中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063
摘要：研究目的：27.5kV馈线电缆是连接高速铁路牵引变电所与接触网之间重要部件，其安全运行与否关系着高速铁路正常运行。通过本研究，拟分析电缆护层电压是否超标，以及护层电压电流与馈线电流之间的关系，为高速铁路电缆护层感应电压问题和设备选型提供借鉴和参考。
关键词：高铁；电缆；护层；感应电压；实测数据
0 引言
目前我国高速铁路运营里程已跃居世界第一。作为高速铁路的动力来源的牵引变电所,其馈线多采用27.5 kV单芯电缆，作用为连接牵引变电所和接触网 [1]。与普速铁路相比，高速铁路牵引负荷波动更加频繁、牵引负荷更大、牵引网负荷率更高[2]。当交变电流流过单芯电缆时，电缆金属护套上必然产生感应电动势[3]。
国内外对电缆护层电磁感应的问题进行了大量研究，大多数研究都停留在金属护套感应电压理论计算和仿真、电缆护层接地方式的探讨[1]等方面。在高速铁路27.5 kV单芯电缆的护套感应电压实测、屏蔽层与铠装层护套间形成的电磁感应环流理论分析与实测分析等方面并无相关文献可供参考。本文对高速铁路27.5 kV单芯电缆护套感应电压、屏蔽层与铠装层护套间形成的电磁感应环流进行了测量分析。
1 高铁27.5kV单芯电缆
1.1 27.5kV单芯电缆结构
本次测试对象为某牵引变电所，馈线采用27.5kV单芯电缆，其作用是将牵引变电所二次侧母线与接触网相连，馈线电缆型号为YJY72-27.5kV 1*400 mm2，一条电缆长度为700m，一回馈线采用3根截面面积为400mm2的电缆并联供电。电缆的结构如图1所示。
.png)
图1 YJY72-27.5kV结构示意图
其各层的含义如表1所示。
表1 电缆结构各层结构
1.2 护层感应电压产生原理及危害
感应电压的大小与电缆线路的长度和流过导体的电流成正比，电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故障、遭受操作过电压或雷电冲击时，屏蔽上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。
1.3 电缆护层接地方式
电缆护层在靠近接触网的一侧接地，在牵引变电所一侧通过护层保护器接地，当护层感应电压过高时，保护器动作接地。电缆护层的铠装层与屏蔽层的等效电路图，如图2所示。
.png)
图2 电缆护层等效电路图
图中Z1为铠装层等效阻抗，Z2为屏蔽层等效阻抗。
2 测试数据分析
2.1 测试仪器
本次测试采用西南交通大学电气工程学院研制的BDC-5型牵引变电站电能质量监测系统。
2.2 测试内容
本次测试了牵引变电所上行馈线211T电流电压，馈线T的三条电缆T1、T2、T3护层感应电压电流。
图4 护层环流与馈线电流的关系
2.3 测试结果分析
由图3可知，三条馈线电缆感应电压基本一样，感应电压最大可达160V。现以电缆T1作为分析对象。
图4绘制了电缆T1铠装层与屏蔽层间的环流与馈线电流间的散点图，并根据散点图，拟合了两者间的关系曲线。
根据散点图可以得出拟合曲线，且可以得出两者之间的函数关系。铠装层与屏蔽层感应环流if与211T馈线电流iT的关系如式（1）所示。
同理，可以绘制出电缆护层感应电压与211T馈线电流的散点图与拟合曲线，如图5所示。
.png)
图5 电缆铠装层感应电压与馈线电流的关系
根据散点图，可以拟合出两者间的数学关系。铠装层与屏蔽层感应电压uf与211T馈线电流iT的关系如式（2）所示。
根据测试出的电缆护层感应电压与护层间的感应环流，可以绘制两者间的散点图与拟合曲线，如图6所示。
同理，可以拟合出铠装层与屏蔽层感应环流if与护层感应电压uf的关系曲线如式（3）所示。
.png)
图6 感应环流的关系与电缆护层感应电压的关系
3 结论
由以上测试结果可知，电缆铠装层感应电压与馈线电流呈正相关的关系，与感应环流基本成正相关的关系。电缆铠装层与屏蔽层间的感应环流与馈线电流成正相关的关系，馈线电流越大，其感应产生的环流越大。
参考文献
[1]张倩，李文豪，陈维荣.高速铁路27.5kV单芯电缆接地方式的研究[J].电气化铁道，2009.2:10-13.
[2]李群湛,连级三,高仕斌. 高速铁路电气化工程[M]. 成都:西南交通大学出社, 2006.
[3]冯慈章,马西奎.工程电磁场导论[M]. 北京: 高等教育出版社,2000.
作者简介：车锐坚，男，1987年出生，工程师。毕业于西南交通大学，硕士研究生，现从事电气设计工作。