一种高速铁路专用单芯电缆接地技术方案制造技术

一种高速铁路专用单芯电缆接地技术方案，主要适用于27.5kV单芯电缆，其特征在于，根据高速铁路牵引供电系统的特点，结合利用电磁暂态分析软件(PSCAD/EMTDC)搭建的系统模型仿真结果，电缆的结构特征以及工程实际，将27.5kV电缆线路按计算出的结果划分为若干单元，每个单元的27.5kV电缆一端直接接地，另一端通过护层电压限制器接地。每个接地单元电缆长度不超过600m，并取消每两个接地单元的中间接头的金属护层，以实现接地单元的独立性。每两个接地单元的中间接头两端电缆接地及护层电压限制器接地要求与27.5kV电缆供电回路接地要求匹配。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电缆接地
，涉及27.5kV单芯电缆的使用技术，具体涉及一种高速铁路专用单芯电缆接地技术方案。
技术介绍
近年来，高速、客运专线及城际电气化铁路作为连接国内重要城市间的纽带迅速建设，到2015年底，我国已建成进行正式运营的高速铁路达1.9万公里。为提高高速列车安全可靠供电、显著节省牵引供电设施的用地资源、明显协调城市景观效应，27.5kV单芯电缆作为牵引供电系统核心装备和关键技术平台之一，被我国高速铁路大量应用，尤其是时速300公里和350公里的高速铁路，如京沪高速铁路、京津客专、京广客专等。高速铁路的特点是速度高、行车密度大、负荷电流大、系统短路电流大，由于高速铁路牵引供电系统的特点以及该电缆的结构特征，需要27.5kV专用电缆采用单芯、单相、多根长距离并联应用。在高铁运行过程中，电缆金属层(金属屏蔽层+铠装层)上将产生感应过电压、感应大电流、以及短路时的大的回流等接地技术方法问题，若技术方法采用不当，将导致供电电缆烧毁，中断供电，影响高速列车的正点安全运营，严重时可导致行车安全的事故。目前，27.5kV专用电缆采用的现有接地方案主要有：两端接地方案、一端接地一端悬空接地方案。两端接地方案(如图1所示)是在电缆两端的终端处将金属层(金属屏蔽层+铠装层)引出直接接地，电缆金属层两端通过接地形成环形电路，当电缆线芯中通过电流时，金属层中会出现由于电磁感应产生的环形电流，且其感应电流可达线芯负荷的50～95％。一端接地一端悬空接地方案(如图2所示)是一端电缆终端处的金属层引出直接接地，另一端电缆终端处 的金属护层悬空设置。单芯电缆的线芯和金属层可看作是一个变压器的初级绕组，当电缆线芯通过电流时，在金属层的悬空端将出现感应电压，其感应电压的大小与电缆线路的程度和线芯通过电流成正比。上述两种方案主要存在的问题是：1.电缆金属层两端接地方案：在高速铁路工程中，由于每个27.5kV电缆回路为单相负载，牵引负荷电流大，且为冲击性负荷，与对称布置的三相电缆负载相比，当电缆线芯通过电流时，金属层环形回路上产生的感应电流更大，从而引起金属层更大的发热，形成更大些损耗，导致电缆工作温度上升较大，降低了电缆载流量同时加速电缆绝缘老化，影响电缆使用功能和使用寿命。综合考虑经济和安全因素，该接地方案一般在短电缆和轻负载回路使用。2.电缆金属层一端接地另一端悬空方案：正常运行时，当电缆线芯通过电流大或电缆线路长时，金属层上的感应电压会叠加起来可达到危及人身安全的程度。因此，为保证运营维护人员人身安全，单回路电缆线路敷设距离很短，一般情况下不超过100米，很多情况下无法满足工程实际需要。3.此外，对于电缆金属层一端接地另一端悬空方案，倘若电缆线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击，金属层悬空端会出现较高的感应电压，在电缆绝缘外护套不能承受此电压而损坏时，将导致多点接地故障，使得金属层需承载非常大的短路电流或环流，一旦该电流超出金属层载流能力还将引发电缆大面积烧损事故。现有的工程做法大多是通过增加27.5kV电缆的金属层截面来解决此问题，可却带来新的问题即电缆直径大、现场施工困难、投资高等。
技术实现思路
高速铁路27.5kV专用单芯电缆在近年来获得了大规模应用，主要用于各牵引所内牵引变压器、自耦变压器与27.5kV GIS开关柜间连接、27.5kV牵引网馈 出线、27.5kV站场直馈线等。一种高速铁路专用单芯电缆接地技术方案，主要适用于27.5kV单芯电缆，根据高速铁路牵引供电系统的特点，结合利用电磁暂态分析软件(PSCAD/EMTDC)搭建的系统模型仿真结果、电缆的结构特征以及工程实际提出，每回路27.5kV专用电缆适当划分为若干接地单元，每个接地单元电缆长度为不超过600m，并取消中间接头的金属护层，以实现接地单元的独立性。每两个接地单元的中间接头两端电缆接地及护层电压限制器接地要求与27.5kV电缆供电回路接地要求匹配。将27.5kV专用电缆单回路分成若干独立接地单元，在每个独立接地单元一端直接接地，另一端通过护层电压限制器接地，既可解决电缆金属层环形回路上产生的感应电流问题，又可解决电缆金属层一端接地另一端悬空时的敷设距离过短问题，同时利用护层电压限制器的非线性电阻特性，又可有效解决现有电缆护层接地存在的问题。有益效果本专利技术的有益效果为：1、每个电缆回路由多组含接地的电缆单元组成，供电电缆线路敷设长度满足工程实际需要，在实际工程电缆敷设时设置中间接头引出接地，同时电缆中间接头的金属层应断开，还可以通过在中间接头处采取适当保护措施，保证维护人员的接触安全前提下，使得电缆护层允许的感应电压值有所提高，接地单元长度加长，减少单回路电缆接头数量。很大程度上改善了高速铁路工程中27.5kV专用电缆的运行环境，提高了其运行的安全性和稳定性。2、与两端接地方案比较，本专利技术专利技术方案中护层电压限制器在正常情况下呈现高阻状态，使得电缆金属层两端无法形成环形回路，避免金属层上形 成比较的感应环流并导致发热损耗，因此，可以有效保证电缆载流量和使用寿命，大大提高了高速铁路工程中27.5kV专用电缆运行过程中的可靠性和安全性。3、单回路27.5kV电缆并联根数或电缆截面的选择更经济，可以有效降低工程投资和施工难度。假设高速铁路工程单个回路电流为2000A，选择单芯截面为300mm2的电缆(载流量约为700A)，采用本专利技术方案，3根电缆并联应用即能满足载流要求；若采用两端接地方案，金属层上的感应电流约为线芯电流的50％且与线芯电流成反向，从而造成线芯至少有等量的载流能力被浪费，电缆根数增加一倍或者是截面增加至500mm2的方能满足。极大地降低了工程造价和投资。4、与一端接地一端悬空方案比较，护层电压限制器具有良好的非线性电阻特性，一旦电缆发生接地故障或是遭受操作过电压或雷电冲击，电缆在护层电压限制器连接端感应电压变得很高，护层电压限制器的阻值很快呈直线下降，使得金属护层接地并将过电压电流迅速泄入大地，将金属护层上的剩余电压限制为护层电压限制器的残压。因此，将护层电压限制器的残压值设定在电缆护层绝缘安全承受范围内，便可以有效保护电缆护层绝缘免遭过电压的破坏，避免多点接地故障，进而避免金属层上出现很大的环流，以保证电缆安全工作，减少了电缆的维护工作量。5、本专利技术专利可以将每回27.5kV电缆的敷设长度由一端接地一端悬空方案的100米，扩展到实际工程所需要的任意敷设长度，不受长度距离限制，大大提高了工程的使用范围，增加了工程实施的灵活性和便利性。附图说明图1是两端接地方案示意图。图2是一端接地一端悬空接地方案示意图图3是本专利技术接地方案示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步描述：实施例1一种高速铁路专用单芯电缆接地技术方案，主要适用于27.5kV单芯电缆，根据高速铁路牵引供电系统的特点，结合利用电磁暂态分析软件(PSCAD/EMTDC)搭建的系统模型仿真结果、电缆的结构特征以及工程实际提出，每回路27.5kV专用电缆适当划分为若干接地单元，每个接地单元电缆长度为50m，并取消中间接头的金属护层，以实现接地单元的独立性。每个接地单元采用一端直接接地，另一端设置护层电压限制器接地。实施例2一种高速铁路专用单芯电缆接地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速铁路专用单芯电缆接地技术方案，主要适用于27.5kV单芯电缆，其特征在于，根据高速铁路牵引供电系统的特点，结合利用电磁暂态分析软件(PSCAD/EMTDC)搭建的系统模型仿真结果，电缆的结构特征以及工程实际，将27.5kV电缆线路按计算出的结果划分为若干个单元，每个单元的27.5kV电缆一端直接接地，另一端通过护层电压限制器接地，每个接地单元相互独立。

【技术特征摘要】
1.一种高速铁路专用单芯电缆接地技术方案，主要适用于27.5kV单芯电缆，其特征在于，根据高速铁路牵引供电系统的特点，结合利用电磁暂态分析软件(PSCAD/EMTDC)搭建的系统模型仿真结果，电缆的结构特征以及工程实际，将27.5kV电缆线路按计算出的结果划分为若干个单元，每个单元的27.5kV电缆一端直接接地，另一端通过护层电压限制器接地，每个接地单元相互独立。2.根据权利要求1所述一种高...

【专利技术属性】
技术研发人员：李汉卿，沈菊，李熙光，王立天，邵建强，樊春雷，田雨，穆毓曦，赵宏，赵丽丽，
申请(专利权)人：中铁电气化勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12