浅谈轨道交通供电系统环网电缆孔洞封堵技术改造

马静 MA Jing

（兰州市轨道交通有限公司运营分公司，兰州 730000）

1 供电系统概述

兰州市轨道交通1 号线一期工程全长26 公里，均为地下站，全线共设车站20 座，设车辆段和停车场各1 座。其中供电系统设主变电站2 座、牵引降压混合变电所13座、降压变电所9 座、跟随式降压变电所8 座。

1 号线供电系统采用集中供电的外部电源方式，综合考虑1 号线一期工程里程及规划线路预留，分别在西客站和东岗设置2 座主变电站，由来自不同外线的两路电源分别接入两个主变电站，经AC110kV/35kV 降压后通过中压环网分别向全线提供AC35kV/DC1500V 的牵引电源以及AC35kV/0.4kV 的动力照明电源。

2 供电系统环网构成

2.1 环网构成

1 号线供电系统通过AC35kV 电缆对各变电所之间进行环网连接，构成轨道交通供电系统中压环网的供电网络。中压网络将全线的牵引降压混合变电所和降压变电所分成若干个供电分区，各供电分区的变电所通过环网形式连接，并以双回路馈线向各牵引降压混合变电所、降压变电所供电。中压网络作为轨道交通供电系统中承上启下的中压环节，环网设备容量和电缆截面均考虑最大高峰小时运行图的负荷，同时满足当环网中任一条电缆故障时能保证轨道交通正常运行的要求。

2.2 环网分区

兰州市轨道交通1 号线一期工程综合全线负荷分布及远期线路延伸的需要，共设置5 个供电分区（见表1）。

表1 供电分区

其中西客站主变电站负责第一、二、三分区供电（见图1），东岗主变电站负责第四、五分区供电（见图2）。每个供电分区均从主变电站35kV 侧两段母线上分别引接一路电源，实现两路不同的电源对车站变电所供电。在相邻两座主变电站供电范围分界处的文化宫站设置环网分段开关，以便于事故时的支援供电。

图1 西客站主变电站供电系统图

图2 东岗主变电站供电系统图

2.2.1 正常运行方式

文化宫站环网分段开关打开，由两座主变电站分别承担各自供电分区范围内的全部负荷，每座主变电站的两路110kV 电源和两台主变压器同时分列运行，向各自供电分区的车站变电所供电。

2.2.2 故障运行方式

当任意一座主变电站发生故障退出运行且35kV 母线无故障时，则改变运行方式，切除全线三级负荷，由另一座主变电站向全线一、二级负荷供电，即通过环网联络开关进行全线支援供电。当任意一座牵引降压混合变电所或降压变电所的35kV 进线电缆故障时，首先切除该故障回路，然后合上牵引降压混合变电所或降压变电所的35kV母联断路器，即通过车站母线联络开关进行本所支援供电。

2.3 环网电缆

①全线35kV 环网电缆每一回路均为品字形布置，安装在电缆支架上。电缆均应按照相同的上下排列顺序配置，35kV 回路的相互备用电缆应配置在不同层的支架上。②环网电缆敷设前，应检查环网电缆通道是否顺畅，并清除通道内的杂物，电缆外表面应无损伤，电缆的绝缘性能应良好。环网电缆敷设时，在一些重要的部位，如转弯处、井口，应配有有敷设经验的人员进行监护，避免电缆敷设出现差错，并应防止电缆遭受铠装压扁、电缆绞拧、护层折裂、绝缘破损等机械损伤。③安装过程中电缆、支吊架与接触网、管道等之间的距离应符合《轨道交通设计规范》（引用[1]）和《电力工程电缆设计标准》（引用[2]）的要求。在一期工程线路末端变电所预留环网供电条件，以便于线路延伸的需要。

2.4 封堵要求

①贯穿防火封堵材料应符合现行行业标准《防火封堵材料》（引用[4]）的要求，且应按工程设计情况增加材料对环境适应性的测试。②贯穿防火封堵组件的耐火极限不应低于被贯穿物的耐火极限，其耐火性能应按国家公共安全行业标准《防火封堵材料的性能要求和试验方法》测试合格。③除了GA161 中要求测试的理化性能技术指标外，防火封堵材料还应按工程实际情况增加对环境适应性的测试，如膨胀性、伸缩性、化学兼容性、化学稳定性、防腐性能、使用温度范围和材料使用的适用性等。贯穿防火封堵的选择应综合考虑贯穿物类型和尺寸、贯穿孔口及其环形间隙大小、被贯穿物类型和特性，以及环境温度、湿度条件等因素。④防火封堵材料不得含有卤素，不得含有挥发性有机溶剂，不得产生有毒气体，其中的成分也不得腐蚀电缆。防火封堵材料在其有效期内无剥落、开裂、变质、流油等现象；有效期内，防火封堵材料表面不得由于环境潮湿，发生生物霉变而腐蚀电缆。

3 环网电缆孔洞封堵缺陷事件

3.1 事件概述

2022 年某日，兰州市轨道交通1 号线正常运营期间，A 列次车司机在B 车站停站完成乘客乘降作业后发车，在行驶出站约20m 处轨道左侧发现较大异物，司机立即上报控制中心，控制中心组织后续车次C 列次车司机限速确认异物情况。C 列次车司机到达异物区段后下车确认异物情况，判断不影响行车并上报控制中心，控制中心通知司机将该异物带至司机室后继续行车。此次事件影响C列次车终到晚点153 秒，事件发生后，相关部门立即赶往放置异物的地点进行事件分析。

3.2 事件调查

3.2.1 现场检查

经专业人员查看，异物为边长约800mm 左右、材质为石膏板，结合司机描述异物掉落的位置，初步判断为区间某处孔洞的防火板。夜间停运后，专业人员至异物掉落地点的轨行区进行全面排查，在B 车站出站上行K31+800处发现变电所电缆夹层环网电缆入口孔洞的防火板破裂脱落，处理人员将轨行区地面残留防火板碎片进行清理，同时将孔洞处残余防火板松动部分进行拆除（引用[3]），确保不影响次日运营轨行区行车安全。

3.2.2 设计要求

兰州市轨道交通1 号线一期工程设计施工图要求供电系统35kV 环网电缆沿轨行区经电缆桥架进行敷设，至车站变电所轨行区电缆夹层处开设孔洞（1500mm*400mm），35kV 电缆通过夹层孔洞进户及出户（见图3）。同时1 号线设计文件要求“环网电缆敷设完成后，应对所有与环网电缆敷设相关的孔洞进行防火封堵。环网电缆孔洞封堵应满足3 小时防火要求，且应满足《防火封堵材料》（引用[4]）”。因设计文件对环网电缆孔洞防火封堵的工艺要求未进行具体描述，施工单位现场施工时结合工程经验采用膨胀螺栓将防火板四个角进行固定。

图3 变电所电缆敷设图

3.2.3 原因分析

对照《变电检修规程》中35kV 区间电缆巡视规定（引用[5]）“电缆孔洞密封性应良好、严密，巡视周期为1 个月”，经调查此事件位置的区间电缆巡视表，最近一次巡视时间合规，巡视结果正常，判断巡检人员巡视时防火板还未出现松脱迹象。

经认真分析研判，事件原因一是电缆孔洞封堵使用的防火板材质为石膏板，硬度较低；二是固定防火板采用四个膨胀螺栓分别固定在四个角，而防火板其他位置未受到固定作用力；三是环网电缆作为电力一次电缆且对于支架及转弯半径等敷设要求较高，致使孔洞开设较大（引用[6]）（1500mm*400mm）；四是孔洞位于B 车站出站处的轨行区变电所电缆夹层，位置较低。综合考虑以上因素，环网电缆入户孔洞因封堵板材、固定方式的问题，使之在长期隧道活塞风的作用下出现松脱，加之孔洞位置较低及面积较大，又处于车站轨行区出站口处，受到的活塞风作用更加强烈，最终致使防火板破裂脱落造成轨行区异物事件。为规避再次发生同类事件，针对1 号线全线区间环网电缆入户孔洞，开展防火封堵紧固严密的全面排查，并进行封堵工艺的技术改造。

4 环网电缆孔洞封堵技术改造

4.1 封堵材质

通过行业调研、规范阅览以及实物比对，将对1 号线区间环网电缆入户孔洞的封堵材料，由原来的石膏板更换为强度更高的纤维增强型硅酸钙防火板。

4.2 固定方式

通过专业人员对多种固定方式的实际演示实验，将对1 号线区间环网电缆入户孔洞的固定方式，由原来的仅使用膨胀螺栓的固定方式更换为两侧长边进行角钢压实同步防火板四角膨胀螺栓的固定方式。

4.3 现场实施

对全线轨行区电缆夹层孔洞数量、形状、面积和既有封堵方式及状态进行统计分析，计算出全线补充和更换所需防火板、膨胀螺栓、角钢和防火泥的具体需求量并进行采购。对原有防火板和膨胀螺栓进行拆除，结合现场实际进行纤维增强型硅酸钙防火板裁剪、开孔以及固定方式的确定，安装方式采用带孔角钢包围上下边加M10*80 膨胀螺栓固定（见图4）。防火板固定牢靠后，利用防火泥对电缆缝隙及开孔周围进行封堵，确保孔洞封堵满足规范要求。

图4 环网电缆孔洞封堵图

5 小结

城市轨道交通供电系统中压环网是保障供电系统正常输电的重要条件，通过全线轨行区敷设35kV 电缆在轨行区电缆夹层开设孔洞进出各变电所的方式将全线各个变电所连接起来，形成一个完整的中压供电网络。由于电缆夹层开设的孔洞均在轨行区，所以孔洞防火封堵，既要满足防火规范的要求同时要满足牢靠固定的要求，确保轨行区行车安全。通过以上运营线路实际发生的事件及制定的提升技术改造，将有力的确保轨行区孔洞封堵牢靠，以保障运营安全。