淺談杭深線鐵路客專電力電纜施工及運用技術

東南沿海鐵路福建有限責任公司 王 平

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淺談杭深線鐵路客專電力電纜施工及運用技術

東南沿海鐵路福建有限責任公司 王 平

杭深線鐵路客運專線10kV電力貫通線路全部采用電纜供電方式，與架空輸配電電力線路相比，電纜線路有諸多優點，如運行可靠、供電安全、維護工作量小、減少土地占用面積等。但同時也存在成本高、價格昂貴、施工過程容易損壞護套，當出現故障時難以查找等問題。該文將從電纜選型、供電方式選擇、保護方式、施工注意事項等方面對客專電纜供電線路施工及運用技術進行探討，以減少電力故障發生，確保鐵路運輸生產的安全運行。

客運專線 貫通線路 電纜供電 施工技術

杭深線鐵路客運專線10kV一級負荷電力貫通線路和10kV綜合負荷電力貫通線路（以下統稱為電力貫通線路）全部采用電纜供電方式，與架空輸配電電力線路比較，電纜線路有以下優點：①運行可靠。由于電力電纜大部分敷設于地下、溝（槽）內，不受外力破壞，故發生故障的機會少。②供電安全，不會對人身造成各種傷害。③維護工作量小，無需頻繁進行巡視檢查。④減少干擾，因不架設桿塔，占用土地面積少，減少征地拆遷的阻力和外部干擾。電力電纜供電還可大大降低東南沿海地區臺風、雷電活動頻繁和鹽霧腐蝕嚴重造成的自然災害。⑤提高功率因素，電力電纜的充電功率為電容性功率，有助于提高功率因素。

雖然有上述優點，但它的成本高，價格昂貴，運行不夠靈活，故障出現時難以查找，同時在供電系統選擇、保護方式等方面也都與架空線路存在一定差異。本文將從電纜選型、供電方式選擇、保護方式、施工注意事項等方面進行探討，以減少電纜線路故障發生，確保鐵路運輸生產的安全運行。

1 供電電纜選型

根據鐵路客運專線供電可靠、供電距離長(約50～70km)、沿線用電負荷點多的特點，需選用較大截面的電力電纜。若選用三芯電力電纜勢必造成高壓電纜多次穿越股道現場難以施工敷設的問題。且在電纜線路較長的情況下，三芯電纜的中間接頭較采用單芯電纜的要多，由此引起事故的幾率較單芯電纜大。為此，鐵路客運專線中電力貫通線電纜采用單芯電力電纜供電。

單芯電力電纜與同截面的三芯電力電纜相比，具有載流量高(單芯電纜散熱快)、施工彎曲半徑小、敷設相對方便等特點，特別是從橋梁引上引下時，因受條件制約，單芯電纜的這一特點顯得更加重要。

杭深線溫福、福廈、廈深鐵路客專10kV電力貫通線路全部采用交聯聚乙烯絕緣非磁鎧裝的單芯銅芯電纜（型號為YJV62-8.7/10kV），分別沿鐵路兩側預制的電纜溝敷設。與其它電力電纜相比，該種電纜不僅具有優異的電氣性能、機械性能、耐熱老化性能、耐環境應力和耐化學腐蝕性能，而且還具有結構簡單、使用方便、不受敷設落差限制、長期工作溫度高以及對信號等弱電設施電磁干擾小等優點。

2 供電方式選擇

相對于架空電力線路，長距離的電力電纜供電使對地電容電流大大增加。如果仍采用架空電力線路的不接地供電方式，如發生單相接地故障時，在電力運行規程規定的2小時內，過大的電容電流將使電氣設備受到嚴重的安全威脅，故障線路難以自熄電容電流。

如果采用消弧線圈接地供電方式，則需要較大的補償容量，而且要配置多臺。為保證鐵路客專貫通線的可靠供電，根據外部電源及自身設備檢修等因素，隨時可能調整貫通線運行方式，感性補償電流也應隨之變化，因此對補償感性電流的消弧線圈分接頭也應及時調整。但由于消弧線圈分接頭是非線性連續可調的接頭，調整補償參數相當困難，并且容易出現諧振過電壓現象，影響貫通線的可靠供電。

因此，杭深線溫福、福廈、廈深鐵路客專10kV電力貫通線路更改原有“對貫通線供電系統的中性點采用小電阻接地或經消弧線圈接地”設計方案，采用了中性點經小電阻(電抗器)接地的供電方式來解決這一問題。當發生單相接地故障時，繼電保護裝置迅速動作，及時切斷故障線路，并隨即改變貫通線的運行方式，確保鐵路客專用電設備的可靠供電。

3 保護方式

3.1 線路補償方式

長距離電力電纜供電使對地電容電流大大增加，線路末端電壓上升。為抑制電壓嚴重波動，保證安全可靠供電，杭深線鐵路客專10kV電力貫通線路采用每隔10km左右分別分散設置了箱式電抗器，起到了補償接地電容電流、補償容性無功功率、降低線路容性電流、限制線路末端電壓上升的綜合作用。具有如下優點：①維護較方便，可與區間箱式變電站同時運行；②貫通線故障隔離時，剩余段補償仍然均勻；③能有效降低線路容性電流；④投資相對較小，不需設置專用房屋，可采用箱式電抗器與箱式變電站相鄰布置。

3.2 電力電纜護套保護接地方式

10kV配電系統中，單芯電纜的導線與金屬護套的關系，可以看作是一個變壓器的初級繞組與次級繞組，當電纜導線通過電流時，其周圍產生的一部分磁力線將與金屬護套交鏈，使護套產生感應電壓，感應電壓的大小與電纜的長度和流過導線的電流成正比。如果電纜兩端金屬護套同時接地，在金屬護套上就會形成電流，導體和金屬護套同時發熱使得電纜的絕緣老化，同時降低了絕緣等級，造成電纜壽命減少。因此單芯電纜的金屬外護套采用非磁材料，使其無法產生感應電流。而對電纜內部的金屬內護層應采用一端接地，一端用護層保護器接地，并與沿線綜合貫通接地系統可靠連接的形式運行，即單點接地方式(通常采用正常運行方式下的電源端為一端接地側)。這樣，當護層的電壓達到一定值時，護層保護器瞬間動作，釋放電流，達到安全運行的要求。

3.3 電力電纜饋線保護方式

在架空電力線路中，由于大多數情況下線路故障（如雷擊、風害等）是暫時性的，斷路器跳閘后線路的絕緣性能（絕緣子和空氣間隙）能得到恢復，再次重合能成功，這就提高了電力系統供電的可靠性。但在電力電纜線路中，一旦出現故障，基本上都為永久性故障，故杭深線鐵路客專10kV電力貫通線路未設置投入重合閘保護方式。

在長距離的供電電纜線路中，電纜相間短路故障是難以瞬時恢復的永久性故障，無法采用饋線開關重合的保護方式。因此，在鐵路客專電力貫通線路配電所內貫通線饋線開關不設線路重合閘裝置。但對于長距離供電電纜線路的單相接地故障，由于供電系統是采用小電阻接地系統，中性點與大地之間用很小的電阻相連，若電纜線路一旦發生單相金屬性接地故障，就會產生高達幾百安培的接地電流，故必須設置零序電流保護，迅速可靠地將這個電流切斷，保證電纜線路的安全。若電纜線路一旦發生非金屬單相接地故障(這類故障較多)，就會產生零序電流，作用于饋線開關的故障信號。小電阻接地系統中繼電保護的選擇性和靈敏度較好。

4 電纜施工注意事項

4.1 電力電纜的運輸質量控制要點

運輸過程中，電纜盤要用合適方法加以固定，防止互相碰撞或翻倒，以免機械損傷電纜。電纜運輸中嚴禁從高處扔下電纜或裝有電纜的電纜盤，嚴禁幾盤電纜同時吊裝，并檢查電纜封頭是否完好無損。

4.2 電力電纜的敷設及質量控制要點

杭深線鐵路客專10kV電力貫通線路電纜經過不同地段采取不同的敷設方式：①經過橋隧地段時，沿橋隧兩側土建預留的電力電纜溝（槽）敷設，并要在隧道內電力電纜溝鋪沙覆蓋，達到防火要求。②經過路基地段時，沿路基兩側土建預留的電力電纜溝敷設。③經過涵洞，a）當為交通涵，路面標高與原地面標高一致或相差不大時，則于涵洞兩側設電纜井(土建預留)，采用暗埋鋼管通過；b)當為排水涵或交通涵路面需下挖較深時，則沿自制電力電纜槽經涵洞翼墻引至涵洞帽沿后，穿鋼管SC150保護過涵洞帽沿（鋼管直徑根據電纜截面規范要求定）。④站場內一般沿土建預留的電力電纜溝敷設，局部地段直埋敷設，過路、過軌時穿鋼管保護敷設；進入房間的電力電纜，溝、槽兩端必須封堵。

電力電纜過軌時沿土建預埋的鋼管過軌，單芯電纜的三相電纜應穿于同一根鋼管內，并在鋼管內絞編敷設。當橋隧相連處無預埋鋼管時，電纜過軌可從橋臺下繞行。

單芯電力電纜敷設要滿足“品”字型敷設且3km倒換（即換相），以消除供電距離長而引起電容電流產生供電末端高電壓現象。

電纜敷設質量控制。敷設電纜前，先進行電纜配盤，根據電纜溝長度及供電設備的距離，選擇適合的電纜盤，并根據電纜的電壓等級對即將敷設的電纜進行測試，檢查電纜型號、規格、電壓等級是否符合設計要求，檢查電纜是否存在鎧裝壓扁，電纜絞擰、護層折斷等未消除的機械損傷。電纜敷設應設專人統一指揮，并緩慢勻速前進，若采用人力牽引的方式進行，敷設較長電纜前，應在電纜行徑的路線上每隔20m放一個電纜滑車，在路面磨擦太大的地方每隔10m放一個電纜滑車，在轉彎處放萬向轉彎滑車，以防磨壞電纜的外絕緣層或受到機械性損傷。電纜敷設時，在電纜的兩端按技術規范要求預留長度。

4.3 電力電纜固定與接續質量控制要點

4.3.1電力電纜固定的注意事項

①單芯電力電纜在施工中，有采用鋼支架的，有采用鋼質保護管的，有采用電纜卡與架空敷設的。凡是在單芯電力電纜周圍形成鋼（鐵）性閉合回路的，均會在閉合磁路中形成渦流，特別是在大電流電力電纜系統中，渦流更大。故在客專施工中要求使用非磁性卡件進行固定電纜，并將三根單芯電纜成“品”字型綁扎固定。②電纜頭的固定位置必須在電纜頭應力錐的下端，以避免電纜頭應力錐及電纜頭接地線受到擠壓而使電纜頭受到損傷。

4.3.2防止電力電纜的彎曲半徑不夠引起的機械性損傷

由于電力電纜外徑較大，對彎曲半徑的要求也比較嚴格（YJV62-8.7/10kV型單芯電纜最小彎曲半徑為電纜外徑的20倍）。在施工中，如果彎曲角度過大，可能使導體內部受到機械損傷，而機械損傷因被電纜絕緣層掩蓋而無法看到，即使測量回路電阻，絕緣和泄漏試驗也很難發現缺陷，運行時則在受損處發生過熱使電纜絕緣強度下降，直到出現故障。需要注意的是，電纜頭故障的原因是在電纜頭制作時，三根電纜頭長度一致，與設備連接時由于受地形限制，中相電纜頭偏長而成為拱形，電纜頭根部受損放電。應采取措施，根據不同設備的連接，適當縮短中相電纜頭連接長度，使三相電纜頭均不受外力。由此可見，電纜施工過程中，要盡可能減少電纜受到的扭力，在電纜彎曲和預留電纜時，讓電纜處于自然彎曲，杜絕內部機械損傷現象。

4.3.3電力電纜中間及終端接頭的施工注意事項

①10kV電力貫通線路應做好路徑的選擇，精確測量，按定盤尺寸提報物資計劃，盡可能不進行電纜中間接頭，如確有必要時，電纜中間接頭的布置要滿足下列要求：“品”字敷設的三根電力電纜的接頭位置相互錯開0.5m以上；橋上電纜槽內敷設的接頭，應用托板托住固定；橋下電纜槽內敷設時，除電纜接頭盒外面應有防止機械損傷的保護盒(環氧樹脂接頭盒除外)，盒內宜注以瀝青；距接頭50m范圍內連續進行蛇形敷設，保證蛇形敷設量不得少于直線段的5m。②電力電纜終端頭和中間頭的制作應按設計圖紙要求和相關標準，要求應經過培訓考試合格的熟練技術工人持證上崗，進行制作。制作前，先進行電纜測試，測試值必須達到技術要求。制作好的電纜終端頭和中間接頭應保證電氣性能和機械強度可靠，并進行絕緣電阻試驗、直流耐壓及泄漏電流試驗和相位試驗，滿足電氣試驗要求。制作過程中要保持清潔、干燥、不傷及電纜絕緣層和絕緣強度，制作前后必須用兆歐表進行電纜絕緣測試，要求絕緣電阻必須滿足規范要求。電纜頭制作必須連續作業，一次性完成，防止受潮。

4.3.4電力電纜防潮

運行經驗表明，中、低壓電力電纜故障大部分為電纜中間接頭和終端頭故障，而中間接頭和終端頭故障則大部分是因密封不良，潮氣侵入而造成絕緣程度下降，而中、低壓電力電纜網多采用樹枝狀供電方式，電纜終端頭數量較多，因此把好電纜終端頭和中間接頭堵漏密封關是保證電纜安全可靠運行的重要措施之一。

5 結論

綜上所述，提高客專電力貫通線路電纜供電的可靠性，首先要從供電方式選擇、電力電纜選型、電纜敷設、電纜終端頭及中間接頭制作等方面綜合考慮，并加強電力各分部工程搭接施工、電纜敷設施工、電纜頭附件施工進行過程質量控制，確保敷設工藝，才能最大限度地發揮電力電纜供電的優越性，減少電力故障發生，確保鐵路運輸生產的安全運行。

[1] 謝鵬程.電力工程施工工藝標準規范應用大全[M]. 銀川: 寧夏大地出版社, 2004.

[2] 魏書寧, 龔仁喜, 劉珺. 電力電纜故障檢測的方法與分析[J]. 計算機技術與自動化, 2005(3): 124-126.