营结束前发生的故障， 第二天运营前便可全部 处理结束。经过对电缆故障查找及电缆头制作流程改进后， 现在我们的 抢修步骤是：（ 1）根据故障回路差动保护模块动作记录确定故 障回路相别，并解开该相的插拔式电缆终端头 （为缩短抢修时间， 一般只拆开电缆的一端，另一端可以不拆）；（ 2）对该电缆进 行绝缘测试及故障点测距，初步判断故障点位置，同时，将高压 脉冲法试验的相关设备连接好，提报轨行区作业计划。（3）在做 1、2 步

13、的同时，安排人员准备抢修材料及电缆剥削工具、临 时照明等：电缆中间接头 2 组，同规格电缆 5-8 米，并先将该电 缆两端主绝缘及其他部分开剥好， 剥好后用塑料保鲜膜包好， 防 止灰尘进入。此项工序可节约现场时间 50分钟左右。 （4）夜间请点后， 分三批人员进入故障电缆所在区间， 其中两批人员负责 人工巡线， 分别从电缆敷设区间的两端车站进入区间。 抢修负责 人带领另一批人员（ 4 人以上，抢修主要力量）带好抢修材料工 具，从距“故障点”最近的车站进入区间。（5）抢修负责人通知变电所的试验人员开始加电压做脉冲放电试验， 区间人员根据 电缆走向观察声响。 一般在加压试验时， 放电间隙的放电周期

14、和 声响与区间故障点是一致的， 且由于高压放电声响频率较高， 具 有很强的指向性， 所以只要故障电缆有放电发生， 在 200 米左右 均能听见，即使电缆在沟内敷设，也能发现。一旦找到故障点即 可通知所内试验人员停止加压。 （6）现场确认该处为故障点后， 将该处电缆接头切除。 因电缆支架上敷设有多路电缆， 切割时必 须用仪器鉴别确无电压方可，以防触电。切割时要测量好长度， 切割长度不得长于新接入的电缆长度， 否则连接不上， 造成前功 尽弃、抢修失败；亦不可过短，否则电缆连接后比原来长，不易 敷设到支架上。一般故障电缆的切割长度比新电缆短30-50CM为宜。电缆切割后，需在现场分别对两端进行绝缘测试，检查是否 正常，其目的是防止有两处以上的故障点。 确认回路无第二处故 障点后， 通知另两组区间巡视人员撤离轨行区， 赶至变电所协同 所内试验人员准备电缆抢修后的电气试验及插拔头恢复工作。 （7）电缆故障点切割后，分两组开始按中间接头制作工艺施工 与原电缆对接，全部工序完成后，将电缆放回支架 。此时变电 所试验人员可以对已处理过的电缆进行绝缘测试， 测试合格后进 行耐压试验。区间抢修人员、 工具、材料全部撤离轨行区后销点。 （8）耐压试验合格后，恢复