高铁馈线电缆金属护层环流研究范文

《电气化铁道杂志》2016年第5期

摘要：

针对馈线电缆屏蔽层和铠装层的不同接地方式，利用CDEGS仿真软件仿真了电缆线芯电流大小、电缆长度、电缆间距、电缆铠装层厚度以及电缆双端接地等因素对护层环流大小的影响，找出了护层环流的主要影响因素，并给出了减小护层环流的电缆选择与敷设建议。

关键词：

馈线电缆；金属护层；接地方式；护层环流

0.引言

我国高速铁路牵引供电系统中，27.5kV单芯馈线电缆是其中重要的组成部分，馈线电缆连接牵引变电所和牵引网，承担着牵引电能传输的任务。电缆的安全性影响着高速铁路的正常运行，馈线电缆在高速铁路牵引供电系统中极其重要[1～4]。由于馈线电缆芯线中通过的是单相电流，交变电流产生交变的磁场，交变的磁场势必会在电缆金属护层上产生感应电压，感应电压的存在就可能产生环流，加速电缆绝缘老化，影响电缆的正常运行[5～8]。由于实际中馈线电缆存在不同的接地形式，屏蔽层和铠装层共设和分设护层保护器2种不同的接地方式下，护层环流情况必然不同。如何选择合理的接地方式，找出影响馈线电缆护层环流的主要因素，减小环流损耗，对提高电缆的安全运行具有实际意义。本文利用电磁仿真软件CDEGS建立高速铁路27.5kV馈线电缆仿真模型，以寻找电缆金属护层环流的影响因素和减小电缆金属护层环流损耗为出发点进行仿真分析，给出减小护层环流的电缆敷设建议，为工程实际运用提供参考。

1.电缆模型

本文选取高速铁路电气化铁路专用电缆YJY73-27.5kV1×300mm2，其结构如图1所示[9]。在仿真模型中，将电缆结构等效为6个层次：导体、绝缘层、金属屏蔽层、填充层、铝丝铠装层以及护套层，各结构依据电缆相关材料特性设置参数。仿真模型中电缆的排列方式按牵引变电所施工图纸中的典型排列方式排列，如图2所示。结合现场实际，电缆一端金属屏蔽层与铠装层连接后直接接地作为电缆接地，另一端根据研究需要选择共设护层保护器或分设护层保护器接地。

2.27.5kV单芯铜电缆接地方式分析

2.1屏蔽层和铠装层分设护层保护器接地

当27.5kV单芯电缆屏蔽层和铠装层分别设置护层保护器接地时，其环流分析如图3所示，由护层保护器的特性[10]可知：在正常工况下，电缆屏蔽层和铠装层没有环流回路，电缆屏蔽层和铠装层上没有环流。当电缆线路正常运行时，电缆护层环流的仿真计算如图4所示，可见当27.5kV单芯电缆屏蔽层和铠装层分设护层保护器接地时，电缆金属护层上几无环流。

2.2屏蔽层和铠装层共设护层保护器接地

当27.5kV单芯电缆屏蔽层和铠装层共同设置护层保护器接地时，其环流情况如图5所示，电缆在正常工况下运行时，电缆屏蔽层和铠装层之间存在导通回路，因此，电缆护层上将产生环流，以下将重点研究电缆采取该种接地方式时金属护层的环流大小影响因素。

3.电缆金属护层环流的影响因素

3.1电缆线芯电流大小对电缆护层环流的影响

改变馈线电缆中的负荷电流大小以研究电缆线芯电流大小对电缆护层环流的影响。各电缆按图2方式进行敷设，电缆线芯电流不同情况下护层环流仿真结果如表1所示，电缆护层环流随电缆线芯电流变化趋势如图6所示。从仿真结果看出，当电缆铠装层和屏蔽层共设护层保护器接地时，电缆护层中环流的大小受电缆线芯中电流的影响较大，线芯电流越大，电缆护层环流越大。

3.2电缆长度对电缆护层环流的影响

改变27.5kV馈线电缆长度以研究电缆长度对电缆护层环流的影响。设每回电缆电流为900A，获得不同电缆长度下护层环流情况如表2所示。电缆护层环流随电缆长度变化趋势如图7所示。从仿真结果看出，当电缆铠装层和屏蔽层共设护层保护器接地时，电缆护层中环流的大小与电缆长度有密切关系，且电缆长度越长，护层环流越大。

3.3电缆间距对电缆护层环流的影响

改变27.5kV馈线电缆之间的间距以研究电缆间距对电缆护层环流的影响。每回电缆电流为300A，获得不同电缆间距下护层环流情况如图8所示。从仿真结果看出，当电缆铠装层和屏蔽层共设护层保护器接地时，随着电缆间距的增加，电缆护层环流将减小，但减小值很小，说明电缆间距对电缆护层环流的影响很小。

3.4电缆铠装层厚度对电缆护层环流的影响

改变27.5kV馈线电缆的铠装层厚度以研究电缆铠装层厚度对电缆护层环流的影响。每回电缆电流为900A，获得电缆不同铠装层厚度下护层环流情况如表3所示。电缆护层环流随电缆铠装层厚度变化趋势如图9所示。从仿真结果看出，当电缆铠装层和屏蔽层共设护层保护器接地时，随着电缆铠装层厚度的减小，电缆护层环流将减小。

3.5电缆双端接地对电缆护层环流的影响

为研究接地形式对馈线电缆护层环流的影响，将仿真模型中的27.5kV馈线电缆接地方式更换为双端接地，得到馈线电缆护层环流的仿真结果如表4所示。从仿真结果看出，当27.5kV馈线电缆护层双端接地时，由于护层双端接地使护层和大地之间形成了环流的有效回路，使得电缆护层环流大大增加，远远超过了安全值。

4.结语

（1）高速铁路27.5kV馈线电缆屏蔽层和铠装层2种接地方式在正常工况下，屏蔽层、铠装层共设护层保护器的接地方式会使屏蔽层和铠装层在电缆内部连通形成环流通路产生环流；屏蔽层、铠装层分设护层保护器的接地方式则不会使屏蔽层和铠装层在电缆内部连通形成环流通路而产生环流。

（2）电缆线芯电流、电缆长度、电缆间距、电缆铠装层厚度以及电缆是否双端接地都会影响馈线电缆金属护层的环流大小。电缆线芯电流和电缆长度是护层环流大小的主要影响因素，电缆间距和铠装层厚度对护层环流的影响相对较小，电缆间距对护层环流的影响最小。

（3）电缆敷设中建议适当加宽电缆间距，在电缆长度较长时采取绝缘分割措施以缩短金属护层的有效长度，采用铠装层厚度较薄的电缆，防止电缆双端接地，可以起到减小电缆护层环流的作用。

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作者:程杰 林圣 张华志 单位:四川电力设计咨询有限责任公司 西南交通大学电气工程学院 中铁第四勘察设计院集团有限公司