浅谈高速铁路电力贯通电缆外护层绝缘试验

浅谈高速铁路电力贯通电缆外护层绝缘试验

李书全

中铁电气化局集团第一工程有限公司

摘要：本文从高速铁路电力供电线路采用的单芯电缆引题，介绍了高速铁路电力供电的特点，分析了电力贯通线路采用的单芯电力电缆运行环境以及单芯电缆金属护层接地方式对安全运行的影响，探讨了为电缆的安全运行而采用护层保护器与电缆护层绝缘水平的配合要求，总结了电缆护层的施工现场试验要点等内容。

关键词：高速铁路；电力供电；单芯电缆；外护套；试验

高速铁路电力配电系统主要是为调度指挥、通信信号、旅客服务等非电力机车供电运行的其它业务提供可靠的电能保证，是确保铁路安全运行、系统稳定、高效运营的重要部分，它的可靠性直接关系到铁路的行车安全。我国目前高速铁路电力供电贯通线一般为全电缆线路，雷击、外力破坏、线路过载运行等因素都会导致电缆线路故障，加之贯通线上变 (配)电所结构单一 ，而且供电负荷多，一旦发生故障而供电中断，极有可能造成各种难以挽回的损失。因此，高速铁路电力电缆贯通线安全运行就显得极其重要。本文将对在施工检测中遇到的贯通电缆外护套故障原因及检测方法进行深度剖析，明确相应的试验策略以减少其故障率。

1 高速铁路贯通线路特点

高速铁路电力配电所间距长，一般为40km~60km[1],沿线供电用户需求多，箱式变电站间距一般在3km左右,电缆敷设在沿线电缆槽中，日常检修只能在动车组停轮天窗时间段。

贯通电缆供电负荷小，配电所贯通调压器的容量多为630kVA,馈出间隔电流互感器一次电流选择50A，电缆截面积一级贯通线为70mm2, 综合贯通线为95mm2。

为避免电缆接头出现在区间，减少区间天窗检修工作量，尽量避免区间的中间接头数量，要求的电缆制造长度长多为3km以上。

为解决制造、敷设等诸多问题，电缆采用单芯电缆。

2 高速铁路电力贯通线路单芯电缆外护套运行环境浅析

目前我国高速铁路电力供电电缆通常采用金属护层一端接地的运行方式。电缆金属护层上的感应电压的大小与线路长度和流过导体的电流成正比。电缆线路很长时，护层上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度。在雷电冲击电压或工频短路情况下，线芯中可能通过几十倍于正常的电流，产生的感应电压不仅会危及人身安全，也可能击穿金属护层外的绝缘外护套，形成电缆金属护套多点接地，各点因电位差产生环流，引起电缆发热，影响到电缆的正常载流量。               

电缆的外护套位于电缆的最外层，多采用聚氯乙烯（PVC）或聚乙烯（PE）两种材料。外护套在高压电缆结构中保护金属护套或在没有金属护套的情况下直接对主绝缘起到保护和密封作用，同时避免感应电动势在高压电缆金属护层上形成环流，降低电缆的载流量。

如果电缆金属护套两端接地，可以避免电缆护套上的任何电应力。两端接地的缺点是总的功率损耗会增加。对于典型的中压电缆，持续负荷电流在金属护套上的额外损耗大约为相应总损耗的2%~10%[2]。如果电缆护套一端接地，在没有接地的一端安装护层保护器，则额外的功率损耗就可以避免。

单芯电缆护层保护器是防止单芯电缆外护层在冲击过电压作用下损坏的一种金属氧化物避雷器。当雷电冲击过电压或操作过电压波进入电缆时，不接地端的金属护套上出现高的冲击过电压，这时保护器的非线性特性起作用使得过电压电流经保护器流入大地，而保护自身必应损坏。不接地端的金属护套上的电压下降到保护器的残压值。此值低于电缆外护层的基准冲击耐压水平（BIL）值，保护器起到了保护电缆外护层的作用。

考虑到随着时间的推移，电缆外护套会因施工损伤、水分侵入 、自然老化等因素导致绝缘电阻下降，厂家普遍将保护器的参数设计得较低，以与降低后的电缆外护套绝缘水平相配合。电缆护层保护器的起始动作电压应低于运行中电缆外护套的工频耐受电压。但护层保护器的额定电压和起始动作电压取值偏小时，保护器会因工频耐受能力差、动作频繁而大幅缩短其正常使用寿命。保护器的残压越低，钳制的电位越低，对保护电缆外护套不受电压破坏越有利。但较低的残压容易导致护层保护器工频耐受水平较低，从而发生击穿。

3 单芯电缆外护套检验的相关标准要求

单芯高压电缆外护套绝缘的优劣不仅对电缆长期运行寿命有重大影响，而且直接关系到电缆短期运行安全。所以，对电缆外护套绝缘状态的评价成为电缆运行状态评估的重要依据。

GB/T 2952.3-2008《电缆外护层 第3部分：非金属套电缆通用外护层》中要求电缆塑料外护套上任一点的最小厚度应不小于标称厚度的80%减0.2mm,标称厚度与电缆护套前的直径相关，计算公式为Δ0=0.035D+1.0  式中Δ0电缆外护套的标称厚度，mm;D为护套前的假定直径，mm。

GB/T 3048.10-2007《电线电缆电性能试验方法 第10部分：挤出护套火花试验》中对防蚀护套火花试验电压给出推荐值为9与标称厚度的乘积，单位为kV,标称厚度的单位按mm取值。

GB 50150-2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》中规定采用500V兆欧表测量橡塑电缆外护套绝缘电阻不小于0.5MΩ•km,对交流单芯电缆外护套应进行直流耐压试验，应在每段电缆金属屏蔽或金属套与地之间施加直流电压10kV1min不应击穿。

GB/T 28547-2012《交流金属氧化物避雷器选择和使用导则》列出保护器持续运行电压计算公式。护层保护器在最大工频过电压下不能动作且能耐受的。

DL／T401-2002《高压电缆选用导则》当电缆线路所在系统发生短路故障或遭受雷电冲击和操作冲击电压作用时，在金属套的不接地端或交叉互联处会出现过电压，可能会使外护套绝缘发生击穿。为此，需要装设过电压限制器。

DL/T 596-2021中要求每段电缆金属屏蔽或金属套与地之间施加直流电压5kV1min不应击穿。

DL/T 1253-2013中规定主绝缘雷电冲击耐受电压在380kV等级以下电缆的外护套雷电冲击耐受电压为20kV 。

4 施工现场试验的痛点及对满足运行条件的展望

高速铁路电力贯通电缆线路自身具有的特点与国网电力线路有着明显的差异。敷设安装完成后其交接试验采用的是GB50150-2016，对于电缆外护套的考核是施加10kV直流电压1min不击穿就算是通过考核，但现场往往多数电缆未能通过测试。主要原因有：一是贯通电缆截面太小，按相关制造标准要求其外护套的厚度较薄承受的耐受电压有限；二是贯通电缆制造长度又特别长，现场敷设时在拖拽中保护不到位的情况下外护套又极易受损，受损处极易造成较低的击穿电压。

针对贯通电缆以上特点，这就需要我们在敷设过程加强对外护套的保护，采用机械化敷设手段，避免外护套收到损伤。需要时，特殊设计外护套，增大外护套厚度，增强外护套绝缘水平。不应直接采用GB50150给出的耐压试验值要求，而是精确计算试验电压与保护器动作特性配合关系，找到合理的试验电压值。

5 结 语

本文通过对高速铁路贯通电缆线路的特点分析，提出了施工现场安装注意事项和外护套的试验方法。对指导现场单芯贯通电缆的敷设安装，保证贯通电缆的安全运行有着积极的意义。

参考文献

[1]高速铁路全电缆电力贯通线的电容电流及其容性补偿电流分析 张凉永 No.1,Vol.6,Feb,2015.

[2]GB/T 28547-2012交流金属氧化物避雷器选择和使用导则