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《電氣化鐵道雜志》2016年第5期

摘要：

針對饋線電纜屏蔽層和鎧裝層的不同接地方式，利用CDEGS仿真軟件仿真了電纜線芯電流大小、電纜長度、電纜間距、電纜鎧裝層厚度以及電纜雙端接地等因素對護層環流大小的影響，找出了護層環流的主要影響因素，并給出了減小護層環流的電纜選擇與敷設建議。

關鍵詞：

饋線電纜；金屬護層；接地方式；護層環流

0.引言

我國高速鐵路牽引供電系統中，27.5kV單芯饋線電纜是其中重要的組成部分，饋線電纜連接牽引變電所和牽引網，承擔著牽引電能傳輸的任務。電纜的安全性影響著高速鐵路的正常運行，饋線電纜在高速鐵路牽引供電系統中極其重要[1～4]。由于饋線電纜芯線中通過的是單相電流，交變電流產生交變的磁場，交變的磁場勢必會在電纜金屬護層上產生感應電壓，感應電壓的存在就可能產生環流，加速電纜絕緣老化，影響電纜的正常運行[5～8]。由于實際中饋線電纜存在不同的接地形式，屏蔽層和鎧裝層共設和分設護層保護器2種不同的接地方式下，護層環流情況必然不同。如何選擇合理的接地方式，找出影響饋線電纜護層環流的主要因素，減小環流損耗，對提高電纜的安全運行具有實際意義。本文利用電磁仿真軟件CDEGS建立高速鐵路27.5kV饋線電纜仿真模型，以尋找電纜金屬護層環流的影響因素和減小電纜金屬護層環流損耗為出發點進行仿真分析，給出減小護層環流的電纜敷設建議，為工程實際運用提供參考。

1.電纜模型

本文選取高速鐵路電氣化鐵路專用電纜YJY73-27.5kV1×300mm2，其結構如圖1所示[9]。在仿真模型中，將電纜結構等效為6個層次：導體、絕緣層、金屬屏蔽層、填充層、鋁絲鎧裝層以及護套層，各結構依據電纜相關材料特性設置參數。仿真模型中電纜的排列方式按牽引變電所施工圖紙中的典型排列方式排列，如圖2所示。結合現場實際，電纜一端金屬屏蔽層與鎧裝層連接后直接接地作為電纜接地，另一端根據研究需要選擇共設護層保護器或分設護層保護器接地。

2.27.5kV單芯銅電纜接地方式分析

2.1屏蔽層和鎧裝層分設護層保護器接地

當27.5kV單芯電纜屏蔽層和鎧裝層分別設置護層保護器接地時，其環流分析如圖3所示，由護層保護器的特性[10]可知：在正常工況下，電纜屏蔽層和鎧裝層沒有環流回路，電纜屏蔽層和鎧裝層上沒有環流。當電纜線路正常運行時，電纜護層環流的仿真計算如圖4所示，可見當27.5kV單芯電纜屏蔽層和鎧裝層分設護層保護器接地時，電纜金屬護層上幾無環流。

2.2屏蔽層和鎧裝層共設護層保護器接地

當27.5kV單芯電纜屏蔽層和鎧裝層共同設置護層保護器接地時，其環流情況如圖5所示，電纜在正常工況下運行時，電纜屏蔽層和鎧裝層之間存在導通回路，因此，電纜護層上將產生環流，以下將重點研究電纜采取該種接地方式時金屬護層的環流大小影響因素。

3.電纜金屬護層環流的影響因素

3.1電纜線芯電流大小對電纜護層環流的影響

改變饋線電纜中的負荷電流大小以研究電纜線芯電流大小對電纜護層環流的影響。各電纜按圖2方式進行敷設，電纜線芯電流不同情況下護層環流仿真結果如表1所示，電纜護層環流隨電纜線芯電流變化趨勢如圖6所示。從仿真結果看出，當電纜鎧裝層和屏蔽層共設護層保護器接地時，電纜護層中環流的大小受電纜線芯中電流的影響較大，線芯電流越大，電纜護層環流越大。

3.2電纜長度對電纜護層環流的影響

改變27.5kV饋線電纜長度以研究電纜長度對電纜護層環流的影響。設每回電纜電流為900A，獲得不同電纜長度下護層環流情況如表2所示。電纜護層環流隨電纜長度變化趨勢如圖7所示。從仿真結果看出，當電纜鎧裝層和屏蔽層共設護層保護器接地時，電纜護層中環流的大小與電纜長度有密切關系，且電纜長度越長，護層環流越大。

3.3電纜間距對電纜護層環流的影響

改變27.5kV饋線電纜之間的間距以研究電纜間距對電纜護層環流的影響。每回電纜電流為300A，獲得不同電纜間距下護層環流情況如圖8所示。從仿真結果看出，當電纜鎧裝層和屏蔽層共設護層保護器接地時，隨著電纜間距的增加，電纜護層環流將減小，但減小值很小，說明電纜間距對電纜護層環流的影響很小。

3.4電纜鎧裝層厚度對電纜護層環流的影響

改變27.5kV饋線電纜的鎧裝層厚度以研究電纜鎧裝層厚度對電纜護層環流的影響。每回電纜電流為900A，獲得電纜不同鎧裝層厚度下護層環流情況如表3所示。電纜護層環流隨電纜鎧裝層厚度變化趨勢如圖9所示。從仿真結果看出，當電纜鎧裝層和屏蔽層共設護層保護器接地時，隨著電纜鎧裝層厚度的減小，電纜護層環流將減小。

3.5電纜雙端接地對電纜護層環流的影響

為研究接地形式對饋線電纜護層環流的影響，將仿真模型中的27.5kV饋線電纜接地方式更換為雙端接地，得到饋線電纜護層環流的仿真結果如表4所示。從仿真結果看出，當27.5kV饋線電纜護層雙端接地時，由于護層雙端接地使護層和大地之間形成了環流的有效回路，使得電纜護層環流大大增加，遠遠超過了安全值。

4.結語

（1）高速鐵路27.5kV饋線電纜屏蔽層和鎧裝層2種接地方式在正常工況下，屏蔽層、鎧裝層共設護層保護器的接地方式會使屏蔽層和鎧裝層在電纜內部連通形成環流通路產生環流；屏蔽層、鎧裝層分設護層保護器的接地方式則不會使屏蔽層和鎧裝層在電纜內部連通形成環流通路而產生環流。

（2）電纜線芯電流、電纜長度、電纜間距、電纜鎧裝層厚度以及電纜是否雙端接地都會影響饋線電纜金屬護層的環流大小。電纜線芯電流和電纜長度是護層環流大小的主要影響因素，電纜間距和鎧裝層厚度對護層環流的影響相對較小，電纜間距對護層環流的影響最小。

（3）電纜敷設中建議適當加寬電纜間距，在電纜長度較長時采取絕緣分割措施以縮短金屬護層的有效長度，采用鎧裝層厚度較薄的電纜，防止電纜雙端接地，可以起到減小電纜護層環流的作用。

參考文獻：

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作者:程杰 林圣 張華志 單位:四川電力設計咨詢有限責任公司 西南交通大學電氣工程學院 中鐵第四勘察設計院集團有限公司