標題城市軌道交通直流電纜絕緣在線監測方案研究

圖1為城軌直流牽引供電系統示意圖。整流機組將AC35kV、AC33kV或AC10kV交流電源轉換成DC750V、DC1500V，通過直流開關柜分配、饋出至對應的接觸網為車輛供電，因此直流電纜是整個系統中的重要環節，而且處于近電源端的位置，一旦系統發生金屬性短路，故障電流將高達10kA，事故將直接影響行車安全和人身安全，由此可見，直流電纜絕緣性能對整個牽引供電系統至關重要。

2直流電纜絕緣監測方案

2.1直流電纜結構

城市軌道交通牽引供電系統用直流電纜選用低壓、無鹵、阻燃、防水、防鼠蟻銅芯鎧裝電纜，其結構如圖2所示，主要由導體、絕緣層、金屬鎧裝層、外護套組成。為降低工程難度，對電纜的絕緣監測應盡量不改變原有直流供電系統架構和直流電纜的結構。

2.2直流電纜絕緣監測接線方案

直流電纜絕緣監測接線方案如圖3所示，每回直流電纜由多根電纜并聯組成。將同一回路的多根直流電纜的金屬鎧裝層通過導線連接在一起，在導體和鎧裝層之間并聯電阻R1，在鎧裝層和負之間并聯電阻R2。

設置電壓變送器分別采集導體對負的電壓U和金屬鎧裝層對負的電壓US，并將U和US發送給智能監測單元進行運算。選取R1=200Ω，R2=200Ω，電壓變送器輸入電壓為±2000V，輸出電流為±20mA。

3直流電纜絕緣監測原理

3.1直流電纜絕緣監測原理與計算方法

圖4為直流電纜絕緣監測等效電氣原理圖。

圖中：U為導體(正)對負的電壓(1#電壓變送器測量的電壓)；UC為導體對金屬鎧裝層的電壓；US為金屬鎧裝層對負的電壓(2#電壓變送器測量的電壓)；RC為導體與金屬鎧裝層之間的絕緣電阻；RS為金屬鎧裝層與負之間的絕緣電阻；R1為與RC并聯的附加電阻；R2為與RS并聯的附加電阻。

R1與RC并聯的電阻R1＇：

正常運行時，RC、RS、R1、R2為固定值，因此金屬鎧裝層對負的電壓US只隨導體對負電壓U的變化而變化。因此，正常運行時，US/U為固定值，不隨電壓的變化而變化，其值小于1。

3.2電纜導體對金屬鎧裝層絕緣故障分析

根據圖4，當導體對金屬鎧裝層絕緣故障時，其絕緣電阻RC減小，而金屬鎧裝層對負的絕緣電阻RS不變，US隨RC的減小而增大，US/U也隨之增大；嚴重情況下RC=0，此時US=U，US/U=1。

3.3電纜金屬鎧裝層對地絕緣故障分析

根據圖4，當金屬鎧裝層對負絕緣故障時，其絕緣電阻RS減小，而導體對金屬鎧裝層的絕緣電阻RC不變，US隨RS的減小而減小，US/U也隨之減��；嚴重情況下RS=0，此時US=0，US/U=0。

4告警值的設定

4.1電纜導體對金屬鎧裝絕緣故障時的報警設置

正常運行時US/U為固定值，設為A，導體對鎧裝層絕緣故障嚴重情況下US/U=1，設基準為 (1−A)。實時監測U及US，并計算US/U的值，隨著絕緣電阻的下降，US/U的值增大。計算電壓偏差百分比(US/U−A)/(1−A)的值，并根據該值進行報警。

表1所示為直流電纜導體對鎧裝層絕緣故障時的報警值計算，報警值(電壓偏差百分比)可設為39.29%，對應導體對金屬鎧裝層的絕緣電阻降低到正常時的0.01倍。

4.2電纜鎧裝層對負絕緣故障時的報警設置

正常運行時US/U為固定值A，鎧裝層對負絕緣故障嚴重情況下US=0，設基準為A。隨時監測U及US，并計算US/U的值，隨著絕緣電阻的下降，US/U的值減小，計算電壓偏差百分比(US/U−A)/A的值，根據該值進行報警。如表2所示計算，報警值可設為−56.41%，對應鎧裝層對負的絕緣電阻降低到正常時的0.01倍。

5絕緣監測及絕緣故障定位產品

5.1絕緣監測及絕緣故障定位產品

AIM-T系列工業用絕緣監測儀

AIM-T系列絕緣監測儀主要應用在工業場所IT配電系統中，主要包括AIM-T300、AIM-T500和AIMT500L三款產品，均適用于純交流、純直流以及交直流混合的系統。

其中AIM-T300適用于450V以下的交流、直流以及交直流混合系統，AIM-T500適用于800V以下的交流、直流以及交直流混合系。AIM-T500L相比AIM-T500增加了絕緣故障定位功能。

參考文獻：

［1］交通運輸部.2021年12月城市軌道交通運營數據速報.

［2］范巧蓮.直流電纜絕緣監察保護原理及在地鐵中的應用[J].電氣化鐵道，2004(4)：30-32

［3］安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.6版；

［4］安科瑞IT系統絕緣監測故障定位裝置及監控系統（中英文）2020.01版