淺析高速鐵路27.5 kV高壓電纜附件安裝與試驗

叢顯成

(哈爾濱鐵路局哈西客站建設工程指揮部)

0 概述

27.5kV高壓電纜附件即電纜頭是高速鐵路牽引供電系統重要組成部分，目前客運專線和高速鐵路大量使用單項交流交聯聚氯乙烯絕緣電纜及其附件，從牽引變電所牽引變壓器二次電纜電能輸出至GIS中壓開關柜，到GIS中壓開關柜通過電纜饋出到供電線，這接續都是通過電纜附件實現的，采用27.5kv高壓電纜及其附件進行牽引供電電能輸送，在節省建設用地、布置美觀的同時，也因電纜附件的選型、安裝工藝、試驗相繼出現過一些問題，給客運專線和高速鐵路安全可靠運行帶來隱患，電纜附件已成為牽引供電系統最薄弱環節。近年無論是武廣先期投產高鐵與運行還是正在聯調的哈大客運專線，在牽引供電故障統計，電纜附件引起故障(事故)概率較高。目前高鐵牽引供電從設計單位的技術要求、到建設單位的招標采購以及施工單位的安裝對電纜附件均高度重視，故障概率雖然逐漸降低，但應然是建設、運行管理者控制的重點。

27.5kV高壓電纜附件分為內錐型插入式可分離連接器、戶內外終端、中間接頭。

1 27.5 kV高壓電纜附件技術關鍵要素

1.1 電纜附件的額定電壓U0值的確定

對于單相工頻交流牽引系統，規定系統電壓標稱值及允許波動限值為:系統標稱電壓值為25 kV、最高電壓值27.5 kV和瞬時最大電壓值29 kV(不大于5 min)，與 IEC 60850的規定一致，IEC 60850對交流單相系統電壓值的規定見表1。

表1 電壓值的規定

對于電纜及附件的額定電壓U0值，我國現采用標準規定與IEC相關標準存在差異，在IEC相關標準及國外目前在電纜及附件的選用時都是按照其額定電壓U0為25 kV執行。根據我國電氣化鐵路的特點，為保證設備能夠安全運行，并考慮到實際工況，在確定設備技術參數時，設備的額定電壓U0的值確定為27.5 kV，因此在我國規定電纜及附件的額定電壓U0值為27.5 kV。

1.2 電纜附件的絕緣材料選取

結合工程實際和國內外附件產品現狀，附件的主要材料采用低煙、無鹵阻燃材料。對于戶外終端，主要是用于電氣化鐵路27.5 kV饋出線與接觸網及供電線連接處，戶外終端長期處于露天環境中，持久的日照再加上客專、高鐵上污穢物的積累，特別是我國北方嚴寒地區附件要承受-40℃低溫，這些都會造成終端的損壞并影響供電及行車安全。所以附件外絕緣材料應具有耐氣候老化、耐低溫、耐電痕化和蝕損性能要求，目前國內外對戶外終端的外絕緣料的耐氣候老化性能，都只提出試驗方法，對于試驗結果如何考核沒有明確，需在以后工作實踐解決。

1.3 電纜附件的爬電距離

通常戶外終爬電距離依照31 mm/kV、內錐型插入式可分離連接器25 mm/kV選取，由于用于鐵路戶外終端經常處在重污穢或鹽堿等環惡劣境中，為滿足安全可靠及絕緣配合要求，目前客專、高鐵接觸網設備的外絕緣的爬電距離都按不小于1 400 mm選取，從設備絕緣匹配要求考慮，戶外終端、中間接頭的外爬電距離也考慮應不小于1 400 mm。

2 27.5 kV高壓電纜附件的安裝

2.1 電纜附件與電纜配合

電纜附件、電纜擊穿故障中，除電纜附件質量問題外，還有電纜附件與電纜的匹配及選型與安裝問題。即我們在提高電纜附件本身質量的同時，還必須對電纜附件的質量控制和附件安裝控制高度重視。電纜與附件是一個不可分割的整體，只有這兩方面配合得當，電纜系統供電的可靠性才能得到保證。

(1)附件選型不當。早些時候市場上并沒有專用的27.5 kV電纜附件，出現過用電力系統35 kV電纜附件代替的情況。造成絕緣水平不足而造成事故。

(2)安裝問題。電纜附件的安裝工藝要求非常嚴格，而現場施工時對電纜附件的安裝重視不夠，留下了事故隱患，造成運行一段時間后事故頻繁發生。

2.2 電纜附件的安裝

通過近年我國客運專線和高鐵牽引供電系統電纜附件事故的分析得知;電纜附件安裝問題而引起的供電事故占有較大比例。電纜附件的安裝首先要對安裝人員進行專項技術培訓，培訓合格后方可作業，其次施工人員要嚴格按照生產廠家提供的安裝指導說明書進行(不同廠家有所不同)安裝，附件的安裝時應注意以下內容。

(1)電纜附件安裝注意事項。安裝前首先要檢查電纜與提供的附件規格型號是否匹配，然后仔細檢查電纜是否受潮，特別應檢查線芯是否進水;附件安裝時環境應清潔，注意防塵、防潮、防水;嚴格按照廠家安裝指導書工藝要求控制剝切尺寸，每剝除一層不可傷及內層結構;外半導電層斷開處應平滑過渡;絕緣層表面應無軸向劃痕、無半導電顆粒，要求打磨光滑，并應進行清潔、干燥處理;金具壓接后應清除表面尖角及毛刺。

(2)戶外終端吊裝注意事項。在吊裝之前不能去掉終端上的保護塑料袋，避免終端在吊裝過程中劃傷或者碰傷，因為硅橡膠材料耐撕裂強度較差，尖銳物很容易刺傷電纜頭，吊裝過程不能使電纜過度晃動，容易碰傷戶外終端。終端安裝位置較高，電纜頭吊裝作業時即不能直接用繩子捆綁在終端上進行吊裝，因吊裝過程中終端受力過大后還會使終端產生位移、產生嚴重的形變，從而使其應力錐受損。也不能采用吊繩穿過接線端子孔來進行戶外終端安裝，避免纜接線端子孔與安裝位置進行螺栓連接。當吊裝高度在5 m以內時，可以用一個吊裝卡子(電纜固定夾具)，固定在電纜頭密封管之外約200 mm處，注意一定要固定在有電纜鎧裝層的外護套上，卡子的安裝要牢固，同時不能損傷接地線，卡子安裝完畢后，在卡子的下部將吊裝用的繩索固定在電纜上。吊裝高度5～10 m范圍內時，一般采用2個吊裝卡子來進行吊裝，吊裝高度更高應采用多個卡子固定電纜(卡子數量要保證電纜吊裝不能過渡彎曲)，在吊裝時應對電纜頭進行保護處理。

(3)內錐型插入式可分離連接器安裝注意事項。內錐形插入式可分離連接器主要用于電纜與GIS中壓開關柜的連接，安裝時既要注意內錐型插入式可分離連接器(含滑動式頂部連接金具、應力錐的橡膠絕緣主體、頂推彈簧機構、密封尾管等主要部件)應與內錐式套管匹配，也要保證可分離連接器與電纜導體(芯線)應具有相同的截面，連接器本體插入套管并緊固后，應再次檢查電纜并校正垂直。將屏蔽銅絲擰在一起與接地線端子連接至接地裝置。

關于內錐形插入式可分離連接器在正常操作情況下的可插/拔次數，可分離連接器至少應可以保證通電試驗時的插/拔，以及開關柜每年一次的斷電檢修，可分離連接器在正常操作情況下的可插/拔次數不應小于30次。

3 電纜附件的接地

附件的接地:當電纜的導體通過交流電流時，其周圍產生的一部分磁力線與金屬屏蔽層鉸鏈，使金屬屏蔽層產生感應電壓，感應電壓的大小與電纜線路的長度和流過導體的電流成正比。

當電纜很長時，護套上的感應電壓疊加起來可能達到危及人身安全的程度，在線路發生短路故障、操作過電壓或雷擊時，金屬屏蔽層上會形成很高的感應電壓，甚至可能擊穿護套絕緣。因此，電纜外護套應有良好的絕緣，應對電纜金屬屏蔽層采取可靠合理接地，接地在電纜附件上進行，當電纜長度為一段(一盤)，可采用一端通過直接接地箱接地，另一端通過接地保護箱接地;當電纜長度為兩段(兩盤)，采用金屬屏蔽中點接地的方式，電纜線路中間位置安裝一個“直接接頭(或接地箱合”接地，可采用一端通過直接接地箱接地，另一端通過接地保護箱接地。

附件接地應注意以下幾點。

(1)附件接地線和過橋線截面積應按與之相適應的電纜金屬屏蔽層和鎧裝層截面積相一致的原則選取，鎧裝接地與屏蔽接地應分開處理。

(2)如果金屬屏蔽層兩端(兩側電纜附件)不能同時接地，這樣會使屏蔽線路形成閉合通路，金屬屏蔽層上的環流與導體的負荷電流基本上為同一數量級，將產生很大的環流損耗，減短電纜的使用壽命，甚至發生火災。

4 電纜附件的試驗

電纜附件安全穩定運行是牽引供電和高鐵行車重要保證，電纜附件在制造、出廠、安裝等過程必須進行試驗，檢驗電氣性能、檢驗附件絕緣性能、防水防酸性能、抗拉抗壓性能、過熱老化性能、等重要部件，通過試驗檢驗生產、運輸、存儲、安裝是否有薄弱環節，以此確定附件達到安全運行。

電氣性能的好壞是評判電纜附件品質的首要原則，電氣性能方面，主要考慮電纜附件的電場分布是否合理，改善電場分布的措施是否恰當，以及的電氣強度，介質損耗和產品的絕緣裕度等因素，同時，還要考慮電氣性能的穩定性，包括電纜附件材料的化學、物理性能等，例如應力控制材料是否穩定，應力錐是否易變形，電纜絕緣回縮對電纜附件的電場分布的影響及防止措施，各種材料結合的相容性，結合面性能的穩定性等。

電纜附件試驗包括型式試驗、出廠試驗、抽樣試驗、安裝后的電氣試驗，電纜附件試驗均參照國家相關標準和IEC相關標準的要求進行，但增加終端的浸水試驗是按IEC 61442-2007的規定。

(1)附件型式試驗和出廠試驗。通過型式試驗和出廠試驗檢驗附件生產質量是否合格，附件的型式試驗應有國內具有資質(權威)檢測機構進行，由檢測機構出具型試試驗報告;附件生產完出廠前要進行逐一出廠試驗，并由生產廠家質量檢驗部門檢驗合格，在每個出廠的包裝件上應附有產品質量檢驗合格證。

(2)附件的抽樣試驗。附件的抽樣試驗內容應依據“電氣化鐵路27.5 kV單相交流交聯聚乙烯絕緣電纜及附件(報批稿)”中抽樣試驗程序和要求，應在交貨批的電纜附件樣品上進行，若僅有一個試樣未通過系列程序試驗，允許重新取樣進行試驗，若仍未通過，則認為該試樣未通過抽樣試驗。

(3)安裝后的現場電氣試驗。電纜附件與電纜連接安裝完成后進行電氣試驗，以此檢驗電纜與附件安裝是否合格，同時對檢驗電纜及附件在運輸、搬運、敷設時是否受到外力損傷，此項試驗必須交流試驗，多年實踐證明了采用直流耐壓試驗不能有效發現交流電壓作用下的某些缺陷。

附件絕緣有機械損傷等缺陷，交流電壓作用下絕緣易擊穿，直流電壓作用往往不擊穿。對金屬屏蔽/鎧裝一端接地，另一端裝有護層過電壓保護器的單芯電纜主絕緣做耐壓試驗時，必須將護層過電壓保護器短接，使這一端的電纜金屬屏蔽/鎧裝臨時接地。試驗應施加55 kV(2U0)電壓，持續60 min。

4 結束語

電纜附件是客運專線和高速鐵路牽引供電系統一項重要材料，為客運專線和高速鐵路安全、可靠供電，本文結合附件技術要求和安、運行實際出發，從電纜關鍵技術要素、附件的安裝與接地、附件試驗關鍵點進行了剖析，解決生產、安裝、運行維護存在的實際問題。對于戶外終端的外絕緣料的耐氣候老化性能試驗結果和考核標準有待于實踐給予完善。

目前在牽引供電施工中，為提高電纜附件安裝質量，電纜附件與電纜接續安裝工作通常由生產廠家承擔，生產廠家往往又沒有取得安裝、試驗資質，該問題需在日后工作中得到解決。