接觸網上網電纜優化連接方案及其工程應用

張開波

（中鐵二院工程集團有限責任公司地下鐵道設計研究院，四川成都 610031）

1 城軌交通接觸網上網電纜連接現狀

目前，國內很多城市軌道交通中的地鐵、輕軌或有軌電車工程，其牽引供電系統采用了?DC1500V?或DC750V架空接觸網授流、走行軌回流的牽引網供電方式。

針對架空接觸網，主要分為剛性懸掛接觸網及柔性懸掛接觸網?2?種。剛性懸掛接觸網主要采用匯流排及接觸導線的組合形式；柔性懸掛接觸網主要采用承力索及接觸導線的組合形式。無論何種形式的接觸網，目前從牽引變電所向接觸網供電，基本均通過上網隔離開關。考慮工程現場的實際情況及連接的方便性，采用150??mm2或?120??mm2直流小截面電纜形式直接與接觸網連接，實現向列車的牽引供電。

由于該類型電纜截面較小、根數多，且直接跨越了接觸網供電的帶電與非帶電區，從安全的角度，同時也為便于與接觸網的匯流排或承力索連接，其均未考慮再設置金屬鎧裝（或屏蔽）層，僅設置?1?層較為柔軟的絕緣層及外護套等。

在實際的工程實施中，由于牽引電流大，該類型電纜的截面較小，導致其數量較多，每回路的直流上網電纜一般需配置?6～12?根?150??mm2或?120??mm2以上的電纜（圖?1）。

圖1 接觸網上網電纜方案連接示意圖

2 上網電纜連接需要的改進

目前的城市軌道交通工程中，接觸網上網連接電纜基本均通過上網隔離開關，直接采用?150??mm2或120??mm2直流小截面電纜形式與接觸網連接。該上網隔離開關的安裝位置根據運營管理維護需求的不同，目前有?2?種情況：①設置在隧道區間內或地面設備桿塔上，距離架空接觸網上網連接點的距離較近，一般在?20??m?以內，某些特殊情況下距離較遠；②采用上網組合開關柜的形式，將上網隔離開關及越區聯絡開關組合后，設置在變電所內，距離架空接觸網上網連接點一般距離較近的一端在?50??m?左右，距離較遠的一端在200??m?左右。

無論上網隔離開關設置在何種位置，只是電纜長度的差別，電纜敷設距離較長時出現電纜故障的概率稍大，但故障隱患及最終的后果都是一樣的。由于現場電纜敷設條件較差，在實施工程中需將該直流上網電纜通過電纜埋管、電纜支架、隧道墻壁或接觸網立柱等設施進行敷設，該?150??mm2或?120??mm2直流小截面電纜外護套或絕緣層很容易被損壞；由于其表面相對柔軟，大部分工程采用的是沒有帶金屬軟鎧的直流電纜，在長期的運營過程中也很容易被老鼠等嚙齒類動物破壞，使得其帶電導體與電纜支架、隧道墻壁或接觸網立柱（或設備桿塔）等設施間出現絕緣損壞，導致電流泄漏，且在建設及運營過程中極不易發現，直到最終發展成為較為嚴重的電纜打火或燃燒的情況，給大部分位于城市地下空間的城市軌道交通工程長期安全可靠運營帶來比較大的安全隱患，已經不能滿足我國各地城市軌道交通工程長期安全可靠運營的要求。

據統計，全國各地出現的較大火災事故，很大一部分是由于長期運營過程中電纜的絕緣出現損壞，最終導致火災事故的發生，給人民群眾的人身及財產安全帶來嚴重損害。對于需要長期安全可靠運營的地鐵系統，由于其空間相對封閉，這種情況更需要盡量避免。據了解，各地已經運營的地鐵系統已陸續出現多起?150??mm2直流小截面上網電纜絕緣層損壞后無法及時發現而導致電纜爆、燃的現象。

地鐵工程為百年大計，安全第一。供電系統作為地鐵運營的動力之源，其安全可靠性將直接影響整個地鐵運營的安全。作為安全可靠性極為重要的直流牽引變電所與接觸網直接連接供電的直流上網電纜，如何實現電纜自身防護的安全可靠，卻是大家一直忽視的事情。

這也是地鐵牽引供電系統“最后一公里”的問題。特別針對目前部分接觸網上網電纜敷設距離較長，且沒有其他防護措施的實際情況，從保證運營安全可靠、便于施工安裝及運營維護的角度，提出接觸網上網電纜連接的優化調整方案。

3 上網電纜優化連接方案

3.1 帶金屬軟鎧裝層大截面直流電纜的優缺點

采用防護性好、帶金屬軟鎧裝層截面較大的400??mm2直流電纜，與不帶鎧裝層的小截面上網電纜（類似?150??mm2或?120??mm2等）相比，在上網距離一致的情況下，可減少?1?倍的電纜根數；同時由于其截面較大，采用帶金屬軟鎧裝層的直流電纜能防止在復雜環境下電纜敷設過程中的施工損壞，以及在長期運營過程中老鼠等嚙齒類動物破壞電纜的絕緣層。在直流電纜的防水層外重疊繞包?1?層軟銅帶作為金屬鎧裝層進行防護，即使直流電纜的外護套被損壞，也可以防止電纜內部的絕緣層及防水層受到損壞；同時如果電纜內部的絕緣層出現了損壞，在無法達到保護動作值之前，也可以在運營過程中的定期電纜絕緣檢測中及早發現故障，一定程度上可以避免最終發展成為較為嚴重的電纜打火或燃燒的情況。帶金屬軟銅帶鎧裝層直流電纜截面示意圖見圖?2。

圖2 DC1500V 乙丙橡膠絕緣電纜截面示意圖

直流上網電纜最終需要與架空接觸網相連，在地下隧道空間或地面桿塔上敷設電纜，實際的敷設條件較差，對電纜需要滿足的彎曲半徑要求較高。因此，盡管帶鎧裝層截面較大的直流電纜采用了乙丙橡膠絕緣及軟銅帶的措施，已經相對比較柔軟，但與不帶鎧裝層的小截面直流上網電纜相比，在電纜敷設及連接的過程中，需要電纜的敷設空間較大。同時，如果將其與架空接觸網直接相連，難度較大，易形成連接硬點。

3.2 上網電纜分接裝置的提出

對于接觸網的直流上網電纜連接，為實現采用帶軟銅鎧裝層大截面直流電纜防護性好、節省電纜根數的優點，同時實現采用不帶鎧裝層小截面電纜柔軟、便于與架空接觸網直接連接的優點，而且能避免各自的缺點，提出采用一種新型且型式簡潔的接觸網上網電纜分接裝置。通過該裝置，可實現不同截面及規格類型電纜的轉換和分接功能。

上網電纜分接裝置的類型有一字形、U?形、L?形等各種形式（圖?3），具體采用何種方案，可根據工程現場的具體情況確定。電纜連接的母排尺寸、開孔數量與距離可根據需分接的電纜數量及規格的不同進行調整。

在城市軌道交通工程的地下區段，接觸網上網電纜連接點的位置一般設置在地下車站的擴大端附近，因此，該電纜分接裝置可根據現場情況，安裝在隧道的頂部或側壁；對于地面區段，安裝在地面區段的接觸網支柱上，接近接觸網匯流排或承力索的位置，無需增加隧道凈空或接觸網支柱的高度以及其他特殊措施，即可有效地實現接觸網上網直流電纜連接方案的優化并提高工程的安全可靠性。

圖3 不同類型上網電纜分接裝置示意圖

3.3 上網電纜優化連接的實施方案

通過電纜分接裝置來實現一種更為方便、安全可靠的接觸網上網電纜或導線連接方式。該方式能適應城市軌道交通工程地下區段、高架及地面區段等各種工程形式的接觸網上網電纜或導線的便捷連接。可以在隧道頂部或側壁、混凝土支柱、鋼柱等結構上安裝固定（圖?4、圖?5）。

在圖?4、圖?5?中：大截面上網電纜為截面?400??mm2的帶軟銅帶鎧裝層直流上網電纜；小截面上網電纜為截面150??mm2或?120??mm2的電纜或裸銅軟連接線。

圖4 地下區段上網電纜優化連接方案示意圖

圖5 地面區段上網電纜優化連接方案示意圖

該上網電纜連接的具體實施方案如下。

（1）對于每個接觸網上網點，使用?1?套電纜分接裝置，其安裝在距離架空接觸網上網點很接近、便于大截面直流上網電纜敷設固定且空間寬裕的地方，同時便于實現與接觸網上網點之間在很短的距離內采用小截面直流電纜直接連接。

（2）從變電所或區間的上網隔離開關至上網電纜分接裝置之間的直流上網電纜，采用防護性好、帶軟銅帶鎧裝層、400??mm2截面較大的直流電纜。該電纜可直接敷設在電纜夾層、隧道壁或接觸網支柱上，通過絕緣性能良好的電纜連接端頭實現與上網電纜分接裝置的可靠連接。

（3）從電纜分接裝置至架空接觸網上網電纜連接點之間的直流上網電纜，采用不帶軟銅帶鎧裝層、柔軟的?150??mm2或?120??mm2小截面直流電纜，或者采用載流能力更強的等截面裸銅軟連接線直接與接觸網連接。

現場安裝實景圖見圖?6、圖?7。

4 優化連接方案的優缺點分析

4.1 優化連接方案的效果

相對于常規的接觸網上網電纜連接方案，該優化連接方案具有以下一些優化效果。

（1）實現了更為方便、安全可靠的接觸網上網電纜或導線連接。該方案將常規方案中從上網隔離開關出來后的小截面上網電纜（截面為?150??mm2或?120??mm2等），改為采用防護性好、截面較大的?400??mm2直流電纜，在上網距離一致的情況下，可減少1倍的電纜根數，并采用帶金屬軟銅帶鎧裝層的直流電纜，提高了工程的運營安全性，同時減少了直流上網電纜的運營維護巡檢工作量。

（2）可將上網電纜分接裝置安裝在距離接觸網很接近的地方，便于實現與接觸網之間在很短的距離采用150??mm2或?120??mm2小截面直流電纜形式，或者可直接采用載流能力更強的裸銅軟連接線進行連接，更為安全可靠。

圖6 地下區段上網電纜優化連接方案示意圖

圖7 地面區段上網電纜優化連接方案示意圖

（3）常規方案中，在地下區段，上網電纜的外護套有可能會將接觸網匯流排與隧道壁連接；在地面區段，上網電纜的外護套會將接觸網腕臂絕緣子或懸掛絕緣子兩側的帶電區域與非帶電區連接；在隧道漏水及戶外冰、雪、雨等嚴酷天氣條件下，可能會通過該電纜外護套出現爬電的隱患。采用該優化方案后，可避免直流上網電纜與隧道壁或支柱等非帶電區域的接觸，實現接觸網帶電區域與非帶電區的完全隔離，徹底解決小截面上網電纜絕緣損壞后出現漏電甚至爆、燃的現象。

（4）在正線地面區段可考慮取消接觸網常規方案中的多根銅絞線輔助饋線架設，通過在地面電纜支架上敷設帶軟銅帶鎧裝層的大截面直流電纜作為輔助饋線，每間隔一定的距離實現與架空接觸網的連接，簡化架空接觸網空中的載流形式，有效提高接觸網地上空間的美觀性，改善現場景觀（圖?8）。

圖8 接觸網取消架空輔助饋線的現場實景圖

（5）采用優化方案后，在運營過程中，如果向接觸網供電的上網電纜回路出現故障，在故障無法短時間內明確位置并隔離的情況下，可以在上網電纜分接裝置處方便快捷地將上網電纜與接觸網徹底分開或切除，快速實現接觸網恢復帶電正常運營。

4.2 優化連接方案的缺點分析

相對于常規的接觸網上網電纜連接實施方案，該優化連接方案有一些缺點。

（1）大截面直流電纜的敷設難度。相對于小截面直流電纜更為柔軟的特性，大截面直流電纜的敷設難度相對較大，對于電纜敷設的空間和安裝固定的要求更高。不過，盡管大截面直流電纜的敷設難度相對增加，但其仍較柔軟，且一般敷設在地下車站端頭的擴大端，相對于在隧道內大量敷設的?35??kV?大截面交流電纜來說，其敷設及施工難度仍然是很低的，無論是地下及地面空間，其敷設工藝及條件是成熟可靠的。

（2）安裝工程量的增加。在每個上網點增加了1?套電纜分接裝置的安裝工程量。不過，由于每條城市軌道交通線路，其牽引變電所的數量相對較少，對應的上網點連接數量也不多，且電纜分接裝置在現場的安裝工藝簡單、成熟可靠，相對于整個供電系統安裝工程而言，增加的安裝工程量基本可以忽略。

5 結論

相對于常規的接觸網上網電纜連接方案，該優化方案無需增加隧道凈空或接觸網支柱的高度，也不需要采取其他的特殊措施，大幅提高了工程的安全可靠性，且便于施工安裝及運營維護。優化方案能適應城市軌道交通工程地下、高架及地面區段等各種工程形式的接觸網上網電纜或導線的便捷連接，其已經在多個城市軌道交通工程中得到推廣和應用，在運營中具有較大的安全效益。