接触网供电线电缆接地设计 及中间接头设置的研究 张健：铁道第三勘察设计院集团有限公司，工程师，天津，５００２５１ 吕 波：铁道第三勘察设计院集团有限公司，教授级高级工程师，天津，５００２５１ 刘栋梁：中铁电气化局集团第一工程有限公司，工程师，北京，１ ０００５６ 张强：山东理工大学，学生，山东淄博，２５５０４９ 摘要：以哈尔滨一大连铁路客运专线文官 屯变电所一沈阳北开闭所的供电线电缆为 例，介绍供电线电缆接地的设计流程。通过 ｉ 计算供电线电缆金属层的正常感应电动势的 最大值来划分接地单元，通过交替设置直通 接头和绝缘接头实现电缆金属层接地。总结 电缆接地设计的一般流程和中间接头现场设 ； 置的一般原则，指出今后的研究方向。 ； 对交流单芯电力电缆的金属层上任一点非直接接地处的 正常感应电势最大值做如下规定：未采取有效防止人员 任意接触金属层的安全措施时，不得大于５０ Ｖ；除上述 情况外，不得大于３００ Ｖ。为防止电缆金属层电压超过 关键词：供电线电缆；接触网；接地；中间 接头 规定值，需对电缆金属层做接地处理。尤其是当敷设电 １概述 缆长度较长时，接地装置设置的数量、位置对保证供电 安全，减少故障发生概率，监测和抢修维护都有重要意 接触网供电线设计是牵引供电系统设计中的重要 义。以哈尔滨一大连铁路客运专线（简称哈大客专）文 组成部分，对保证接触网供电安全起到重要作用。供电 官屯变电所一沈阳北开闭所的供电线电缆接地设计为 线有单独立杆架空、与接触网支柱同杆架设、采用电缆 例，介绍接触网供电线电缆接地的设计情况。 敷设３种常用方式。供电线电缆具备占用空间少（尤其 是可以埋设地下，不占用地上空间）、检修独立、与变 电所内开关柜衔接方便等优点，在征地困难、城市市区 等工程情况复杂不宜单独立杆架设的情况下，被广泛采 一２接地设计案例 沈阳北开闭所为沈阳北站场区接触网供电，其电源 路取自哈大客专上行接触网，一路由文官屯牵引变电 用。接触网供电线电缆均为２７．５ ｋＶ单芯单相交流交联聚 所直接供给。因沈阳北开闭所处于市区中心区域，文官 乙烯绝缘电缆，在电缆金属层会产生感应电动势。当电 屯变电所处于市郊区，供电线路径穿过市区，因市区征 缆超过一定长度时，金属层累积的感应电压会危及人身 地困难，没有场地独立架设架空供电线的条件，供电线 安全，所以ＧＢ ５０２１７－－２００７《电力工程电缆设计规范》 采用电缆设计方案。供电线电缆采用两根型号为ＴＹＪＹ一 ．５５． 接触网供电线电缆接地设计及中间接头设置的研ｒ艽伥健寺 ２７．５ ｋｖ一１ Ｘ ３００的电缆，两根电缆平行并排敷设，单根 的最大值为各因素产生感应电动势最大值的叠加， 电缆长度为５．６ ｋｍ。 ￡…＝￡… ＋８ ｂｍ ＋∑ ￡接…＋∑ ￡承…。 ２．１ 计算单位长度电缆金属屏正常感应电动势的最大值 根据工程的设计资料和现场实测数据，代入公式中 ２４ Ｘ １０ （Ｖ／ｍ）。 假设一根电缆为电缆ａ，另一根为电缆ｈ。以电缆ａ 得到ｓ…＝４．为例，计算单位长度电缆ａ金属层正常感应电动势的最 根据规范要求，未采取能有效防止人员任意 ０ Ｖ，可得 大值。电缆ａ金属层感应电动势主要由电缆ａ中电流磁场 接触金属层的安全措施时，不得大于５ 产生的感应电动势、电缆ｈ中电流的磁场产生的感应电 动势、周边铁路接触网产生的感应电动势３部分组成。 ＿二 、ＩＩ ＝１ １７９ ｍ，当电缆长度超过１ １７９ ｍ时必须设置 Ｓ 接地。 ２．２划分接地单元，设置电缆绝缘接头和直通接头 电缆总长度为５ ６００ Ｉｎ，因为一个接地单元的电缆最 大长度为１ ｌ ７９ ｉｎ，电缆最少应划分为６个接地单元才能 保证感应电压小于５０ Ｖ，可计算出每个接地单元长度为 ９３３ｍ。 图１ 电缆感应电动势计算示意 一个接地单元如果两端直接接地，在金属层与大 根据安培环路定理，电缆ａ电流产生的磁感应强度 地之间会形成闭合回路，电缆正常运行时，在金属层产 Ｂ： ２叮Ｔ， ，根据法拉第电磁感应定律，电缆 在金属层 生很大的环流损耗。所以，一个接地单元可以一端直接 接地，另一端通过护层保护器接地，这样电缆正常丁作 产生的最大感应电动势 … ： …ｌ 。 时，金属层不会产生环流，只有 现故障等特殊情况， 产生较高的感应电压通过护层保护器释放，对电缆进行 式巾： ，为真空磁导率；伪Ｔ频交流电频率； 为电 保护。在通过护层保护器接地的两个接地单元之间设置绝 缘接头，在直接接地的两个接地单元之间设置直通接头， 缆ａ电流最大值。 同理可计算电缆ｈ、接触导线、承力索在电缆ａ的金 通过交替设置绝缘接头和直通接头实现电缆接地。一般 属层产生的最大感应电动势分别为： １ ｓ—Ｒ 。 ： 。 … ｌ 接— 电缆 所处，变电所均设置护层保护器接地，接地方式 见图２。 ， ２．３最终接地方案 ， 哈大客专中间接头均采用增强防水型中间接头，为 方便中间接头检修维护，设置中间接头井。两根电缆的 。 ： 。 ｌ Ｓ Ｒ ， 中间接头设置于一个中间接头井中，两个中间接头相互 错开，间距为０．５ ｍ。选择电缆中间接头位置主要考虑以 下因素，并根据这些原则经现场踏探，调整后的接地方 式巾： 为电缆ｈ电流最大值。 考虑最不利的情况，电缆ａ金属层总感应电动势 案见图３。 图２电缆接地单元初步划分及中间接头设置 一５６一 ‘二 毒 Ｃｈ｜～ＥｓＥ ＲＡＩＬＷＡＹＳ ２０１４／０２ 图３ 电缆接地最终方案及中间接头设置 （Ｉ）排水：电缆中间接头在水中浸泡容易导致故 哈大客专现已运营一年，没有出现因电缆接地导致 障，所以电缆中间接头所在位置不宜在地势低洼等排水 不畅的区段。 （２）空间：电缆接头井要考虑检修维护空间、电 缆接头之间相互距离及设置接地极等因素，所以中间接 简单叠加，其计算模型还有优化的空间。可以在电缆接 头井占用空间较大。设置电缆中间街头的位置要有足够 头处增加接地监视装置，不仅可以监视电缆接地有无异 的施工场地。另外，哈大客专在电缆接头井附近设置预 常，还可以显示护层感应电压值，从实践上验证接地单 留电缆，所以考虑附近有设置预留电缆的空间。 （３）与电缆敷设的过渡：一般电缆敷设时两根电 缆距离为１５０ １１１＿ｍ，但是中间接头处，两根电缆距离约 ８００ｍｍ。电缆直埋时，埋人冻土层下较深，电缆接头距 离地面要浅，所以电缆至电缆接头水平和垂直两个方向 在接头井处要提前平稳过渡，保证转弯半径满足规范要 求。电缆接头井的位置要满足电缆平稳过渡的要求。 （４）便于巡视和抢修：电缆中间接头设置位置要 便于人员巡视和抢修，不宜设置在人员和机械作业困难 ［的地段。 ３结论与展望 通过以上示例，电缆接地设计的流程可分为３个步 骤： （Ｉ）根据供电线路的具体情况，计算理论上电缆 金属层正常感应电动势满足规范要求时的最大长度。 （２）根据电缆总长度，按不超过最大长度的原则 ［８］欧景茹，祁树文，杨世春，等．高压单芯电缆线路 尽可能均等的划分接地单元，设置电缆绝缘接头和直通 接头，并确定接头设置的位置。当电缆长度较短时，可 认为是一个接地单元，一端直接接地，一端经护层保护 器接地。 （３）现场踏勘，根据接头设置的位置，综合考虑 电缆接头设置的场地、排水、与电缆的过渡衔接、维护 抢修等因素，调整电缆接头设置位置，甚至调整接地单 元划分，形成最终的接地方案。 ｃＨｌＮＥｓＥ ＲＡＩＬＷＡＹｓ ２ｏ’４，ｏ２（＝ 的故障。供电线电缆周围产生感应电动势的影响因素非 常多，不仅有路内的交流电线，还有路外的交流电线， 最大感应电动势也不仅仅是各因素产生感应电动势的 元划分是否合理。 参考文献 ［１］王伟．交联聚乙烯绝缘电力电缆技术基础【Ｍ】．３版． 西安：西北工业大学出版社，２Ｏ１１． ［２］ＧＢ ５０２】７—２ＯＯ７电力工程电缆设计规范［ｓ】． 【３】冯慈璋．电肱场【Ｍ］．２版．北京：高等教育出版社， ２０００． ４】杨柳．高速铁路馈线电缆接地方案与故障监测［Ｄ］． 成都：西南交通大学，２０１２． 差嵩 秉 蠹， ３２（２地）．下４ ［６】张倩，李文豪，陈维荣．高速铁路２７．５ ｋＶ单芯电缆 接地方式的研究ｆＪ］．电气化铁道，２００９（２）：１ Ｏ一１ ５． ［７】ＧＢＴ ２８４２７—２０１ ２电气化铁路２７．５ ＫＶ单相交流交联 聚乙烯绝缘电缆及附件［ｓ］． 金属护套接地方 Ｊ］＿吉林电力，２００５（２）：１ ９－２１． ［９唐剑．电力线路对邻近并行埋地金属管道电磁干扰 ９］影响的研究［Ｄ】．保定：华北电力大学，２００５． ［１ ０］ＧＢ ５０ １ ６８—２Ｏ０６电气装置安装工程电缆线路施工 及验收规范Ｉｓ】． 责任编辑陈晓云 收稿日期２０１ ３－１ Ｏ－１４ 一５７．