滬杭高鐵27.5 kV單芯供電線電纜接地施工技術(shù)

何勁松

0 引言

滬杭高速鐵路（下文簡稱高鐵）是已開通運(yùn)營的客運(yùn)專線中橋梁比例最高的線路，橋梁比例達(dá)到91%，牽引供電的電分相關(guān)節(jié)均位于高架橋上，且牽引變電所、分區(qū)所、AT所均采用GIS組合電器，因此出所饋線無法按照傳統(tǒng)的架空裸線方式上網(wǎng)，全部采用27.5 kV高壓單芯電纜出所后轉(zhuǎn)架空再轉(zhuǎn)電纜或直接電纜上網(wǎng)的方式。滬杭高鐵27.5 kV單芯電纜鋪設(shè)長度在50～2 200 m范圍內(nèi)，鋪設(shè)長度最長的是許村牽引變電所，達(dá)到2 180 m。作為牽引供電最主要的供電設(shè)備，其鋪設(shè)質(zhì)量、安全防護(hù)至關(guān)重要，本文著重介紹滬杭高鐵27.5 kV單芯供電線電纜的接地施工技術(shù)。

1 電纜結(jié)構(gòu)及其特殊性

目前高鐵和客運(yùn)專線單芯供電線電纜基本采用交聯(lián)聚乙烯電纜，滬杭高鐵采用 ZR-YJY72-27.5 kV 1×300 mm2。其電纜結(jié)構(gòu)如圖1所示。

主絕緣層、半導(dǎo)電層、銅絲屏蔽層組成分階絕緣結(jié)構(gòu)，目的是使絕緣層內(nèi)的電場強(qiáng)度分布均勻，提高絕緣的利用率，降低導(dǎo)線表面的最大場強(qiáng)，從而提高電纜的安全系數(shù)。金屬護(hù)層絲的作用是加強(qiáng)電纜的機(jī)械強(qiáng)度，保持電纜周圍為零電位，并在電纜短路時承載短路電流，以免因短路電流引起電流溫度過高而損壞絕緣層。外護(hù)層起到防水、防腐的作用。

圖1 電纜結(jié)構(gòu)示意圖

單芯電纜的特殊性在于，電纜的導(dǎo)線和金屬護(hù)層之間相當(dāng)于一個單匝變壓器。導(dǎo)線的磁通有相當(dāng)大的部分與金屬護(hù)層相鏈，并在金屬護(hù)層上產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)電壓的大小與電纜線路的長度和流過導(dǎo)體的電流成正比，電纜很長時，護(hù)套上的感應(yīng)電壓疊加起來可達(dá)到危及人身安全的程度，在線路發(fā)生短路故障、遭受操作誤差電壓或雷電沖擊時，屏蔽上會形成很高的感應(yīng)電壓，甚至可能擊穿護(hù)套絕緣。當(dāng)金屬護(hù)層兩端接地時形成通路，護(hù)層中有環(huán)流通過，造成較大的護(hù)層損耗，使電纜發(fā)熱，傳輸容量降低。特別是在接地線與護(hù)層連接不良時，形成局部過熱損壞電纜絕緣。因此，按照 GB50217-2007《電力工程電纜設(shè)計規(guī)程》4.1.10條的要求，未采取有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，交流單芯電力電纜線路的金屬層任一點(diǎn)非直接接地處的感應(yīng)電壓不得大于50 V；除上述情況外，不得大于300 V。

2 滬杭高鐵采用的電纜接地方式

（1）方式 1：金屬護(hù)套一端直接接地，另一端通過保護(hù)器接地。裝設(shè)護(hù)層電壓限制器的一端在正常狀態(tài)下對地絕緣不構(gòu)成回路，當(dāng)金屬護(hù)套上出現(xiàn)過電壓，護(hù)層電壓限制器工作，實(shí)現(xiàn)接地保護(hù)，該方式可以減少及消除環(huán)流，提高電纜的傳輸容量及運(yùn)行安全性。滬杭客運(yùn)專線在電纜長度小于500 m情況下，均采用了該種接地方式，且護(hù)層保護(hù)器一端安裝在所亭側(cè)，直接接地端在上網(wǎng)側(cè)（圖2）。

圖2 電纜接地方式1示意圖

（2）方式 2：金屬護(hù)套中點(diǎn)直接接地，兩端保護(hù)接地。電纜線路較長時（大于 500 m），在電纜線路的中點(diǎn)將電纜的金屬護(hù)套直接接地，金屬護(hù)套的2個終端通過護(hù)層電壓限制器接地，如圖3所示。該方式可看作2個“一端直接接地而另一端保護(hù)接地”方式連接在一起共用直接接地端的方案，中點(diǎn)兩端電纜長度應(yīng)盡量相等。

圖3 電纜接地方式2示意圖

3 電纜接地方式2的2種實(shí)現(xiàn)方法

上述金屬護(hù)套中點(diǎn)直接接地，兩端通過護(hù)層電壓限制器接地的方式2，在工程實(shí)施時可以通過2種方法實(shí)現(xiàn)。

（1）在中點(diǎn)安裝電纜中間接頭，通過中間接頭將金屬屏蔽層和金屬鎧裝層引出接地線（圖4）。

（2）中點(diǎn)不安裝電纜中間接頭，在不破壞主絕緣情況下，直接將金屬屏蔽層和鎧裝層引出接地線，從而實(shí)現(xiàn)接地。

圖4 電纜接地方式2的實(shí)現(xiàn)方法示意圖

上述2種方法各有利弊，第1種方法施工便捷、防護(hù)要求不高，但由于破壞了電纜的主絕緣層，從而容易形成絕緣薄弱環(huán)節(jié)，不利于提高電纜使用壽命及載流量，且由于多使用了電纜頭使得成本增加；第2種方法成本小、對電纜使用壽命及提高載流量有利、維護(hù)工作量相對較小，但對施工工藝要求較高、應(yīng)避免在制作過程中破壞主絕緣，施工完成后對該破壞點(diǎn)的防水要求高。在滬杭客運(yùn)專線許村牽引變電所的供電線電纜接地方案中，采取了第2種方法的方案。

4 護(hù)層電壓限制器的選用原則

護(hù)層電壓限制器在正常工作條件下應(yīng)呈現(xiàn)較高的電阻。此時流經(jīng)限制器的電流為微安級，以保證電纜在金屬護(hù)套單端接地的正常狀態(tài)下工作。當(dāng)過電壓入侵時，不接地端的護(hù)套會出現(xiàn)較高的沖擊過電壓（可能會達(dá)到入侵波的60%～120%），這時護(hù)層限制器呈現(xiàn)較小的電阻，使過電壓電流較容易地流入大地，而限制器自身不損壞，同時不接地端又恢復(fù)高阻態(tài)。護(hù)層電壓限制器的參數(shù)選擇，應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）可能最大沖擊電流作用下的殘壓，不得大于電纜護(hù)層沖擊耐壓被1.4所除數(shù)值。

（2）可能最大工頻過電壓在5 s作用下，應(yīng)能耐受，不擊穿或損壞。

（3）可能最大沖擊電流累積作用20次后，限制器不得損壞。

5 電纜施工中的注意事項(xiàng)

27.5 kV單芯高壓電纜的使用壽命和運(yùn)行安全，很大程度上取決于施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。第一，要注意電纜鋪設(shè)過程中對外護(hù)套的保護(hù)，避免外護(hù)套損壞使鎧裝層暴露，如出現(xiàn)該情況，在直埋方式下極易類似多點(diǎn)直接接地的危險，在護(hù)套中形成環(huán)流，增加電纜故障的風(fēng)險，使電纜使用壽命降低。第二，在電纜排列時，應(yīng)盡量按照T線、F線交叉并排布置方式，這樣可以減小相間感應(yīng)電壓。第三，應(yīng)避免電纜護(hù)套內(nèi)進(jìn)水，這樣會降低絕緣性能。第四，電纜頭制作應(yīng)嚴(yán)格按照工藝進(jìn)行，應(yīng)在適合的大氣環(huán)境下進(jìn)行，提高電纜頭制作質(zhì)量。

6 結(jié)束語

隨著高速鐵路建設(shè)的高速推進(jìn)及山區(qū)高速鐵路、高原高速鐵路的建設(shè)，27.5 kV單芯高壓電纜的使用頻率越來越高、使用的環(huán)境將越來越復(fù)雜，需要人們對電纜接地系統(tǒng)的認(rèn)識越來越高。應(yīng)抓緊總結(jié)和分析電纜故障及運(yùn)行狀況，完善鐵路專用27.5 kV單芯電纜的鋪設(shè)及接地技術(shù)。

[1]GB50217-2007 電力工程電纜設(shè)計規(guī)范[S].

[2]DL401-91 高壓電纜選用導(dǎo)則[S].

[3]陳錦田.單芯高壓電纜的正確施工與維護(hù)[J].福建電力與電工，2000，（79）.