何劲松

0 引言

沪杭高速铁路（下文简称高铁）是已开通运营的客运专线中桥梁比例最高的线路，桥梁比例达到91%，牵引供电的电分相关节均位于高架桥上，且牵引变电所、分区所、AT所均采用GIS组合电器，因此出所馈线无法按照传统的架空裸线方式上网，全部采用27.5 kV高压单芯电缆出所后转架空再转电缆或直接电缆上网的方式。沪杭高铁27.5 kV单芯电缆铺设长度在50～2 200 m范围内，铺设长度最长的是许村牵引变电所，达到2 180 m。作为牵引供电最主要的供电设备，其铺设质量、安全防护至关重要，本文着重介绍沪杭高铁27.5 kV单芯供电线电缆的接地施工技术。

1 电缆结构及其特殊性

目前高铁和客运专线单芯供电线电缆基本采用交联聚乙烯电缆，沪杭高铁采用 ZR-YJY72-27.5 kV 1×300 mm2。其电缆结构如图1所示。

主绝缘层、半导电层、铜丝屏蔽层组成分阶绝缘结构，目的是使绝缘层内的电场强度分布均匀，提高绝缘的利用率，降低导线表面的最大场强，从而提高电缆的安全系数。金属护层丝的作用是加强电缆的机械强度，保持电缆周围为零电位，并在电缆短路时承载短路电流，以免因短路电流引起电流温度过高而损坏绝缘层。外护层起到防水、防腐的作用。

图1 电缆结构示意图

单芯电缆的特殊性在于，电缆的导线和金属护层之间相当于一个单匝变压器。导线的磁通有相当大的部分与金属护层相链，并在金属护层上产生感应电压。感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故障、遭受操作误差电压或雷电冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。当金属护层两端接地时形成通路，护层中有环流通过，造成较大的护层损耗，使电缆发热，传输容量降低。特别是在接地线与护层连接不良时，形成局部过热损坏电缆绝缘。因此，按照 GB50217-2007《电力工程电缆设计规程》4.1.10条的要求，未采取有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，交流单芯电力电缆线路的金属层任一点非直接接地处的感应电压不得大于50 V；除上述情况外，不得大于300 V。

2 沪杭高铁采用的电缆接地方式

（1）方式 1：金属护套一端直接接地，另一端通过保护器接地。装设护层电压限制器的一端在正常状态下对地绝缘不构成回路，当金属护套上出现过电压，护层电压限制器工作，实现接地保护，该方式可以减少及消除环流，提高电缆的传输容量及运行安全性。沪杭客运专线在电缆长度小于500 m情况下，均采用了该种接地方式，且护层保护器一端安装在所亭侧，直接接地端在上网侧（图2）。

图2 电缆接地方式1示意图

（2）方式 2：金属护套中点直接接地，两端保护接地。电缆线路较长时（大于 500 m），在电缆线路的中点将电缆的金属护套直接接地，金属护套的2个终端通过护层电压限制器接地，如图3所示。该方式可看作2个“一端直接接地而另一端保护接地”方式连接在一起共用直接接地端的方案，中点两端电缆长度应尽量相等。

图3 电缆接地方式2示意图

3 电缆接地方式2的2种实现方法

上述金属护套中点直接接地，两端通过护层电压限制器接地的方式2，在工程实施时可以通过2种方法实现。

（1）在中点安装电缆中间接头，通过中间接头将金属屏蔽层和金属铠装层引出接地线（图4）。

（2）中点不安装电缆中间接头，在不破坏主绝缘情况下，直接将金属屏蔽层和铠装层引出接地线，从而实现接地。

图4 电缆接地方式2的实现方法示意图

上述2种方法各有利弊，第1种方法施工便捷、防护要求不高，但由于破坏了电缆的主绝缘层，从而容易形成绝缘薄弱环节，不利于提高电缆使用寿命及载流量，且由于多使用了电缆头使得成本增加；第2种方法成本小、对电缆使用寿命及提高载流量有利、维护工作量相对较小，但对施工工艺要求较高、应避免在制作过程中破坏主绝缘，施工完成后对该破坏点的防水要求高。在沪杭客运专线许村牵引变电所的供电线电缆接地方案中，采取了第2种方法的方案。

4 护层电压限制器的选用原则

护层电压限制器在正常工作条件下应呈现较高的电阻。此时流经限制器的电流为微安级，以保证电缆在金属护套单端接地的正常状态下工作。当过电压入侵时，不接地端的护套会出现较高的冲击过电压（可能会达到入侵波的60%～120%），这时护层限制器呈现较小的电阻，使过电压电流较容易地流入大地，而限制器自身不损坏，同时不接地端又恢复高阻态。护层电压限制器的参数选择，应符合下列规定：

（1）可能最大冲击电流作用下的残压，不得大于电缆护层冲击耐压被1.4所除数值。

（2）可能最大工频过电压在5 s作用下，应能耐受，不击穿或损坏。

（3）可能最大冲击电流累积作用20次后，限制器不得损坏。

5 电缆施工中的注意事项

27.5 kV单芯高压电缆的使用寿命和运行安全，很大程度上取决于施工环节的质量控制。第一，要注意电缆铺设过程中对外护套的保护，避免外护套损坏使铠装层暴露，如出现该情况，在直埋方式下极易类似多点直接接地的危险，在护套中形成环流，增加电缆故障的风险，使电缆使用寿命降低。第二，在电缆排列时，应尽量按照T线、F线交叉并排布置方式，这样可以减小相间感应电压。第三，应避免电缆护套内进水，这样会降低绝缘性能。第四，电缆头制作应严格按照工艺进行，应在适合的大气环境下进行，提高电缆头制作质量。

6 结束语

随着高速铁路建设的高速推进及山区高速铁路、高原高速铁路的建设，27.5 kV单芯高压电缆的使用频率越来越高、使用的环境将越来越复杂，需要人们对电缆接地系统的认识越来越高。应抓紧总结和分析电缆故障及运行状况，完善铁路专用27.5 kV单芯电缆的铺设及接地技术。

[1]GB50217-2007 电力工程电缆设计规范[S].

[2]DL401-91 高压电缆选用导则[S].

[3]陈锦田.单芯高压电缆的正确施工与维护[J].福建电力与电工，2000，（79）.