南京地鐵3號線35kV環(huán)網(wǎng)電纜接地方式分析

蘇許俊

摘 要：基于南京地鐵3號線工程部分中壓環(huán)網(wǎng)分區(qū)電纜距離較長的情況，在研讀規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，對各種接地方式進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，并通過感應(yīng)電壓和環(huán)流的計(jì)算分析，論證了本工程35kV環(huán)網(wǎng)電纜采用兩端接地方式的合理性。

關(guān)鍵詞：35kV環(huán)網(wǎng)電纜；兩端接地；感應(yīng)電壓；環(huán)流

中圖分類號：TM713 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0131-02

南京地鐵3號線線路長、車站多，供電系統(tǒng)中壓環(huán)網(wǎng)分區(qū)多，部分分區(qū)主變電所至車站電纜也較長?？紤]到感應(yīng)電壓對35kV環(huán)網(wǎng)電纜敷設(shè)長度的影響，需要從規(guī)范要求、工程可實(shí)施性、經(jīng)濟(jì)性、安全性等方面進(jìn)行綜合考慮，選取合適的接地方式，并通過對感應(yīng)電壓和環(huán)流的計(jì)算分析結(jié)果，驗(yàn)證35kV環(huán)網(wǎng)電纜接地方式的合理性，以滿足工程實(shí)施需要。

1 工程概況

南京地鐵3號線是一條貫穿南京中心城區(qū)的南北向骨干線路，線路全長約44.9km，全線共設(shè)28座地下車站、1座高架車站、停車場和車輛段各1座，區(qū)間主要采用盾構(gòu)區(qū)間。供電系統(tǒng)采用110/35kV兩級集中供電方式，共設(shè)濱江路、南京南2座主變電所，中壓環(huán)網(wǎng)采用小環(huán)串方式，全線共設(shè)9個(gè)供電分區(qū)。

主變電所至車站較遠(yuǎn)分區(qū)的電纜敷設(shè)長度分別為：濱江路主變電所至東大成賢學(xué)院站（分區(qū)1）約為9.14km，濱江路主變電所至雞鳴寺站（分區(qū)4）約為10.5km，南京南主變電所至誠信大道站（分區(qū)8）約為10.7km。35kV變電所間最短敷設(shè)長度約為0.1km，為南京南主變電至南京南控制中心變電所。由于本工程變電所間最長距離達(dá)到了10km之多，最短僅0.1km，因此有必要結(jié)合工程實(shí)際和規(guī)范要求，對35kV環(huán)網(wǎng)電纜的接地方式進(jìn)行比較分析，并對選用的接地方式下感應(yīng)電壓和環(huán)流進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證該接地方式是否合理，以滿足工程要求。

另外，本工程電纜采用的是單芯26/35kV銅芯交聯(lián)聚乙烯絕緣金屬鎧裝聚烯烴護(hù)套低煙無鹵A類阻燃電力電纜。金屬屏蔽層采用銅絲屏蔽，由疏繞的軟銅線組成，其表面用反向繞包銅帶扎緊。鎧裝層采用一層重疊繞包厚度0.12mm的銅帶。文中計(jì)算用到的電纜參數(shù)采用本工程供貨商提供的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

2 規(guī)范要求

根據(jù)《GB50217-2007電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，電力電纜金屬層必須直接接地，交流單芯電力電纜的金屬層上任一點(diǎn)非直接接地處的正常感應(yīng)電勢最大值應(yīng)滿足：未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時(shí)，不得大于50V；除上述情況外，不得大于300V[1]。另外，規(guī)范中對于線路不長，且能滿足感應(yīng)電壓要求時(shí)，推薦在線路一端直接接地。對于線路較長，單端直接接地不能滿足感應(yīng)電壓要求，且35kV電纜線路輸送容量較小時(shí)，推薦在線路兩端直接接地。除此以外的長線路，宜劃分適當(dāng)?shù)膯卧?，且在每個(gè)單元內(nèi)按3個(gè)長度盡可能均等區(qū)段，應(yīng)設(shè)置絕緣接頭或?qū)嵤╇娎|金屬層的絕緣分隔，以交叉互聯(lián)接地?？梢姡?5kV單芯電纜合理的接地方式與線路的長短、感應(yīng)電壓大小和傳輸容量均有直接的關(guān)系。其中感應(yīng)電壓關(guān)乎安全、環(huán)流影響著傳輸容量，因此感應(yīng)電壓和環(huán)流大小是評判接地方式是否合理的重要指標(biāo)。

3 接地方式比較

單芯電纜金屬護(hù)層接地方式包括一端單點(diǎn)接地、兩端接地和交叉互聯(lián)接地3種，其特點(diǎn)及使用條件各不相同。

（1）一端單點(diǎn)接地。該接地方式是將電纜一端金屬護(hù)層直接接地，另一端不接地或?qū)㈦娎|中間接頭的金屬護(hù)層直接接地。該接地方式的非直接接地端是最高感應(yīng)電壓部位，電壓值與電纜的長度及載流量成正比。由于對地沒有構(gòu)成回路，金屬護(hù)套中無環(huán)流通過。該接地方式雖有利于提高傳輸容量，但是受非直接接地端所允許產(chǎn)生的最高感應(yīng)電壓限制，一般適用于較短線路。

（2）兩端接地。該接地方式是將電纜兩端金屬護(hù)套均直接接地，中間接頭直通不接地。該接地方式的電纜中部是最高感應(yīng)電壓部位。由于金屬護(hù)套中有環(huán)流通過，會有附加損耗，影響電纜的傳輸容量。該接地方式一般適用于線路較長的線路，但線路的傳輸容量受到限制。

（3）交叉互聯(lián)接地。該接地方式是將電纜兩端直接接地，并根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)澐诌m當(dāng)?shù)膯卧诿總€(gè)單元內(nèi)劃分3個(gè)等長區(qū)段，每區(qū)段設(shè)置絕緣接頭，金屬護(hù)層在接頭處引出經(jīng)交叉互聯(lián)后通過電纜護(hù)層保護(hù)器接地。該接地方式的交叉互聯(lián)處是最高感應(yīng)電壓部位。該方式既可降低感應(yīng)電壓，也能減少環(huán)流，提高了傳輸容量，一般適應(yīng)于大容量的長線路，但工藝復(fù)雜、費(fèi)用高，需要留有互聯(lián)箱的安裝空間[3]。各種接地方式的的具體技術(shù)比較見表1。

綜上所述，3種接地方式中兩端接地方式的設(shè)備費(fèi)用最低、工藝簡單、施工維護(hù)方便，且貫通的金屬護(hù)套可視為一根良好的接地線，可靠性較高。因此，在地鐵盾構(gòu)區(qū)間空間緊張、檢修維護(hù)不方便的環(huán)境中，無論是從工程實(shí)施還是從工程投資方面，應(yīng)優(yōu)先考慮兩端接地方式?？紤]到南京地鐵3號線工程變電所間最長距離達(dá)到了10km之多，兩端接地時(shí)最高感應(yīng)電壓值可能較高，因此還需對兩端接地方式下，電纜的感應(yīng)電壓和環(huán)流進(jìn)行計(jì)算，以驗(yàn)證本工程采用兩端接地方式是否合理。

4 感應(yīng)電壓和環(huán)流計(jì)算

感應(yīng)電壓和環(huán)流主要計(jì)算公式：

ES=L×ES0；

ES0=2×I×ω×ln2×10-4；

IM=

式中：ES為感應(yīng)電壓（V）；L為電纜纜金屬層的電氣通路上任一部位與其直接接地處的距離（km）；ES0為單位長度的正常感應(yīng)電壓（V/km）；ω為角頻率；I為電纜導(dǎo)體正常工作電流（A）；IM為感應(yīng)電壓產(chǎn)生的環(huán)流（A）[2]；XM為金屬護(hù)層感抗（Ω/km）；RM為金屬護(hù)層電阻（Ω/km）。

通過上節(jié)的分析，兩端接地方式工藝簡單、施工難度低、費(fèi)用低、可實(shí)施性強(qiáng)，在地鐵盾構(gòu)區(qū)間空間緊張、檢修維護(hù)不方便的環(huán)境中，應(yīng)優(yōu)先采用兩端接地方式。兩端接地方式的最高感應(yīng)電壓部位在電纜線路中部，由于有電纜外護(hù)套的保護(hù)，可使人不能任意接觸電纜金屬層，因此，允許的感應(yīng)電壓最高值可按300V考慮。各供電分區(qū)所對應(yīng)的計(jì)算感應(yīng)電壓、計(jì)算電纜敷設(shè)長度、實(shí)際電纜敷設(shè)長度、實(shí)際感應(yīng)電壓、環(huán)流和環(huán)流占比見表2。

綜上所述，兩端接地時(shí)，35kV電纜的感應(yīng)電壓是滿足規(guī)范要求的，且環(huán)流尚不過分顯著，環(huán)流所占比例約為6%～8%。因此，南京地鐵3號線全線35kV環(huán)網(wǎng)電纜采用兩端接地方式是滿足要求的，同時(shí)也便于實(shí)施、節(jié)省工程投資，經(jīng)濟(jì)技術(shù)比高。

5 結(jié)論與建議

通過對南京地鐵3號線工程具體的計(jì)算分析得知，本工程35kV環(huán)網(wǎng)電纜采用兩端直接接地方式是合理可行的。兩端接地產(chǎn)生的6%～8%的環(huán)流占比也在較為合理的范圍，造成的損耗并不嚴(yán)重。另外，從計(jì)算數(shù)據(jù)看，分區(qū)1、4、5、8實(shí)際感應(yīng)電壓值均超出了50V的人體接觸帶電設(shè)備裝置的安全容許限制，屬于人體不能任意接觸需安全防護(hù)的范疇。雖然這個(gè)電壓不是很高，在考慮工作人員萬一可能帶電接觸，如電纜外護(hù)層破損有金屬層裸露時(shí)，運(yùn)營管理中可明確需著絕緣靴或設(shè)置絕緣墊等安全防護(hù)措施；至于在終端或絕緣頭有局部裸露金屬，除了可設(shè)置警示牌外，還可在40.5kV開關(guān)柜周邊設(shè)置絕緣墊。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50217-2007電力工程電統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國計(jì)劃出版社，2007.

[2]王明飛.供電系統(tǒng)35kV電纜接地方式[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2008（5）.

[3]金輝，李聰華.城市杭道交通供電系統(tǒng)的中壓電纜布置及接地方式[J].電力設(shè)備，2005（4）.