高铁单芯电力电缆金属护层接地故障分析

高铁单芯电力电缆金属护层接地故障分析

尹忠航

（中铁建电气化局集团南方工程有限公司湖北武汉430074）

摘要：10kV单芯电力电缆广泛应用于高速铁路电力贯通线路，相较于架空线路，单芯电缆线路具有瞬时性故障率低、供电安全可靠性高以及便于检修维管等显著优点，同时单芯电缆的绝缘水平和散热性能均优于三芯电缆。但由于种种原因，电缆线路接地故障较为常见，且往往造成电缆击穿、设备烧毁甚至是火灾、触电等严重事故后果。本文重点分析10kV单芯电力电缆接地故障产生的原因及解决方案，对高铁10kV单芯电力电缆施工有重要指导意义。

关键词高铁；电缆；接地；故障；护层保护器

Abstract：10kVsinglecorepowercableiswidelyusedinthepowertransmissionlineofhighspeedrailway,comparedtotheoverheadline,singlecorecablelinewithtransientlowfailurerate,highsafetyandreliabilityandconvenientmaintenanceetc.theadvantagesofpipe,whilethesinglecorecableinsulationandheatdissipationperformancearebetterthanthethreecorecable.However,duetovariousreasons,cablelinegroundingfaultismorecommon,andoftenleadstocablebreakdown,equipmentburndown,andevenseriousaccidentssuchasfireandelectricshock.Thispaperfocusesontheanalysisofthecausesandsolutionsof10kVsinglecorepowercablegroundingfault,whichhasimportantguidingsignificancefortheconstructionofhighspeed10kVsinglecorepowercable.

高铁10kV单芯电力电缆线路，设计和施工中电缆金属护套均由一端直接接地另一端经护层保护器接地，并且电缆中间段不能出现电缆外绝缘破损金属护套多点接地现象。电缆金属护套经护层保护器接地端的电缆终端头必须选用全绝缘屏蔽型电缆头，金属护套直接接地的电缆终端头可选用直通屏蔽型电缆头或全绝缘屏蔽型电缆头。电缆中间接头和终端头的铜屏蔽、金属铠装必须分开接地且相互绝缘，以便于检测电缆内护层绝缘电阻。但在施工过程中，由于交叉作业、施工组织不合理以及施工人员技术水平不足等因素，往往会出现电缆头选型不对、电缆外绝缘层破损、护层保护器安装不正确等问题发生，电缆隐蔽后又不易发现，给电缆线路安全运行以及行车供电可靠性带来很大隐患。

1单芯电缆接地方式选择

当电流通过单芯电缆线芯时,交变电流产生的交变磁场会在电缆金属屏蔽层和铠装护层中产生感应电压。感应电压大小与电缆线路的长度、线芯的电流和电压等级正相关，且满足下式：

（1）

（1）式中，S为电缆中心间的距离；D为电缆护层平均直径；I为通过电缆电流；L为电缆长度。

据（1）式可算出电流20A时直线排列的3*（1*95mm2）综合贯通电缆A、C相单位长度护层感应电压U=1.655L（V/km）。而高铁一个电力供电臂一般条件下宜为40～60km（TB10008-2015《铁路电力设计规范》），则U=66.2～99.3V（Umax=93.6～140.4V）。显然该感应电压值范围不符合TB10621-2014《高速铁路设计规范》“未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，电缆线路的金属护层上任一点的正常感应电压最大值不得大于60V”的规定，需要对长电缆线路分段实施电缆金属层的接地。

事实上，如果电缆两端金属护层直接接地，金属护层中的感应电压将产生以大地为回路的电流，不但增加了电能损耗、减小了电缆载流量，还使线芯和金属护层发热加速电缆的绝缘老化、降低了电缆绝缘等级，造成电缆寿命减少。由于高铁10kV贯通线电缆金属护层连续长度不大于3km，通常采用一端铠装护层经护层保护器接地,另一端铠装护层直接接地的接地方式，如图1所示。

图1电缆接地方式

2高铁单芯电缆接地常见故障及解决方案

2.1电缆外护套破损造成多点接地

高铁10kV电力贯通线路沿桥隧、路基两侧预留的电力电缆槽敷设。在电缆敷设前后，外护套都会或多或少地存在不同程度的损伤。电缆外护套破损处的电缆金属护层相当于直接接地，与原有的直接接地端通过大地形成闭合回路，从而产生电流，使金属护层发热造成绝缘层老化甚至烧毁。

电缆外护套破损原因主要是与站前单位交叉施工，成品保护意识和措施不足，导致站前单位在护栏、挡渣墙、电缆沟盖板及站台雨棚施工时挤压砸伤电缆外护套。其次是施工队伍责任心不强，电缆敷设过程中电缆外护套被硬物刮伤，主要是在电缆敷设时没采用滑轮或者滑轮布置太少、过低致使电缆在拖拽时与硬物刮蹭，或是电缆盘吊装时电缆盘变形，导致电缆从电缆盘转出时旋转重心偏离，电缆盘刮伤电缆外护套。

要避免电缆外护套破损，首先应合理安排施工、尽量避免与站前单位交叉施工，与站前单位沟通做好电缆防护措施，并由防盗看护人员巡视看护、工班定期检查。其次，在电缆敷设时应尽量避免电缆拖拽时与电缆井、锯齿孔处突出棱角摩擦，宜用加高的地滑轮、挂滑轮或自制拖车进行敷设，机械敷设时应注意牵引力控制。市场上直接购买的地滑轮都比较低矮，对于高铁电缆敷设施工不太实用，可加装底座或挂勾，以防止电缆敷设时下垂至地面被划伤。

电缆外护套层破损后应及时处理，避免雨水进入铠装层内导致电缆绝缘水平下降、引起电缆钢铠生锈腐蚀电缆绝缘层。现场发现电缆外护套层有破损情况，如未携带专业处理工具可先用防水自粘胶缠绕几层再用PVC胶垫包裹，并记录破损位置便于尽快查找处理。正式处理时应采用与电缆外护套相同的材料外裹耐火云母带热熔修补。当电缆外护套大面积严重破损，修复处理后仍无法保证电缆绝缘性能时，应废弃破损电缆更换新电缆。

2.2终端头、中间头处金属护层接地故障

高铁10kV贯通线路多选用冷缩式电缆终端头，设备内采用屏蔽型可分离连接器连接，便于安装避雷器及后续拆装维护，中间接头多采用冷缩式可接护层保护器的绝缘接头或直通接头。实际施工中常常因为施工人员电缆头安装技术水平问题或是责任心不强，误将直通型屏蔽可分离连接器使用在电缆金属护套经护层保护器接地端，由于电缆的金属护套没有直接接地，而是通过护层保护器接地，电缆金属护套上的感应电势施加在电缆绝缘屏蔽层、应力锥半导电部分和可分离连接器的外屏蔽层上，并通过外屏蔽层接地线形成回路，长时间发热造成电缆头烧毁。或是电缆线路中间头选用了绝缘接头，并对电缆金属护套接地，中间头两端引出铜编织线的防水处理不当，中间头内进水后导致电缆绝缘水平下降、长时间运行发热。

为避免施工中因技术交底不到位或施工人员责任心不强造成的安装错误现象发生，建议所有设备电缆终端均选用绝缘型屏蔽型可分离连接器。电缆中间接头接地处可优先选用电缆对接箱，如条件不允许或必须选用绝缘型中间接头接地时，应采取安装密封外壳、灌浇密封等防水措施。

2.3护层保护器安装不正确

电缆护层保护器应沿供电方向统一安装，实际施工过程中往往会因为技术交底不清、施工人员不够重视致使护层保护器安装混乱，出现电缆两端同时安装或两端均未安装。电缆两端金属护层直接接地形成闭合回路，电缆金属护层发热损毁，或是两端均经护层保护器接地，金属护层感应电压高，一但电缆破损对地放电产生火花造成电缆烧毁。此外，施工过程中常常有施工人员将护层保护器尾线直接压接在电缆金属护套上，铜屏蔽层和金属铠装未做绝缘处理，造成电缆内护层绝缘无法检测。施工前应与设计和运营单位沟通对接好护层保护器设置方式，并对电缆接续人员进行详细交底，提出护层保护器安装的工艺技术要求，阐明电缆护层保护器安装错误的危害性以引起施工人员重视，明确施工责任人并建立检查和抽查制度。技术交底应附护层保护

器安装示意图和安装卡控表，如图2、图3所示。

图2护层保护器安装示意图

2.4电缆金属护层接地不良

高铁室外接地采用裸铜线连接，非常容易被偷盗，直接接地端连接线被盗或电缆金属护套接地不牢后电缆相当于两端均未有效接地，电缆金属护套上的感应电势极大，易造成人员触电、电缆烧毁。经实测，2.5km长的10kV单芯电缆在带负荷运行时，其金属护套感应电压最大值可达1kV。当金属护套接地不良，感应电压对地放电时产生的火花易造成火灾事故，且严重威胁到施工、检修人员的人身安全。

施工时应确保电缆金属护套接地良好，接地线连接端子必须使用弹簧片。室外接地处应喷涂安全及防盗警示，或与运营单位协商使用镀锌扁钢或圆钢代替裸铜线。

3结束语

在国内外高铁建设如火如荼的今天，高铁电力贯通线路长度不断刷新，电缆金属护层接地故障也与日俱增。本文根据笔者长期施工管理经验的积累和总结，针对高铁10kV单芯电缆线路常见接地故障进行分析并提出相应解决方案，以供高铁电力施工及运营维护作为参考。

表1护层保护器安装卡控表

参考文献

[1]金靖升•电力贯通线常见施工问题和解决方案，铁路创新技术，2011.01:26-29

[2]刘培恩、尹庆、赵慧、何敬、国徐霞•单芯电力电缆金属屏蔽接地技术分析，莱钢科技，2009.01:82-83

[3]欧景茹•高压单芯电缆金属护套感应电压计算及其保护方式，吉林电力，2001.154:14-16