信號電纜燒損事故的分析和思考

朱華金 上海鐵路局電務(wù)處

由于客專、高鐵等新線均采用綜合接地系統(tǒng)，各專業(yè)設(shè)備共用貫通地線，動車運(yùn)行時貫通地線及其分支連接線中的牽引回流對信號設(shè)備的影響不容忽視。下面，就從一起典型事故的調(diào)查分析入手，探索其中規(guī)律。

1 事故概況

2012年8月8 日11：33開始，客專線某站控制臺先后出現(xiàn)信號機(jī)復(fù)示器閃光（X、XF、D3、D1），軌道電路紅光帶（站內(nèi) 3-9DG、IIAG、7-11DG、IAG、1-5DG）、7#道岔失去表示等故障現(xiàn)象。

工作人員現(xiàn)場處理故障時發(fā)現(xiàn)該站東部站臺外側(cè)100m附近電纜槽內(nèi)，一根橫在信號電纜下面約0.9m長的連接線（該連接線為45#電桿基礎(chǔ)與貫通地線分支連接線）已經(jīng)嚴(yán)重?zé)蹟?，與該分支連接線直接接觸的11根信號電纜也受傷嚴(yán)重、出現(xiàn)燒損。

2 現(xiàn)場調(diào)查

為查明地線分支連接線燒熔和電纜受損具體原因，對該站進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)查和測試。

（1）調(diào)查電纜燒損點基本情況。檢查電纜燒損處的45#電桿基礎(chǔ)與貫通地線連接分支線發(fā)現(xiàn)，該分支線線徑為35 mm2線，該線一頭做成線鼻子被電桿基礎(chǔ)螺栓可靠壓接，另一頭通過冷壓接頭與地線分支線相連接，冷壓接頭銹蝕已經(jīng)較為嚴(yán)重，其與電桿基礎(chǔ)間的三分之二連線已經(jīng)熔斷，冷壓接頭與綜合地線端子間無發(fā)熱和燒損痕跡。受損電纜全部是與貫通地線連接分支線直接接觸、同溝的電纜。

（2）調(diào)查雷擊導(dǎo)致事故的可能性。通過現(xiàn)場儀表測試發(fā)現(xiàn)，與地線分支線直接相連的電力電桿基礎(chǔ)螺絲與電桿鋼柱是直接連通的。甩開電桿下部各連接線，直接測試45#電桿以及附近42#電桿對地電阻都是15Ω。如果發(fā)生雷擊擊中45#電桿，大部分瞬間強(qiáng)電流就會通過電桿以及對地電阻更小的貫通地線流向大地、而不是具有較大對地電阻的電桿基礎(chǔ)鋼筋。通過與電力部門查證發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生時該電力分相區(qū)內(nèi)并沒有發(fā)生跳閘現(xiàn)象。車站值班人員和應(yīng)急值守人員回憶事故發(fā)生時天氣晴好、并無雷聲。查看當(dāng)天該地天氣預(yù)報無雷雨預(yù)報。夜間上道檢查也未發(fā)現(xiàn)電桿被雷擊中痕跡。由此基本排除雷擊導(dǎo)致地線分支線燒融的可能性。

（3）調(diào)查該站東部扼流變等設(shè)備連接情況?，F(xiàn)場核實牽引變電所在該站西頭，該站側(cè)線股道的扼流變斷點全部設(shè)置在東部。該站東部下行正線靠近SI出發(fā)信號機(jī)30m處設(shè)一空扼流變，其中心端子有兩根連接線，調(diào)查發(fā)現(xiàn)其中一根接地（對地電阻為零），另一根應(yīng)為IG與IIG扼流變之間的橫向連接線，但現(xiàn)場測試兩扼流變間沒有連線直接相通，但該線與42號電桿下部基礎(chǔ)連接螺絲直接相連。IIG扼流變中心連接板上有三根塑封線，調(diào)查發(fā)現(xiàn)其中一根線接地、第二根與45號接觸網(wǎng)桿塔鋼柱直接相連、第三根應(yīng)為I、IIG之間橫向連接線，但是不通（見圖 1）。

圖1 該站東部扼流變等設(shè)備連接圖

（4）調(diào)查該站東部吸上線設(shè)置情況。查看該站設(shè)計圖紙發(fā)現(xiàn)該站站內(nèi)東西兩頭各設(shè)置了一處吸上線。該站東部的吸上線位于SII出發(fā)信號機(jī)處，該吸上線一頭接到IIG扼流變中心連接板上，另一頭接到45#電桿基礎(chǔ)螺絲上、與電桿直接連通。該吸上線與電桿基礎(chǔ)螺絲相連后應(yīng)該再通過電桿鋼柱直接與PW安全線進(jìn)行連接，形成牽引電流回流通道。但是現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)42#、45#電桿均為硬橫梁式鋼柱，鋼柱頂部PW安全線與鋼柱之間并不相通（有單旋式絕緣子進(jìn)行隔離）。可見該處吸上線與PW安全線實際是假連接（見圖1）。

（5）該站東部牽引電流測試情況。利用麥科信ME2000A型不平衡電流測試儀測試了7趟動車組通過時，該站東部上行線側(cè)貫通地線電流，發(fā)現(xiàn)當(dāng)D3302次通過時電流最高達(dá)到38A，電流持續(xù)時間為118s左右；測試了8趟動車組通過時，該站42#電桿與貫通地線連接分支線電流，發(fā)現(xiàn)當(dāng)D3302次4G停開時該地線分支線電流最高達(dá)到68A，電流持續(xù)時間為126s左右；測試了7趟動車組通過時，該站東部SII出發(fā)信號機(jī)處扼流變中心連接板與貫通地線的連接線電流，發(fā)現(xiàn)D3102次列車通過IIG時，SII出發(fā)信號機(jī)處扼流變中心連接板與貫通地線的連接線電流最高達(dá)到203 A，電流持續(xù)時間為126s左右，而下行列車通過時分支線電流都在70A以下、持續(xù)時間也相對較短；測試了6趟動車組通過時，該站繼電器室電纜引入口處電纜匯流排與貫通地線連接線電流，發(fā)現(xiàn)當(dāng)D3204次4G停開時電流最高達(dá)到48A，電流持續(xù)時間為137s左右。

3 原因分析

（1）正常情況下，鋼軌上的大部分牽引電流主要通過吸上線引至PW安全線（回流線）再送回牽引變電所，但45#號電桿處吸上線與PW安全線并未真正連通。

（2）由于吸上線勾通了S行正線鋼軌和45#電桿地線分支線的牽引回流分流通道，（45#電桿基礎(chǔ)鋼筋對地又有15 Ω對地電阻）反而直接把動車通過時鋼軌上的大部分牽引電流引到地線分支線上。

（3）前后方的吸上線距離SII出發(fā)信號機(jī)至少1.5km之外，動車通過SII信號機(jī)附近時鋼軌牽引電流要通過遠(yuǎn)處吸上線流回變電所要受到一定鋼軌阻抗的阻礙。

（4）45#電桿地線分支線施工工藝存在嚴(yán)重缺陷，綜合接地端子應(yīng)固定在電纜槽道外側(cè)，地線分支線與電纜同溝敷設(shè)、沒有進(jìn)行物理隔離。

（5）45#電桿地線分支線中間采用冷壓接頭，而冷壓接頭銹蝕已經(jīng)較為嚴(yán)重，在事故前一天暴雨侵蝕下地線分支線電阻進(jìn)一步增大。

在上述不利因素的共同作用下，事故當(dāng)天上午11點左右，當(dāng)D3302次動車組運(yùn)行至45#電桿附近時，高達(dá)68A的牽引電流通過45#電桿基礎(chǔ)下部（存在較高電阻的）地線分支線流向貫通地線，致使地線分支線發(fā)生過熱燒熔，不久與其接觸的電纜槽內(nèi)電纜也被徹底燒壞，導(dǎo)致事故發(fā)生。

4 思考及建議

（1）測試發(fā)現(xiàn)在沒有列車運(yùn)行情況下，電化區(qū)段貫通地線內(nèi)部幾乎沒有電流流過，只有在有列車附近通過時，貫通地線才有短時間的電流流過；在動車組通過附近時，貫通地線電流時間一般不超過1min；如果動車組進(jìn)站停開，附近貫通地線上電流持續(xù)時間一般不超過3 min。

（2）在橫向連接線可靠連接情況下，有動車組通過附近時，上下行側(cè)貫通地線均有短時間的牽引電流流過，列車運(yùn)行側(cè)貫通地線電流明顯大于另一側(cè)貫通地線流過的電流。也可以看出，扼流變橫向連接線對動車組牽引回流的分流起到非常重要的作用；甚至在鋼軌回流不暢時，可以將本鋼軌通道上大電流引至另外鋼軌通道分流。因此，該站東側(cè)I、IIG之間橫向連接線需要連通，以防牽引回流不暢。

（3）電力電桿基礎(chǔ)鋼筋并不完全是可靠接地，測試發(fā)現(xiàn)不少電桿鋼柱對地有15Ω左右電阻，在發(fā)生雷擊電桿鋼柱時絕大部分強(qiáng)電流還是要通過電桿與貫通地線的分支連接線向貫通地線進(jìn)行泄流。同時，與吸上線直接相連的電桿與貫通地線連接分支線，在列車通過附近時電流較大，如該站42#電桿處電流峰值達(dá)到68A，只要地線分支線接觸電阻稍大一些，很容易使分支線過熱燒損。因此，強(qiáng)電設(shè)備的接地引接線必須要與電纜等信號設(shè)備完全分開。

（4）調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，該站部分正線扼流變中心連接板與貫通地線直接進(jìn)行了相連，由于這些線在列車通過時電流非常大，有的甚至超過200A，這些地線連接線施工時如果與我們的信號分支電纜同溝，對分支電纜的威脅就會非常大，因此建議拆除這些非吸上線設(shè)置點的地線連接線。

（5）室外吸上線設(shè)置需要加強(qiáng)檢查，防止假連接。該站的45#電桿處，雖然通過吸上線扼流變與電桿鋼柱已經(jīng)連接，但由于鋼柱頂部PW安全線與鋼柱之間有單旋式絕緣子進(jìn)行了隔離，實際電路并未連通。更為重要的是吸上線把扼流變的大電流通過電桿下部地線分支線直接引到貫通地線上，導(dǎo)致貫通地線及其分支連接線上面的電流增大，分支線容易過熱燒融，因此，在后續(xù)的高鐵、客專線路驗收中應(yīng)該注意檢查吸上線的連接是否可靠。

（6）室外貫通地線不宜與繼電器室內(nèi)電纜成端匯流排直接相連，而是應(yīng)該按照施工規(guī)范直接與信號樓建筑物綜合地網(wǎng)相連。這樣貫通地線上面的電流可以直接流向綜合地網(wǎng)，從而可以大幅減少電纜鋼帶和鋁護(hù)套上面的電流。

（7）在雙端接地情況下該站在動車經(jīng)過時電纜屏蔽層電流高達(dá)48A，貫通地線上面的部分電流經(jīng)過電纜鋼帶和鋁護(hù)套向牽引變電所方向流動，導(dǎo)致電纜屏蔽層電流較大，如果該站發(fā)生鋼軌回流不暢，大部分牽引回流就可能會通過電纜鋼帶和鋁護(hù)套進(jìn)行流動，電纜面臨被燒損的風(fēng)險。因此，建議將該站電纜雙端接地改為單端接地。

（8）由于工程開通后再整治的工作量過大，按照施工規(guī)范要求，將貫通地線、室外扼流變地線分支線、電桿下部的地線分支線全部納入施工驗收范圍，進(jìn)行重點驗收,提前卡控。