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关于可视化自动接地系统一次侧故障类型及原因分析

发表时间：2020/9/23 来源：《基层建设》2020年第17期作者：彭伟明

[导读] 摘要：本文从可视化自动接地系统一次回路元器件、线缆技术规范入手研究一次回路设备本身运行可靠性以及设备故障对系统运行可靠性的影响，通过搭建测试平台检测一次回路设备各项技术性能指标，结合设备运行现状，提出产品设计优化、施工工艺控制以及运维经验总结三个提高设备运行可靠性的改善优化措施。

        广州地铁集团有限公司广东省广州市 510000
        摘要：本文从可视化自动接地系统一次回路元器件、线缆技术规范入手研究一次回路设备本身运行可靠性以及设备故障对系统运行可靠性的影响，通过搭建测试平台检测一次回路设备各项技术性能指标，结合设备运行现状，提出产品设计优化、施工工艺控制以及运维经验总结三个提高设备运行可靠性的改善优化措施。
        关键词：可视化;一次侧；故障类型；
        一、可视化自动接地系统概述
        1.1可视化自动接地系统
        接触网可视化自动接地系统由中央管理层、站级管理层、间隔设备层及各层之间通信链路组成，具备中央级、站级及现场级自动接地功能。系统一次设备主要分布在间隔设备层，一次设备直接与接触网正极连接，长期处于高压带电状态。
        1.2可视化系统一次设备
        可视化自动接地系统一次设备主要包含接地刀闸、熔断器、放电器、电压传感器、1500V直流电缆。当验电闭锁控制器接收到分合接地刀闸指令时，控制器下达接触网（轨）电压检测和判断防误逻辑的命令，系统采用两路电压传感器实时检测接触网（轨）电压，符合逻辑要求后，接地刀闸动作。
        二、可视化自动接地系统一次侧设备故障类型及原因
        2.1一次侧设备故障因素分析
        本文通过故障树分析（FTA）其可能存在的故障及其故障深层次产生的原因，通过识别其关键过程步骤，判断其失效模式，通过对可视化接地柜故障发生过程进行了以下故障树的制定。
        故障类型一：摄像头监控画面丢失。
        （1）摄像头数据回传失败：光锚路由器故障、数据线插头损坏；
        （2）摄像头失电：变电所电源空开跳闸、电源线端子头损坏；
        （3）摄像头故障：摄像头本体循坏。
        故障类型二：柜门开启报文出现。
        （1）柜门开启警报：人员检修打开、未锁紧柜门（天地杆较短、锁片挡片较短）、高压元器件故障短路击穿、DC1500V电缆短路、柜门锁片及天地杆变形；
        （2）行程开关故障。
        故障类型三：辅助电源消失报文出现。
        （1）辅助电源失电：400V低压交直流盘跳闸故障；
        （2）辅助电源故障。
        故障类型四：可视化分合闸指令反馈执行失败。
        （1）接触网有电：有电逻辑校验不通过；
        （2）分合闸逻辑校验不通过：邻站隔离开关状态或可视化接地状态不确定；
        （3）接地柜故障：电压传感器故障、放电器故障、快速熔断器故障、接地柜刀闸电机故障、接地柜刀闸片夹持过紧。
        经过FTA分析可识别出可视化一次设备运行可靠性影响关键性因素有1500V直流电缆、接地刀闸、高压一次侧元器件、接地柜本体等。

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        2.2影响一次设备运行的其他设备
        接地柜一次舱内除了与接触网（轨）正极直接相连的一次设备外，还有不属于一次回路里的其他设备，主要包含接地柜柜体、一次舱内加热器、电机、传动齿轮及二次线缆等元件。这类设备在某种特定状况下对一次设备运行可靠性存在一定程度的影响，容易在一次设备故障情况下产生次生伤害。
        三、直流电缆可靠性降低故障分析
        直流1500V电缆作为可视化自动接地系统一次侧最重要的设备，且发生故障时造成的影响较大，在本次研究中作为重点研究对象。直流运行可靠性降低的典型故障表现为接地短路故障，导致直流电缆发生此类故障的关键因素有电缆绝缘降低、机械破损、连接松脱。系统直流电缆与接地刀闸通过自锁螺母固定，电缆连接牢固，不易松脱，故本文不对电缆连接松脱部分作详细研究。
        3.1电缆绝缘降低
        造成电缆绝缘的主要原因有电缆泡水、受潮，电缆头施工工艺不符合要求，电缆长期超负荷运行，电缆绝缘层受化学腐蚀。结合可视化自动接地系统直流电缆技术规格、运行机理、环境及现场安装情况分析可知，由于可视化正极电缆主要安装在地面，受化学腐蚀影响较小。本文主要通过电缆绝缘测试及工频耐压试验，检测电缆在不同程度泡水状态下的绝缘性能变化，分析直流电缆运行过程中绝缘下降薄弱点。
        3.1.1工频耐压试验
        选取在露天段上线运行1年左右电缆开展电缆工频耐压试验及4h电压试验，电缆长11m，试验分为未泡水试验，电缆本体泡水试验，电缆头及本体泡水试验三种工况。未泡水及电缆本体泡水试验结果均无放电现象；电缆头及本体泡水试验过程中，当电压升值至3KV时，电缆铜导体沿局部外护套对水产生爬电火花，电缆外护套开始局部烧焦，电缆绝缘无击穿。
        3.1.2绝缘电阻测试
        选取长0.5m的电缆端子，分别测量端子泡水前后正极电缆绝缘电阻变化。由试验结果的得出，正极电缆端子泡水后，绝缘性能显著下降。端子泡水前，绝缘电阻为140G欧；端子泡水后，电缆表面干燥，绝缘电阻为57.2 G欧；端子泡水后，电缆表面潮湿，绝缘电阻为29.15 G欧。
        由试验数据可见，可视化系统直流电缆本体泡水对绝缘性能影响较小，电缆端子泡水后，由于水会流入电缆内部铜芯，且端子表面也呈潮湿状态，电缆绝缘性能下降明显，但短时间的泡水后电缆绝缘电阻仍达到G欧级别，满足正常运行绝缘要求，电缆端子长期泡水、积水受潮则存在一定风险。
        3.2电缆机械破损
        电缆机械破损主要受三个关键因素影响，一是敷设路径上与电缆直接接触的固定卡、刚性物体挤压导致破损；二是电缆弯曲半径过大，导致受外力过大破损；三是受温度影响电缆热胀冷缩相对移动挤压破损。电缆敷设安装过程中要充分结合现场安装条件，将刚性接触转变为软性接触，弯曲度符合标准要求，同时在特殊位置预留热胀冷缩移动量。
        结语
        本文从系统一次回路元器件、线缆技术规范入手研究一次回路设备本身运行可靠性以及设备故障对系统运行可靠性的影响，通过故障树分析其可能存在的故障及其故障深层次产生的原因，通过识别其关键过程步骤，识别其失效模式，分析出了故障现象对应的故障原因，并且通过目前的运维现状综合进行了接地刀闸、直流1500V电缆的故障分析。
        参考文献
        [1] 胡渊.地铁接触网可视化验电接地系统设计方案研究[J].科学技术创新，2019（19）：100-101.
        [2] 张绍静.接触网可视化接地系统在轨道交通中适用性探讨[J].江西建材，2015（6）：110.
        [3] 杨康.地铁接触网可视化自动挂拆地线系统研究[D].徐州：中国矿业大学，2016.