刘明亮 上海铁路局合肥供电段

随着大规模客运专线建设的快速发展，由于受地形和环境因素的影响，电气化铁路27.5kV专用电缆的使用越来越普遍，而由于电缆故障影响行车的事例也越来越多。合武客运专线上海局管内自2008年12月31日开通之后已发生3次27.5kV电缆故障而影响行车，沿海铁路客运专线在2009年7月份联调联试期间发生多起电缆故障，这些电缆故障的发生给行车和运输组织造成了严重的干扰。

1 电力电缆故障产生的主要原因

按照电缆故障产生的原因进行分类大致分为四类，即：制造、施工图设计、施工质量、外力破坏等四大原因。

1.1 厂家制造原因

一般在电缆生产过程中容易出现的问题有绝缘偏心、绝缘屏蔽厚度不均匀、绝缘内有杂质、内外屏蔽有突起、交联度不均匀、电缆受潮、电缆金属护套密封不良等，有些情况比较严重可能在竣工试验中或投运后不久即出现故障，大部分在电缆系统中以缺陷形式存在，对电缆长期安全运行造成严重隐患。在电气化铁路中出现此种情况很少，如在招标采购、验收、交接试验和准入制度等各个环节的卡控措施如果到位可以避免。

1.2 施工图设计原因

由于在施工图设计时，对电缆敷设的环境、路径、敷设方式、接地形式等勘察设计考虑不全面，施工单位在地形复杂、工期短的情况下，没有按照设计和施工规范要求进行敷设，留下安全隐患。如合武线六安牵引所馈出供电电缆，多根电缆敷设在一个狭小的沟槽内，相互之间间距无法达到规范的要求；2008年12月31日其中一条电缆击穿故障，并将相邻的电缆烧损，影响了行车，同时也扩大了事故范围。

1.3 施工质量原因

⑴施工时没有按照规范进行施工等导致电缆弯曲半径过小、部分场所电缆受挤压损伤等造成电缆故障。

⑵因电缆头制作安装工艺不达标，在运行中造成电缆头击穿故障。电缆头是电缆线路中的薄弱环节，分为电缆终端接头和电缆中间接头，不管什么接头形式，电缆接头故障一般都出现在电缆绝缘屏蔽断口处，因为这里是电应力集中的部位。造成电缆头故障的主要原因有以下几个方面：一是现场条件比较差，电缆和接头在工厂制造时环境和工艺要求都很高，而施工现场温度、湿度、灰尘都不好控制。二是电缆头在制作过程中在绝缘表面难免会留下细小的滑痕，半导电颗粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入绝缘中，另外接头在制作过程中由于绝缘暴露在空气中，绝缘中也会吸入水分，这些都给长期安全运行留下隐患。三是制作安装时没有严格按照工艺规定施工,没有考虑到可能出现的问题。四是竣工验收采用直流耐压试验造成接头内形成反电场导致绝缘破坏。五是因密封处理不善导致电缆故障。

⑶单芯电缆外护层接地方式选取不当等造成电缆击穿故障。

1.4 外力破坏原因

大多数情况是由于临近电缆敷设处所人工利用尖利器械开挖或大型机械进行开挖、碾压，造成电缆被挖断或者被撞击、挤压后电缆外护套、金属护套，挤入电缆绝缘层导致电缆击穿。

2 电气化铁路27.5kV专用电缆敷设安装工艺探讨

电气化铁路27.5kV专用电缆一般用于牵引变电所至上网点之间的供电线或者AT供电方式中的正馈线，是直接给接触网供电的重要设备。一般主要使用在附近建筑物较多、空间狭窄，高速客运专线长大桥梁、隧道等不具备架空条件，和对外观环境要求较高的大型客运站场等处所。这些场所不仅施工难度大，且运行维护也很困难。因此根据电气化铁路27.5kv专用电缆的运行特点，规范和优化敷设安装工艺等尤其重要。

2.1 规范敷设方法

根据《电力工程电缆设计规范》(GB50217-2007)的要求“电缆敷设方式的选择，应视工程条件、环境特点和电缆类型、数量等因素，以及满足运行可靠、便于维护和技术经济合理的原则来选择。”电气化铁路27.5kV专用电缆为高压交流单芯电缆，其敷设安装工艺除了要符合《电力工程电缆设计规范》中的交流系统单芯电缆敷设的基本要求外，还应根据电气化铁路27.5kV专用电缆的特点，做到以下几点要求。

⑴因“交流系统单芯电力电缆，不得选用未经非磁性有效处理的钢制铠装”。目前电气化铁路27.5kV专用电缆所采用的铠装层大多为铝制或铝合金等非磁性金属铠装材料，其抗外力侵害的能力相对较差。因此电气化铁路27.5kV专用电缆的敷设方式主要宜采用整体现浇式电缆沟槽敷设，沟槽的大小宜根据同沟敷设的电缆数量确定，同沟敷设的电缆之间的间距应符合《规范》要求；对于上网供电线电缆上下行应分开敷设，以避免其中一条电缆击穿故障时，烧毁相邻电缆，造成上下行同时中断供电，扩大事故范围。

⑵电缆在穿越道路、铁路等宜采用穿管敷设，在空间狭窄、地形复杂困难的情况下无法进行电缆沟槽敷设施工的处所也应采用单根穿管敷设。因“交流单芯电缆以单根穿管时，不得采用未分隔磁路的钢管。”过去采用将钢管沿长度方向割开一个缝再穿电缆或者采用PVC等塑料棺材等作为电缆保护管，由此造成保护管的抗外力的强度很不理想。近几年国内大量使用的新型PE管不仅阻燃、抗腐蚀、非导磁性且增加厚度后承载能力可以大大增强，抗外界的冲击能力甚至超过同管径的钢管。因此，新型PE管应是电气化铁路27.5kV专用电缆保护管比较理想的管材。

⑶电缆保护管在穿越铁路时，与铁路交叉处距路基面不宜小于1.0m、距排水沟底不宜小于0.3m,保护管的承压能力宜在每单位面积16kg以上。在跨越繁忙干线铁路或站场多股道进行开挖敷设电缆保护管比较困难的情况下，宜采用机械顶管敷设，在进行机械顶管敷设时顶管位置应控制在路基面3m以下，以避免对路基的扰动。

2.2 金属保护层接地方式的选择

为消除感应电势的影响，交流系统单芯电力电缆金属保护层接地方式主要有以下几种。方法一：一端直接接地，另一端通过护层电压限制器接地。方法二：电缆线路中间一点接地，两端通过护层电压限制器接地（性质与方法一相同）。方法三：交叉互联接地（施工、运营维护复杂）。方法四：两端直接接地，（电缆金属保护层可能通过电流）。

因交叉互联接地方式主要用于高压三相电源所采用的单芯电缆敷设，因此不适用于电气化专用电缆。两端直接接地时，尤其在有综合接地系统的电气化铁路区段，电缆的接地和综合接地系统相连时易形成电流通路，对电缆的运行造成危害。因此根据电气化27.5kV专用电缆的特点，宜选用一端直接接地，另一端通过护层电压限制器接地的方式（如图1所示），且护层电压限制器的选择应符合《电力工程电缆设计规范》的要求。

图1 电缆金属保护层一端直接接地另一端通过护层电压限制器接地方式

2.3严格控制电缆头生产制作工艺

高压电缆头是电缆运行中的薄弱环节，电缆头击穿故障占电缆击穿故障的绝大多数，沿海铁路客运专线在2009年7月份联调联试期间发生6起电缆故障均为电缆头击穿故障。因此，在施工中控制电缆头的制作安装工艺尤其重要。

⑴高压电缆头的基本要求：

线芯联接好:主要是联接电阻小而且联接稳定，能经受起故障电流的冲击；长期运行后其接触电阻不应大于电缆线芯本体同长度电阻的1.2倍；应具有一定的机械强度、耐振动、耐腐蚀性能；此外还应体积小、成本低、便于现场安装。

绝缘性能好:电缆头的绝缘性能应不低于电缆本体，所用绝缘材料的介质损耗要低，在结构上应对电缆头中电场的突变能完善处理，有改变电场分布的措施。

⑵要清楚电缆中电场的分布原理，控制好电缆头制作中的关键技术

高压电缆每一相线芯外均有一接地的（铜）屏蔽层，导电线芯与屏蔽层之间形成径向分布的电 场。也就是说，正常电缆的电场只有从（铜）导线沿半径向（铜）屏蔽层的电力线，没有芯线轴向的电场（电力线），电场分布是均匀的。在做电缆头时，剥去了屏蔽层，改变了电缆原有的电场分布，将产生对绝缘极为不利的切向电场（沿导线轴向的电应力）。在剥去屏蔽层芯线的电应力向屏蔽层断口处集中。那么在屏蔽层断口处就是电缆最容易击穿的部位。电缆最容易击穿的屏蔽层断口处，一般采取分散断口处集中的电应力，用介电常数为20～30，电阻率为108～1012Ω·cm 材料制作的应力管，套在屏蔽层断口处，以分散断口处的电场应力，保证电缆能可靠运行。 故电缆头制作中应力管非常重要，而应力管是在不破坏主绝缘层的基础上，才能达到分散电应力的效果。为尽量使电缆在屏蔽层断口处电场应力分散，应力管与铜屏蔽层的接触长度要求不小于20mm，短了会使应力管的接触面不足，应力管上的电应力会传导不足，长了会使电场分散区（段）减小，电场分散不足，一般在20mm~25mm左右。

3 结束语

由于电缆线路的一次性投资较大，发生故障时查找困难且恢复时间长，因此在过去的电气化铁路建设中尽量不用或很少使用电气化铁路27.5kV专用电缆，避免因电缆故障对铁路运输的干扰。随着社会的发展，人们对环境美观、安全的要求越来越高，节约土地的意识也越来越强，而使用电缆具有美化环境、节约土地、相对安全等架空电力线路所不具备的优势。随着我国电气化铁路的快速发展，尤其是高速客运专线的大规模建设，电气化铁路27.5kV专用电缆的运用也将越来越普遍。为适应这种发展趋势，还需要根据电气化铁路牵引供电系统的特点进一步研究和规范电气化铁路27.5kV专用电缆的制造和敷设安装工艺标准，以确保电气化铁路牵引供电系统安全稳定运行。