滬杭高鐵27.5 kV單芯供電線電纜接地施工技術

何勁松

0 引言

滬杭高速鐵路（下文簡稱高鐵）是已開通運營的客運專線中橋梁比例最高的線路，橋梁比例達到91%，牽引供電的電分相關節均位于高架橋上，且牽引變電所、分區所、AT所均采用GIS組合電器，因此出所饋線無法按照傳統的架空裸線方式上網，全部采用27.5 kV高壓單芯電纜出所后轉架空再轉電纜或直接電纜上網的方式。滬杭高鐵27.5 kV單芯電纜鋪設長度在50～2 200 m范圍內，鋪設長度最長的是許村牽引變電所，達到2 180 m。作為牽引供電最主要的供電設備，其鋪設質量、安全防護至關重要，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。

1 電纜結構及其特殊性

目前高鐵和客運專線單芯供電線電纜基本采用交聯聚乙烯電纜，滬杭高鐵采用 ZR-YJY72-27.5 kV 1×300 mm2。其電纜結構如圖1所示。

主絕緣層、半導電層、銅絲屏蔽層組成分階絕緣結構，目的是使絕緣層內的電場強度分布均勻，提高絕緣的利用率，降低導線表面的最大場強，從而提高電纜的安全系數。金屬護層絲的作用是加強電纜的機械強度，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。外護層起到防水、防腐的作用。

圖1 電纜結構示意圖

單芯電纜的特殊性在于，電纜的導線和金屬護層之間相當于一個單匝變壓器。導線的磁通有相當大的部分與金屬護層相鏈，并在金屬護層上產生感應電壓。感應電壓的大小與電纜線路的長度和流過導體的電流成正比，電纜很長時，護套上的感應電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度，在線路發生短路故障、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電壓，甚至可能擊穿護套絕緣。當金屬護層兩端接地時形成通路，護層中有環流通過，造成較大的護層損耗，使電纜發熱，傳輸容量降低。特別是在接地線與護層連接不良時，形成局部過熱損壞電纜絕緣。因此，按照 GB50217-2007《電力工程電纜設計規程》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非直接接地處的感應電壓不得大于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：金屬護套一端直接接地，另一端通過保護器接地。裝設護層電壓限制器的一端在正常狀態下對地絕緣不構成回路，當金屬護套上出現過電壓，護層電壓限制器工作，實現接地保護，該方式可以減少及消除環流，提高電纜的傳輸容量及運行安全性。滬杭客運專線在電纜長度小于500 m情況下，均采用了該種接地方式，且護層保護器一端安裝在所亭側，直接接地端在上網側（圖2）。

圖2 電纜接地方式1示意圖

（2）方式 2：金屬護套中點直接接地，兩端保護接地。電纜線路較長時（大于 500 m），在電纜線路的中點將電纜的金屬護套直接接地，金屬護套的2個終端通過護層電壓限制器接地，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接地”方式連接在一起共用直接接地端的方案，中點兩端電纜長度應盡量相等。

圖3 電纜接地方式2示意圖

3 電纜接地方式2的2種實現方法

上述金屬護套中點直接接地，兩端通過護層電壓限制器接地的方式2，在工程實施時可以通過2種方法實現。

（1）在中點安裝電纜中間接頭，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，從而實現接地。

圖4 電纜接地方式2的實現方法示意圖

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節，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、維護工作量相對較小，但對施工工藝要求較高、應避免在制作過程中破壞主絕緣，施工完成后對該破壞點的防水要求高。在滬杭客運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 護層電壓限制器的選用原則

護層電壓限制器在正常工作條件下應呈現較高的電阻。此時流經限制器的電流為微安級，以保證電纜在金屬護套單端接地的正常狀態下工作。當過電壓入侵時，不接地端的護套會出現較高的沖擊過電壓（可能會達到入侵波的60%～120%），這時護層限制器呈現較小的電阻，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高阻態。護層電壓限制器的參數選擇，應符合下列規定：

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

（2）可能最大工頻過電壓在5 s作用下，應能耐受，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

27.5 kV單芯高壓電纜的使用壽命和運行安全，很大程度上取決于施工環節的質量控制。第一，要注意電纜鋪設過程中對外護套的保護，避免外護套損壞使鎧裝層暴露，如出現該情況，在直埋方式下極易類似多點直接接地的危險，在護套中形成環流，增加電纜故障的風險，使電纜使用壽命降低。第二，在電纜排列時，應盡量按照T線、F線交叉并排布置方式，這樣可以減小相間感應電壓。第三，應避免電纜護套內進水，這樣會降低絕緣性能。第四，電纜頭制作應嚴格按照工藝進行，應在適合的大氣環境下進行，提高電纜頭制作質量。

6 結束語

隨著高速鐵路建設的高速推進及山區高速鐵路、高原高速鐵路的建設，27.5 kV單芯高壓電纜的使用頻率越來越高、使用的環境將越來越復雜，需要人們對電纜接地系統的認識越來越高。應抓緊總結和分析電纜故障及運行狀況，完善鐵路專用27.5 kV單芯電纜的鋪設及接地技術。

[1]GB50217-2007 電力工程電纜設計規范[S].

[2]DL401-91 高壓電纜選用導則[S].

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