牵引供电系统电缆线路常见故障的研判

牵引供电系统电缆线路常见故障的研判

苏安琪1 ,李浩然2

大连地铁运营有限公司1，辽宁大连   116000

大连公共交通建设投资集团有限公司综合培训中心2，辽宁大连  116000

摘要：随着牵引供电网络年久老化，尤其是朔黄铁路重载大功率高密度的运行模式，电缆不断承受瞬间的高压大电流冲击，故障和障碍时有发生，遇有故障即引起供电中断，造成电力机车“趴窝”。短时间扰动运输秩序，长时间将影响运输运量。为此需要快速查明障碍或故障，最大限度缩短因故障引起的停时，确保运输高效运行、安全正点。

关键词：牵引供电；电缆线路；几种故障；研判

引言

地铁牵引供电系统大多由电力机车、牵引网、电缆等几部分组成，由于该系统采用直流牵引方式，具有非线性强、电压波动大、电缆引发的充电无功功率大等诸多特征，其接入对城市电网电能质量以及供电可靠性、稳定性都带来了较大的影响。为了防患于未然，在轨道交通接入前进行电能质量预评估并提出相应的预防性措施，可提高电网的电能质量及供电可靠性和稳定性，消除轨道交通接入对电网造成事故的潜在隐患。

1牵引电缆网络

牵引电缆网络由供电电缆和回流电缆组成，承担着接受主变电所中压电源并将电能传输及提供给牵引变电所的功能。牵引电缆网络与接触网平行敷设，且通常敷设于列车行车方向的左侧。不同路段的电缆敷设方式也不尽相同。对于地下段，若为双洞双线，则牵引电缆通常通过支架形式敷设于中墙上；若为单洞双线，则牵引电缆通常敷设于道床两侧的电缆沟槽内。对于地面段，牵引电缆既可通过支架方式敷设，也可埋设于电缆沟内；对于高架段，牵引电缆或敷设于电缆槽，或通过支架方式敷设。城市轨道交通供电系统牵引电缆一般采用35kV交流单芯铠装电力电缆。根据绝缘材料的不同，普通电缆可分为聚氯乙烯（PVC）绝缘电缆、交联聚乙烯（XLPE）绝缘电缆。由于聚氯乙烯燃烧时会释放有毒气体，所以城市轨道交通地下线路普遍采用交联聚乙烯（XLPE）绝缘聚乙烯护套电力电缆，地面及高架线路通常采用交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆。城轨交流牵引供电系统的牵引电缆系统优先选择两相平行紧密布置的35kV单芯电缆，也可考虑采用标准三相35kV电力电缆用于牵引供电，其中两相工作，一相备用。牵引电缆需根据系统远期高峰工况用电负荷及电缆载流量选择和配置合适的电缆类型、电缆截面积和电缆回数。

2物理性损伤

电缆本体遭受机械性外力破坏，绝大部分故障属于此类情况。（1）工程设计方面。电缆敷设路径的特殊路段设计时未采取特殊处理方案，一旦发生地基负重或变形即可能产生下沉现象，直接损坏电缆；在转弯处折断电缆或造成电缆中间接头内部绝缘降低而发生击穿；机械碰撞损坏电缆。（2）工程建设方面。接触网及变电所工程管理不严、标准不高等造成单相工程质量低下。（3）电缆施工方面。电缆裕度不足、终端及中间头工艺粗糙、敷设电缆强拉硬拽等为电缆线路日后运行埋下安全隐患。（4）自然因素方面。电缆径路上地形变化或地震等地质灾害，会造成电缆承受机械拉力导致电缆被拉断；气温太低或太高也可能引发电缆附件变形损伤绝缘。（5）运行方面。牵引供电系统电缆自身重力引起固定构件或悬挂支撑长期疲劳变形，引发电缆接头拉伸故障；电缆长时间在高低电压大小电流间反复运行，电缆内积存的电荷在瞬间叠加，极易产生大于工作电压的情况，电缆大负荷长期运行老化严重，导致故障发生。

3仿真计算结果应用于辅助决策的思路

论文的主要工作包含供电计算和辅助决策两部分，从两者的关系而言，仿真计算方法的研究和软件仿真计算功能的开发是辅助决策研究的基础，仿真计算结果是辅助决策的输入数据，因此需要获取尽可能全面和准确的计算结果，通过应用相对成熟的仿真计算方法，开发相对全面的仿真计算功能来达到这个目的。地铁牵引供电系统的运行是一个抽象的过程，具体的运行状态受到多种复杂因素的影响，对于地铁供电管理人员而言，仅仅凭借工程实际中积累的经验难以对供电系统进行科学的管理，确保系统的安全稳定运行。此时，需要充分利用仿真计算软件，通过构建仿真模型，依托研宄提出的仿真计算方法，得到相对准确的仿真计算结果，该结果所代表的不仅仅是一个计算得出的数值，他们能够从某个侧面反应供电系统在不同负荷条件下的运行情况，而对系统运行状态的评估，也与通过调研总结得到的供电管理决策需求相吻合。由此可见，地铁供电仿真计算结果具有深入挖掘的价值，以仿真计算结果为基础开展供电管理辅助决策研究具有现实意义。除了仿真计算结果之外，系统的运行数据也能够作为辅助决策的依据，例如通过设备故障的时间和次数反映设备运行的可靠性，从而提出相应的提升建议。然而，与利用静态数据所进行的辅助决策相比，仿真计算结果具有一定的优势。利用系统参数进行仿真计算得到的仿真计算结果逻辑性更强，对系统运行情况的反应更加全面，同时能够发现系统潜在的问题。

4城轨交流牵引供电系统钢轨电位

城市轨道交通具有列车发车间隔小、行车密度高和钢轨对地泄漏电导小的特点，又因接触网电压等级相对较低，牵引电流相对较大，导致列车运行时钢轨电位很高。前文中提到电压等级取6.0kV时，牵引所间距5km时最大钢轨电位171.4V，故障工况牵引所间距10km时最大钢轨电位达318.9V，钢轨电位都已超过120V。过高的钢轨电位会对铁路沿线各种设备、轨道信号电路、轨枕绝缘以及人员生命安全造成危害，因此需采取各种方法降低钢轨电位。国内外对交流电气化铁路降低钢轨电位的方法和措施已有深入研究，具体来讲主要有增大钢轨泄漏电导、上下行钢轨横向连接、AT供电方式增设保护线PW并通过CPW线横连、直供方式钢轨并联架空回流线NF、增设集中接地极以及沿线路增设贯通地线GW等[57]，这些方法都值得借鉴用于城轨交流牵引供电系统钢轨电位的治理。但城市轨道交通采用工频单相交流牵引供电系统后，其接触网电压等级和全线牵引所分布与干线铁路大为不同，具体采用何种技术措施以及其技术设计参数值得详细研究。基于此，本节通过搭建的城轨交流牵引供电系统的MATLAB/SIMULIK仿真模型，仿真分析采用不同钢轨电位限制措施下的钢轨电位，提出适用于城轨交流牵引供电系统的钢轨电位限制措施。

结语

牵引供电系统在电气化铁路中尤为重要，一旦发生故障，将中断电力机车的供电，直接影响铁路正常的运输秩序，为此在电缆线路发生故障时，迅速找到故障点，快速查明故障原因，尽快恢复供电，最大限度地保障安全可靠不间断供电，为铁路运输安全畅通提供技术支撑。

参考文献

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［2］孙才勤．地铁供电系统谐波无功功率的综合治理方案［J］．电气化铁道，2009(5):40－43．

［3］赵顺，曾志．地铁24脉波整流机组特性及谐波分析［J］．电子元器件应用，2012，14(5):38－41．

[4]魏宏伟.特长铁路电气化隧道刚性悬挂电气参数的分析[A].中国铁道学会电气化

委员会、变电分委员会.电气化铁路牵引变电所新技术年会论文集[C].中国铁道学会电气化委员会、变电分委员会:,2007:8.

[5] 王振林,江亚朔,董宇鹏,赵明明. 35kV 城市轨道交通用电力电缆的感应电压及其接地的处理[J]. 电线电缆,2016,(03):24-26+29.