關于鐵路電力10kV電纜接地方式的探討分析

戶其曉

摘 要：隨著電力10kV單芯電纜和三芯電纜在鐵路電力供電系統中大量使用，電纜接地方式直接影響電纜的安全運行，本文總結了單芯電纜和三芯電纜接地方式的相關規定和不同方式方法，通過鐵路案例分析重點分析鐵路三芯電纜接地方式的選擇。

關鍵詞：鐵路;單芯電纜;三芯電纜;接地方式

1 緒論

鐵路電力供電系統中電力10kV單芯電纜和三芯電纜大量使用，且普速鐵路大量架空線路被電纜線路所取代，電纜的運營安全是鐵路電力供電系統安全可靠的基本保障。電纜的接地方式影響到電纜的運行安全，同時影響鐵路設備運行安全的問題，故電纜的接地方式的選址尤為重要。

2 10kV電纜接地方式

2.1 電纜感應電動勢的計算

正常運行時感應電壓計算：

論文[1]詳細分析了鐵路客運專線單芯電纜金屬護套的感應電動勢接地計算，分別通過單相回路電纜的感應電勢和三相回路電路的感應電勢進行了分析計算。

2.2 相關規范規定

《鐵路電力設計規范》（TB1008-2015）規定鐵路交流單芯電力電纜，其金屬層宜采用在線路一端或中央部位直接接地方式。電纜金屬層上任一點非直接接地處的正常感應電勢最大值應符合下列規定：

（1）未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于60V。（2）除上述情況外，不得大于300V。（3）不能滿足（1）（2）要求時，接地另一端應通過護層電壓限制器接地。

以上鐵路對于單芯電纜的接地方式的規定與國標《電力工程電纜設計標準》（GB50217-2018）規定單芯電纜接地方式要求基本一致。

《高速鐵路設計規范》（TB10621-2014）除規定上述要求外，規定10kV電力貫通線電纜金屬層連續長度不宜大于三公里。

《鐵路電力設計規范》（TB1008-2015）規定電力牽引供電區段的交流三芯電力電纜線路的金屬層應采用交流單芯電纜的接地方式，其他情況應在電纜線路的兩終端和接頭等部位實施接地。

以上鐵路對于三芯電纜的接地方式的規定與國標《電力工程電纜設計標準》（GB50217-2018）4.1.10條規定是有區別的，國標規定交流三芯電纜金屬套應在電纜線路的兩終端和接頭等部位實施直接接地。

2.3 接地方式的選擇

根據電纜感應電勢計算公式及相關規定可總結出以下幾個特點：

（1）接地方式只與電纜芯數有關，而與電壓等級無關;

（2）護層保護器的選擇與電壓等級有關;

（3）感應電壓超過標準時選擇交叉互聯。

論文[2]提出單芯電纜金屬護套的接地方式可有以下幾種：（1）電纜金屬護層一段直接接地，另一端通過護層保護器接地，此種接地方式無環流，感應電壓與電纜長度成正比，主要在短電纜線路中使用。（2）電纜金屬護層中點直接接地，兩段金屬護層通過護層保護器接地，此種方式與第一種的方式原理一樣，優點比第一種適用電纜的長度擴大了一倍。（3）電纜金屬護層交叉互聯，這種形式用于較長電纜線路。（4）電纜換位，電纜金屬護層交叉互聯，這種形式減小單芯電纜對臨近電纜的感應電勢，此種方式在客專鐵路的單芯電纜應用較廣。

客專鐵路電力貫通線采用單芯電力電纜，電纜的一段采用護層保護器接地。電纜護層保護器的原理在于護層保護器呈現高電阻狀態，限制電纜金屬護套與大地形成的工頻感應電纜，從而限制電纜線路金屬護套中的工頻感應電壓，防止電纜護套被擊穿，當電纜線路發生短路故障或者過電壓導致電纜金屬護套中出現過電壓時，超出了電纜護層保護器的耐壓值，電纜互層保護器呈現低電阻導通狀態，迅速泄放故障電流，從而保護電纜的外護套絕緣層。

目前隨著技術的發展，電纜的在線故障檢測裝置及系統功能和技術條件逐漸成熟，可實時檢測電纜運行過程中電纜的運行數據，當電纜發生故障時，通過檢測信號對比，測量故障點長度，迅速確定電纜發生的故障位置，為電纜的運行及故障排除提供較大方便。

3 鐵路案例分析

某鐵路項目為客貨混鐵路項目，電力貫通線采用電纜和架空線的混合方式。電力貫通線的電纜區段采用沿鐵路的路基電纜槽、橋梁的路基電纜槽和隧道內電纜槽敷設。

工程設計電力電纜采用三芯鎧裝電纜，電力電纜金屬套在電纜線路兩終端直接接地。運行過程中發現電纜護層和鋼鎧存在發熱現象，個別地段部分絕緣損壞，電纜燒損。

根據對現場環境以及電氣化鐵路運行情況初步分析，原因可能由于動車組牽引電流較大，特別是電纜線路在電纜槽內敷設，距離接觸網相對較近，電力電纜護層和鋼鎧中的感應電勢較大，再結合三芯電纜兩端接地的接地方式，電纜護層和鋼鎧中長期通過電流時會造成環流，可能會引起電纜護層和鋼鎧發熱。

此項目后期經過變更設計，將相關所有交流三芯電纜兩端接地的接線方式改為單芯電纜的接地方式，即單端接地方式。電纜一端可靠接地，另一端經電纜護層保護器接地。在區間箱變、變電所和配電所的電纜進線端增設電纜護層保護器。解決了運行過程中電纜燒損的問題。

根據以上分析電力牽引供電區段的交流三芯電力電纜線路的金屬層應參考交流單芯電纜的接地方式，其他情況應在電纜線路兩終端和接頭等部位實施接地。

4 結論

本文總結了鐵路10kV電纜的幾種接地方式，特別結合運營項目的經驗及規范規定，重點提示鐵路10kV三芯電力電纜的接地方式應區別于電力系統三芯電力電纜的接地方式，特別是電力牽引供電區段應參照交流單芯電纜的接地方式，為相關工程設計提供參考建議。

參考文獻：

[1]李文豪，崔校玉，陳維榮，林德福.客運專線10kV單芯電纜接地方式的研究[J].鐵道工程學報，2009，127（4）：39-42.

[2]王軍，傅永德，郭旭振.單芯電力電纜接地施工技術[J].鐵道建筑技術，2011（1）：56-57.

[3]TB10008-2015，鐵路電力設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2016.

[4]TB10621-2014，高速鐵路設計規范[S].北京：中國鐵道出版社，2014.

[5]GB50217-2018，電力工程電纜設計標準[S].北京：中國計劃出版社，2018.