一種高速鐵路專用單芯電纜接地技術方案的制作方法

本發明屬于電纜接地技術領域，涉及27.5kV單芯電纜的使用技術，具體涉及一種高速鐵路專用單芯電纜接地技術方案。

背景技術：

近年來，高速、客運專線及城際電氣化鐵路作為連接國內重要城市間的紐帶迅速建設，到2015年底，我國已建成進行正式運營的高速鐵路達1.9萬公里。為提高高速列車安全可靠供電、顯著節省牽引供電設施的用地資源、明顯協調城市景觀效應，27.5kV單芯電纜作為牽引供電系統核心裝備和關鍵技術平臺之一，被我國高速鐵路大量應用，尤其是時速300公里和350公里的高速鐵路，如京滬高速鐵路、京津客專、京廣客專等。

高速鐵路的特點是速度高、行車密度大、負荷電流大、系統短路電流大，由于高速鐵路牽引供電系統的特點以及該電纜的結構特征，需要27.5kV專用電纜采用單芯、單相、多根長距離并聯應用。在高鐵運行過程中，電纜金屬層(金屬屏蔽層+鎧裝層)上將產生感應過電壓、感應大電流、以及短路時的大的回流等接地技術方法問題，若技術方法采用不當，將導致供電電纜燒毀，中斷供電，影響高速列車的正點安全運營，嚴重時可導致行車安全的事故。

目前，27.5kV專用電纜采用的現有接地方案主要有：兩端接地方案、一端接地一端懸空接地方案。兩端接地方案(如圖1所示)是在電纜兩端的終端處將金屬層(金屬屏蔽層+鎧裝層)引出直接接地，電纜金屬層兩端通過接地形成環形電路，當電纜線芯中通過電流時，金屬層中會出現由于電磁感應產生的環形電流，且其感應電流可達線芯負荷的50～95％。一端接地一端懸空接地方案(如圖2所示)是一端電纜終端處的金屬層引出直接接地，另一端電纜終端處 的金屬護層懸空設置。單芯電纜的線芯和金屬層可看作是一個變壓器的初級繞組，當電纜線芯通過電流時，在金屬層的懸空端將出現感應電壓，其感應電壓的大小與電纜線路的程度和線芯通過電流成正比。

上述兩種方案主要存在的問題是：

1.電纜金屬層兩端接地方案：在高速鐵路工程中，由于每個27.5kV電纜回路為單相負載，牽引負荷電流大，且為沖擊性負荷，與對稱布置的三相電纜負載相比，當電纜線芯通過電流時，金屬層環形回路上產生的感應電流更大，從而引起金屬層更大的發熱，形成更大些損耗，導致電纜工作溫度上升較大，降低了電纜載流量同時加速電纜絕緣老化，影響電纜使用功能和使用壽命。綜合考慮經濟和安全因素，該接地方案一般在短電纜和輕負載回路使用。

2.電纜金屬層一端接地另一端懸空方案：正常運行時，當電纜線芯通過電流大或電纜線路長時，金屬層上的感應電壓會疊加起來可達到危及人身安全的程度。因此，為保證運營維護人員人身安全，單回路電纜線路敷設距離很短，一般情況下不超過100米，很多情況下無法滿足工程實際需要。

3.此外，對于電纜金屬層一端接地另一端懸空方案，倘若電纜線路發生短路故障、遭受操作過電壓或雷電沖擊，金屬層懸空端會出現較高的感應電壓，在電纜絕緣外護套不能承受此電壓而損壞時，將導致多點接地故障，使得金屬層需承載非常大的短路電流或環流，一旦該電流超出金屬層載流能力還將引發電纜大面積燒損事故。現有的工程做法大多是通過增加27.5kV電纜的金屬層截面來解決此問題，可卻帶來新的問題即電纜直徑大、現場施工困難、投資高等。

技術實現要素：

高速鐵路27.5kV專用單芯電纜在近年來獲得了大規模應用，主要用于各牽引所內牽引變壓器、自耦變壓器與27.5kV GIS開關柜間連接、27.5kV牽引網饋 出線、27.5kV站場直饋線等。

一種高速鐵路專用單芯電纜接地技術方案，主要適用于27.5kV單芯電纜，根據高速鐵路牽引供電系統的特點，結合利用電磁暫態分析軟件(PSCAD/EMTDC)搭建的系統模型仿真結果、電纜的結構特征以及工程實際提出，每回路27.5kV專用電纜適當劃分為若干接地單元，每個接地單元電纜長度為不超過600m，并取消中間接頭的金屬護層，以實現接地單元的獨立性。每兩個接地單元的中間接頭兩端電纜接地及護層電壓限制器接地要求與27.5kV電纜供電回路接地要求匹配。

將27.5kV專用電纜單回路分成若干獨立接地單元，在每個獨立接地單元一端直接接地，另一端通過護層電壓限制器接地，既可解決電纜金屬層環形回路上產生的感應電流問題，又可解決電纜金屬層一端接地另一端懸空時的敷設距離過短問題，同時利用護層電壓限制器的非線性電阻特性，又可有效解決現有電纜護層接地存在的問題。

有益效果

本發明的有益效果為：

1、每個電纜回路由多組含接地的電纜單元組成，供電電纜線路敷設長度滿足工程實際需要，在實際工程電纜敷設時設置中間接頭引出接地，同時電纜中間接頭的金屬層應斷開，還可以通過在中間接頭處采取適當保護措施，保證維護人員的接觸安全前提下，使得電纜護層允許的感應電壓值有所提高，接地單元長度加長，減少單回路電纜接頭數量。很大程度上改善了高速鐵路工程中27.5kV專用電纜的運行環境，提高了其運行的安全性和穩定性。

2、與兩端接地方案比較，本發明專利技術方案中護層電壓限制器在正常情況下呈現高阻狀態，使得電纜金屬層兩端無法形成環形回路，避免金屬層上形 成比較的感應環流并導致發熱損耗，因此，可以有效保證電纜載流量和使用壽命，大大提高了高速鐵路工程中27.5kV專用電纜運行過程中的可靠性和安全性。

3、單回路27.5kV電纜并聯根數或電纜截面的選擇更經濟，可以有效降低工程投資和施工難度。假設高速鐵路工程單個回路電流為2000A，選擇單芯截面為300mm²的電纜(載流量約為700A)，采用本發明方案，3根電纜并聯應用即能滿足載流要求；若采用兩端接地方案，金屬層上的感應電流約為線芯電流的50％且與線芯電流成反向，從而造成線芯至少有等量的載流能力被浪費，電纜根數增加一倍或者是截面增加至500mm²的方能滿足。極大地降低了工程造價和投資。

4、與一端接地一端懸空方案比較，護層電壓限制器具有良好的非線性電阻特性，一旦電纜發生接地故障或是遭受操作過電壓或雷電沖擊，電纜在護層電壓限制器連接端感應電壓變得很高，護層電壓限制器的阻值很快呈直線下降，使得金屬護層接地并將過電壓電流迅速泄入大地，將金屬護層上的剩余電壓限制為護層電壓限制器的殘壓。因此，將護層電壓限制器的殘壓值設定在電纜護層絕緣安全承受范圍內，便可以有效保護電纜護層絕緣免遭過電壓的破壞，避免多點接地故障，進而避免金屬層上出現很大的環流，以保證電纜安全工作，減少了電纜的維護工作量。

5、本發明專利可以將每回27.5kV電纜的敷設長度由一端接地一端懸空方案的100米，擴展到實際工程所需要的任意敷設長度，不受長度距離限制，大大提高了工程的使用范圍，增加了工程實施的靈活性和便利性。

附圖說明

圖1是兩端接地方案示意圖。

圖2是一端接地一端懸空接地方案示意圖

圖3是本發明接地方案示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明做進一步描述：

實施例1

一種高速鐵路專用單芯電纜接地技術方案，主要適用于27.5kV單芯電纜，根據高速鐵路牽引供電系統的特點，結合利用電磁暫態分析軟件(PSCAD/EMTDC)搭建的系統模型仿真結果、電纜的結構特征以及工程實際提出，每回路27.5kV專用電纜適當劃分為若干接地單元，每個接地單元電纜長度為50m，并取消中間接頭的金屬護層，以實現接地單元的獨立性。每個接地單元采用一端直接接地，另一端設置護層電壓限制器接地。

實施例2

一種高速鐵路專用單芯電纜接地技術方案，主要適用于27.5kV單芯電纜，根據高速鐵路牽引供電系統的特點，結合利用電磁暫態分析軟件(PSCAD/EMTDC)搭建的系統模型仿真結果、電纜的結構特征以及工程實際提出，每回路27.5kV專用電纜適當劃分為若干接地單元，每個接地單元電纜長度為300m，并取消中間接頭的金屬護層，以實現接地單元的獨立性。每個接地單元采用一端直接接地，另一端設置護層電壓限制器接地。

實施例3

一種高速鐵路專用單芯電纜接地技術方案，主要適用于27.5kV單芯電纜，根據高速鐵路牽引供電系統的特點，結合利用電磁暫態分析軟件(PSCAD/EMTDC)搭建的系統模型仿真結果、電纜的結構特征以及工程實際提出，每回路27.5kV專用電纜適當劃分為若干接地單元，每個接地單元電纜長度為450m，并取消中間接頭的金屬護層，以實現接地單元的獨立性。每個接地 單元采用一端直接接地，另一端設置護層電壓限制器接地。

實施例4

一種高速鐵路專用單芯電纜接地技術方案，主要適用于27.5kV單芯電纜，根據高速鐵路牽引供電系統的特點，結合利用電磁暫態分析軟件(PSCAD/EMTDC)搭建的系統模型仿真結果、電纜的結構特征以及工程實際提出，每回路27.5kV專用電纜適當劃分為若干接地單元，每個接地單元電纜長度為500m，并取消中間接頭的金屬護層，以實現接地單元的獨立性。每個接地單元采用一端直接接地，另一端設置護層電壓限制器接地。

實施例5

一種高速鐵路專用單芯電纜接地技術方案，主要適用于27.5kV單芯電纜，根據高速鐵路牽引供電系統的特點，結合利用電磁暫態分析軟件(PSCAD/EMTDC)搭建的系統模型仿真結果、電纜的結構特征以及工程實際提出，每回路27.5kV專用電纜適當劃分為若干接地單元，每個接地單元電纜長度為600m，并取消中間接頭的金屬護層，以實現接地單元的獨立性。每個接地單元采用一端直接接地，另一端設置護層電壓限制器接地。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換等，均應包含在本發明的保護范圍之內。