南京地鐵3號線35kV環網電纜接地方式分析

蘇許俊

摘 要：基于南京地鐵3號線工程部分中壓環網分區電纜距離較長的情況，在研讀規范要求的基礎上，對各種接地方式進行了經濟技術比較，并通過感應電壓和環流的計算分析，論證了本工程35kV環網電纜采用兩端接地方式的合理性。

關鍵詞：35kV環網電纜；兩端接地；感應電壓；環流

中圖分類號：TM713 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0131-02

南京地鐵3號線線路長、車站多，供電系統中壓環網分區多，部分分區主變電所至車站電纜也較長。考慮到感應電壓對35kV環網電纜敷設長度的影響，需要從規范要求、工程可實施性、經濟性、安全性等方面進行綜合考慮，選取合適的接地方式，并通過對感應電壓和環流的計算分析結果，驗證35kV環網電纜接地方式的合理性，以滿足工程實施需要。

1 工程概況

南京地鐵3號線是一條貫穿南京中心城區的南北向骨干線路，線路全長約44.9km，全線共設28座地下車站、1座高架車站、停車場和車輛段各1座，區間主要采用盾構區間。供電系統采用110/35kV兩級集中供電方式，共設濱江路、南京南2座主變電所，中壓環網采用小環串方式，全線共設9個供電分區。

主變電所至車站較遠分區的電纜敷設長度分別為：濱江路主變電所至東大成賢學院站（分區1）約為9.14km，濱江路主變電所至雞鳴寺站（分區4）約為10.5km，南京南主變電所至誠信大道站（分區8）約為10.7km。35kV變電所間最短敷設長度約為0.1km，為南京南主變電至南京南控制中心變電所。由于本工程變電所間最長距離達到了10km之多，最短僅0.1km，因此有必要結合工程實際和規范要求，對35kV環網電纜的接地方式進行比較分析，并對選用的接地方式下感應電壓和環流進行計算，驗證該接地方式是否合理，以滿足工程要求。

另外，本工程電纜采用的是單芯26/35kV銅芯交聯聚乙烯絕緣金屬鎧裝聚烯烴護套低煙無鹵A類阻燃電力電纜。金屬屏蔽層采用銅絲屏蔽，由疏繞的軟銅線組成，其表面用反向繞包銅帶扎緊。鎧裝層采用一層重疊繞包厚度0.12mm的銅帶。文中計算用到的電纜參數采用本工程供貨商提供的參數進行計算。

2 規范要求

根據《GB50217-2007電力工程電纜設計規范》要求，電力電纜金屬層必須直接接地，交流單芯電力電纜的金屬層上任一點非直接接地處的正常感應電勢最大值應滿足：未采取能有效防止人員任意接觸金屬層的安全措施時，不得大于50V；除上述情況外，不得大于300V[1]。另外，規范中對于線路不長，且能滿足感應電壓要求時，推薦在線路一端直接接地。對于線路較長，單端直接接地不能滿足感應電壓要求，且35kV電纜線路輸送容量較小時，推薦在線路兩端直接接地。除此以外的長線路，宜劃分適當的單元，且在每個單元內按3個長度盡可能均等區段，應設置絕緣接頭或實施電纜金屬層的絕緣分隔，以交叉互聯接地。可見，35kV單芯電纜合理的接地方式與線路的長短、感應電壓大小和傳輸容量均有直接的關系。其中感應電壓關乎安全、環流影響著傳輸容量，因此感應電壓和環流大小是評判接地方式是否合理的重要指標。

3 接地方式比較

單芯電纜金屬護層接地方式包括一端單點接地、兩端接地和交叉互聯接地3種，其特點及使用條件各不相同。

（1）一端單點接地。該接地方式是將電纜一端金屬護層直接接地，另一端不接地或將電纜中間接頭的金屬護層直接接地。該接地方式的非直接接地端是最高感應電壓部位，電壓值與電纜的長度及載流量成正比。由于對地沒有構成回路，金屬護套中無環流通過。該接地方式雖有利于提高傳輸容量，但是受非直接接地端所允許產生的最高感應電壓限制，一般適用于較短線路。

（2）兩端接地。該接地方式是將電纜兩端金屬護套均直接接地，中間接頭直通不接地。該接地方式的電纜中部是最高感應電壓部位。由于金屬護套中有環流通過，會有附加損耗，影響電纜的傳輸容量。該接地方式一般適用于線路較長的線路，但線路的傳輸容量受到限制。

（3）交叉互聯接地。該接地方式是將電纜兩端直接接地，并根據實際需要劃分適當的單元，在每個單元內劃分3個等長區段，每區段設置絕緣接頭，金屬護層在接頭處引出經交叉互聯后通過電纜護層保護器接地。該接地方式的交叉互聯處是最高感應電壓部位。該方式既可降低感應電壓，也能減少環流，提高了傳輸容量，一般適應于大容量的長線路，但工藝復雜、費用高，需要留有互聯箱的安裝空間[3]。各種接地方式的的具體技術比較見表1。

綜上所述，3種接地方式中兩端接地方式的設備費用最低、工藝簡單、施工維護方便，且貫通的金屬護套可視為一根良好的接地線，可靠性較高。因此，在地鐵盾構區間空間緊張、檢修維護不方便的環境中，無論是從工程實施還是從工程投資方面，應優先考慮兩端接地方式。考慮到南京地鐵3號線工程變電所間最長距離達到了10km之多，兩端接地時最高感應電壓值可能較高，因此還需對兩端接地方式下，電纜的感應電壓和環流進行計算，以驗證本工程采用兩端接地方式是否合理。

4 感應電壓和環流計算

感應電壓和環流主要計算公式：

ES=L×ES0；

ES0=2×I×ω×ln2×10-4；

IM=

式中：ES為感應電壓（V）；L為電纜纜金屬層的電氣通路上任一部位與其直接接地處的距離（km）；ES0為單位長度的正常感應電壓（V/km）；ω為角頻率；I為電纜導體正常工作電流（A）；IM為感應電壓產生的環流（A）[2]；XM為金屬護層感抗（Ω/km）；RM為金屬護層電阻（Ω/km）。

通過上節的分析，兩端接地方式工藝簡單、施工難度低、費用低、可實施性強，在地鐵盾構區間空間緊張、檢修維護不方便的環境中，應優先采用兩端接地方式。兩端接地方式的最高感應電壓部位在電纜線路中部，由于有電纜外護套的保護，可使人不能任意接觸電纜金屬層，因此，允許的感應電壓最高值可按300V考慮。各供電分區所對應的計算感應電壓、計算電纜敷設長度、實際電纜敷設長度、實際感應電壓、環流和環流占比見表2。

綜上所述，兩端接地時，35kV電纜的感應電壓是滿足規范要求的，且環流尚不過分顯著，環流所占比例約為6%～8%。因此，南京地鐵3號線全線35kV環網電纜采用兩端接地方式是滿足要求的，同時也便于實施、節省工程投資，經濟技術比高。

5 結論與建議

通過對南京地鐵3號線工程具體的計算分析得知，本工程35kV環網電纜采用兩端直接接地方式是合理可行的。兩端接地產生的6%～8%的環流占比也在較為合理的范圍，造成的損耗并不嚴重。另外，從計算數據看，分區1、4、5、8實際感應電壓值均超出了50V的人體接觸帶電設備裝置的安全容許限制，屬于人體不能任意接觸需安全防護的范疇。雖然這個電壓不是很高，在考慮工作人員萬一可能帶電接觸，如電纜外護層破損有金屬層裸露時，運營管理中可明確需著絕緣靴或設置絕緣墊等安全防護措施；至于在終端或絕緣頭有局部裸露金屬，除了可設置警示牌外，還可在40.5kV開關柜周邊設置絕緣墊。

參考文獻

[1]GB50217-2007電力工程電統設計規范.北京：中國計劃出版社，2007.

[2]王明飛.供電系統35kV電纜接地方式[J].現代城市軌道交通，2008（5）.

[3]金輝，李聰華.城市杭道交通供電系統的中壓電纜布置及接地方式[J].電力設備，2005（4）.