電氣化鐵路27.5kV專用電纜敷設安裝工藝的探討

劉明亮 上海鐵路局合肥供電段

隨著大規模客運專線建設的快速發展，由于受地形和環境因素的影響，電氣化鐵路27.5kV專用電纜的使用越來越普遍，而由于電纜故障影響行車的事例也越來越多。合武客運專線上海局管內自2008年12月31日開通之后已發生3次27.5kV電纜故障而影響行車，沿海鐵路客運專線在2009年7月份聯調聯試期間發生多起電纜故障，這些電纜故障的發生給行車和運輸組織造成了嚴重的干擾。

1 電力電纜故障產生的主要原因

按照電纜故障產生的原因進行分類大致分為四類，即：制造、施工圖設計、施工質量、外力破壞等四大原因。

1.1 廠家制造原因

一般在電纜生產過程中容易出現的問題有絕緣偏心、絕緣屏蔽厚度不均勻、絕緣內有雜質、內外屏蔽有突起、交聯度不均勻、電纜受潮、電纜金屬護套密封不良等，有些情況比較嚴重可能在竣工試驗中或投運后不久即出現故障，大部分在電纜系統中以缺陷形式存在，對電纜長期安全運行造成嚴重隱患。在電氣化鐵路中出現此種情況很少，如在招標采購、驗收、交接試驗和準入制度等各個環節的卡控措施如果到位可以避免。

1.2 施工圖設計原因

由于在施工圖設計時，對電纜敷設的環境、路徑、敷設方式、接地形式等勘察設計考慮不全面，施工單位在地形復雜、工期短的情況下，沒有按照設計和施工規范要求進行敷設，留下安全隱患。如合武線六安牽引所饋出供電電纜，多根電纜敷設在一個狹小的溝槽內，相互之間間距無法達到規范的要求；2008年12月31日其中一條電纜擊穿故障，并將相鄰的電纜燒損，影響了行車，同時也擴大了事故范圍。

1.3 施工質量原因

⑴施工時沒有按照規范進行施工等導致電纜彎曲半徑過小、部分場所電纜受擠壓損傷等造成電纜故障。

⑵因電纜頭制作安裝工藝不達標，在運行中造成電纜頭擊穿故障。電纜頭是電纜線路中的薄弱環節，分為電纜終端接頭和電纜中間接頭，不管什么接頭形式，電纜接頭故障一般都出現在電纜絕緣屏蔽斷口處，因為這里是電應力集中的部位。造成電纜頭故障的主要原因有以下幾個方面：一是現場條件比較差，電纜和接頭在工廠制造時環境和工藝要求都很高，而施工現場溫度、濕度、灰塵都不好控制。二是電纜頭在制作過程中在絕緣表面難免會留下細小的滑痕，半導電顆粒和砂布上的沙粒也有可能嵌入絕緣中，另外接頭在制作過程中由于絕緣暴露在空氣中，絕緣中也會吸入水分，這些都給長期安全運行留下隱患。三是制作安裝時沒有嚴格按照工藝規定施工,沒有考慮到可能出現的問題。四是竣工驗收采用直流耐壓試驗造成接頭內形成反電場導致絕緣破壞。五是因密封處理不善導致電纜故障。

⑶單芯電纜外護層接地方式選取不當等造成電纜擊穿故障。

1.4 外力破壞原因

大多數情況是由于臨近電纜敷設處所人工利用尖利器械開挖或大型機械進行開挖、碾壓，造成電纜被挖斷或者被撞擊、擠壓后電纜外護套、金屬護套，擠入電纜絕緣層導致電纜擊穿。

2 電氣化鐵路27.5kV專用電纜敷設安裝工藝探討

電氣化鐵路27.5kV專用電纜一般用于牽引變電所至上網點之間的供電線或者AT供電方式中的正饋線，是直接給接觸網供電的重要設備。一般主要使用在附近建筑物較多、空間狹窄，高速客運專線長大橋梁、隧道等不具備架空條件，和對外觀環境要求較高的大型客運站場等處所。這些場所不僅施工難度大，且運行維護也很困難。因此根據電氣化鐵路27.5kv專用電纜的運行特點，規范和優化敷設安裝工藝等尤其重要。

2.1 規范敷設方法

根據《電力工程電纜設計規范》(GB50217-2007)的要求“電纜敷設方式的選擇，應視工程條件、環境特點和電纜類型、數量等因素，以及滿足運行可靠、便于維護和技術經濟合理的原則來選擇。”電氣化鐵路27.5kV專用電纜為高壓交流單芯電纜，其敷設安裝工藝除了要符合《電力工程電纜設計規范》中的交流系統單芯電纜敷設的基本要求外，還應根據電氣化鐵路27.5kV專用電纜的特點，做到以下幾點要求。

⑴因“交流系統單芯電力電纜，不得選用未經非磁性有效處理的鋼制鎧裝”。目前電氣化鐵路27.5kV專用電纜所采用的鎧裝層大多為鋁制或鋁合金等非磁性金屬鎧裝材料，其抗外力侵害的能力相對較差。因此電氣化鐵路27.5kV專用電纜的敷設方式主要宜采用整體現澆式電纜溝槽敷設，溝槽的大小宜根據同溝敷設的電纜數量確定，同溝敷設的電纜之間的間距應符合《規范》要求；對于上網供電線電纜上下行應分開敷設，以避免其中一條電纜擊穿故障時，燒毀相鄰電纜，造成上下行同時中斷供電，擴大事故范圍。

⑵電纜在穿越道路、鐵路等宜采用穿管敷設，在空間狹窄、地形復雜困難的情況下無法進行電纜溝槽敷設施工的處所也應采用單根穿管敷設。因“交流單芯電纜以單根穿管時，不得采用未分隔磁路的鋼管。”過去采用將鋼管沿長度方向割開一個縫再穿電纜或者采用PVC等塑料棺材等作為電纜保護管，由此造成保護管的抗外力的強度很不理想。近幾年國內大量使用的新型PE管不僅阻燃、抗腐蝕、非導磁性且增加厚度后承載能力可以大大增強，抗外界的沖擊能力甚至超過同管徑的鋼管。因此，新型PE管應是電氣化鐵路27.5kV專用電纜保護管比較理想的管材。

⑶電纜保護管在穿越鐵路時，與鐵路交叉處距路基面不宜小于1.0m、距排水溝底不宜小于0.3m,保護管的承壓能力宜在每單位面積16kg以上。在跨越繁忙干線鐵路或站場多股道進行開挖敷設電纜保護管比較困難的情況下，宜采用機械頂管敷設，在進行機械頂管敷設時頂管位置應控制在路基面3m以下，以避免對路基的擾動。

2.2 金屬保護層接地方式的選擇

為消除感應電勢的影響，交流系統單芯電力電纜金屬保護層接地方式主要有以下幾種。方法一：一端直接接地，另一端通過護層電壓限制器接地。方法二：電纜線路中間一點接地，兩端通過護層電壓限制器接地（性質與方法一相同）。方法三：交叉互聯接地（施工、運營維護復雜）。方法四：兩端直接接地，（電纜金屬保護層可能通過電流）。

因交叉互聯接地方式主要用于高壓三相電源所采用的單芯電纜敷設，因此不適用于電氣化專用電纜。兩端直接接地時，尤其在有綜合接地系統的電氣化鐵路區段，電纜的接地和綜合接地系統相連時易形成電流通路，對電纜的運行造成危害。因此根據電氣化27.5kV專用電纜的特點，宜選用一端直接接地，另一端通過護層電壓限制器接地的方式（如圖1所示），且護層電壓限制器的選擇應符合《電力工程電纜設計規范》的要求。

圖1 電纜金屬保護層一端直接接地另一端通過護層電壓限制器接地方式

2.3嚴格控制電纜頭生產制作工藝

高壓電纜頭是電纜運行中的薄弱環節，電纜頭擊穿故障占電纜擊穿故障的絕大多數，沿海鐵路客運專線在2009年7月份聯調聯試期間發生6起電纜故障均為電纜頭擊穿故障。因此，在施工中控制電纜頭的制作安裝工藝尤其重要。

⑴高壓電纜頭的基本要求：

線芯聯接好:主要是聯接電阻小而且聯接穩定，能經受起故障電流的沖擊；長期運行后其接觸電阻不應大于電纜線芯本體同長度電阻的1.2倍；應具有一定的機械強度、耐振動、耐腐蝕性能；此外還應體積小、成本低、便于現場安裝。

絕緣性能好:電纜頭的絕緣性能應不低于電纜本體，所用絕緣材料的介質損耗要低，在結構上應對電纜頭中電場的突變能完善處理，有改變電場分布的措施。

⑵要清楚電纜中電場的分布原理，控制好電纜頭制作中的關鍵技術

高壓電纜每一相線芯外均有一接地的（銅）屏蔽層，導電線芯與屏蔽層之間形成徑向分布的電 場。也就是說，正常電纜的電場只有從（銅）導線沿半徑向（銅）屏蔽層的電力線，沒有芯線軸向的電場（電力線），電場分布是均勻的。在做電纜頭時，剝去了屏蔽層，改變了電纜原有的電場分布，將產生對絕緣極為不利的切向電場（沿導線軸向的電應力）。在剝去屏蔽層芯線的電應力向屏蔽層斷口處集中。那么在屏蔽層斷口處就是電纜最容易擊穿的部位。電纜最容易擊穿的屏蔽層斷口處，一般采取分散斷口處集中的電應力，用介電常數為20～30，電阻率為108～1012Ω·cm 材料制作的應力管，套在屏蔽層斷口處，以分散斷口處的電場應力，保證電纜能可靠運行。 故電纜頭制作中應力管非常重要，而應力管是在不破壞主絕緣層的基礎上，才能達到分散電應力的效果。為盡量使電纜在屏蔽層斷口處電場應力分散，應力管與銅屏蔽層的接觸長度要求不小于20mm，短了會使應力管的接觸面不足，應力管上的電應力會傳導不足，長了會使電場分散區（段）減小，電場分散不足，一般在20mm~25mm左右。

3 結束語

由于電纜線路的一次性投資較大，發生故障時查找困難且恢復時間長，因此在過去的電氣化鐵路建設中盡量不用或很少使用電氣化鐵路27.5kV專用電纜，避免因電纜故障對鐵路運輸的干擾。隨著社會的發展，人們對環境美觀、安全的要求越來越高，節約土地的意識也越來越強，而使用電纜具有美化環境、節約土地、相對安全等架空電力線路所不具備的優勢。隨著我國電氣化鐵路的快速發展，尤其是高速客運專線的大規模建設，電氣化鐵路27.5kV專用電纜的運用也將越來越普遍。為適應這種發展趨勢，還需要根據電氣化鐵路牽引供電系統的特點進一步研究和規范電氣化鐵路27.5kV專用電纜的制造和敷設安裝工藝標準，以確保電氣化鐵路牽引供電系統安全穩定運行。