浅析高速铁路27.5 kV高压电缆附件安装与试验

丛显成

(哈尔滨铁路局哈西客站建设工程指挥部)

0 概述

27.5kV高压电缆附件即电缆头是高速铁路牵引供电系统重要组成部分，目前客运专线和高速铁路大量使用单项交流交联聚氯乙烯绝缘电缆及其附件，从牵引变电所牵引变压器二次电缆电能输出至GIS中压开关柜，到GIS中压开关柜通过电缆馈出到供电线，这接续都是通过电缆附件实现的，采用27.5kv高压电缆及其附件进行牵引供电电能输送，在节省建设用地、布置美观的同时，也因电缆附件的选型、安装工艺、试验相继出现过一些问题，给客运专线和高速铁路安全可靠运行带来隐患，电缆附件已成为牵引供电系统最薄弱环节。近年无论是武广先期投产高铁与运行还是正在联调的哈大客运专线，在牵引供电故障统计，电缆附件引起故障(事故)概率较高。目前高铁牵引供电从设计单位的技术要求、到建设单位的招标采购以及施工单位的安装对电缆附件均高度重视，故障概率虽然逐渐降低，但应然是建设、运行管理者控制的重点。

27.5kV高压电缆附件分为内锥型插入式可分离连接器、户内外终端、中间接头。

1 27.5 kV高压电缆附件技术关键要素

1.1 电缆附件的额定电压U0值的确定

对于单相工频交流牵引系统，规定系统电压标称值及允许波动限值为:系统标称电压值为25 kV、最高电压值27.5 kV和瞬时最大电压值29 kV(不大于5 min)，与 IEC 60850的规定一致，IEC 60850对交流单相系统电压值的规定见表1。

表1 电压值的规定

对于电缆及附件的额定电压U0值，我国现采用标准规定与IEC相关标准存在差异，在IEC相关标准及国外目前在电缆及附件的选用时都是按照其额定电压U0为25 kV执行。根据我国电气化铁路的特点，为保证设备能够安全运行，并考虑到实际工况，在确定设备技术参数时，设备的额定电压U0的值确定为27.5 kV，因此在我国规定电缆及附件的额定电压U0值为27.5 kV。

1.2 电缆附件的绝缘材料选取

结合工程实际和国内外附件产品现状，附件的主要材料采用低烟、无卤阻燃材料。对于户外终端，主要是用于电气化铁路27.5 kV馈出线与接触网及供电线连接处，户外终端长期处于露天环境中，持久的日照再加上客专、高铁上污秽物的积累，特别是我国北方严寒地区附件要承受-40℃低温，这些都会造成终端的损坏并影响供电及行车安全。所以附件外绝缘材料应具有耐气候老化、耐低温、耐电痕化和蚀损性能要求，目前国内外对户外终端的外绝缘料的耐气候老化性能，都只提出试验方法，对于试验结果如何考核没有明确，需在以后工作实践解决。

1.3 电缆附件的爬电距离

通常户外终爬电距离依照31 mm/kV、内锥型插入式可分离连接器25 mm/kV选取，由于用于铁路户外终端经常处在重污秽或盐碱等环恶劣境中，为满足安全可靠及绝缘配合要求，目前客专、高铁接触网设备的外绝缘的爬电距离都按不小于1 400 mm选取，从设备绝缘匹配要求考虑，户外终端、中间接头的外爬电距离也考虑应不小于1 400 mm。

2 27.5 kV高压电缆附件的安装

2.1 电缆附件与电缆配合

电缆附件、电缆击穿故障中，除电缆附件质量问题外，还有电缆附件与电缆的匹配及选型与安装问题。即我们在提高电缆附件本身质量的同时，还必须对电缆附件的质量控制和附件安装控制高度重视。电缆与附件是一个不可分割的整体，只有这两方面配合得当，电缆系统供电的可靠性才能得到保证。

(1)附件选型不当。早些时候市场上并没有专用的27.5 kV电缆附件，出现过用电力系统35 kV电缆附件代替的情况。造成绝缘水平不足而造成事故。

(2)安装问题。电缆附件的安装工艺要求非常严格，而现场施工时对电缆附件的安装重视不够，留下了事故隐患，造成运行一段时间后事故频繁发生。

2.2 电缆附件的安装

通过近年我国客运专线和高铁牵引供电系统电缆附件事故的分析得知;电缆附件安装问题而引起的供电事故占有较大比例。电缆附件的安装首先要对安装人员进行专项技术培训，培训合格后方可作业，其次施工人员要严格按照生产厂家提供的安装指导说明书进行(不同厂家有所不同)安装，附件的安装时应注意以下内容。

(1)电缆附件安装注意事项。安装前首先要检查电缆与提供的附件规格型号是否匹配，然后仔细检查电缆是否受潮，特别应检查线芯是否进水;附件安装时环境应清洁，注意防尘、防潮、防水;严格按照厂家安装指导书工艺要求控制剥切尺寸，每剥除一层不可伤及内层结构;外半导电层断开处应平滑过渡;绝缘层表面应无轴向划痕、无半导电颗粒，要求打磨光滑，并应进行清洁、干燥处理;金具压接后应清除表面尖角及毛刺。

(2)户外终端吊装注意事项。在吊装之前不能去掉终端上的保护塑料袋，避免终端在吊装过程中划伤或者碰伤，因为硅橡胶材料耐撕裂强度较差，尖锐物很容易刺伤电缆头，吊装过程不能使电缆过度晃动，容易碰伤户外终端。终端安装位置较高，电缆头吊装作业时即不能直接用绳子捆绑在终端上进行吊装，因吊装过程中终端受力过大后还会使终端产生位移、产生严重的形变，从而使其应力锥受损。也不能采用吊绳穿过接线端子孔来进行户外终端安装，避免缆接线端子孔与安装位置进行螺栓连接。当吊装高度在5 m以内时，可以用一个吊装卡子(电缆固定夹具)，固定在电缆头密封管之外约200 mm处，注意一定要固定在有电缆铠装层的外护套上，卡子的安装要牢固，同时不能损伤接地线，卡子安装完毕后，在卡子的下部将吊装用的绳索固定在电缆上。吊装高度5～10 m范围内时，一般采用2个吊装卡子来进行吊装，吊装高度更高应采用多个卡子固定电缆(卡子数量要保证电缆吊装不能过渡弯曲)，在吊装时应对电缆头进行保护处理。

(3)内锥型插入式可分离连接器安装注意事项。内锥形插入式可分离连接器主要用于电缆与GIS中压开关柜的连接，安装时既要注意内锥型插入式可分离连接器(含滑动式顶部连接金具、应力锥的橡胶绝缘主体、顶推弹簧机构、密封尾管等主要部件)应与内锥式套管匹配，也要保证可分离连接器与电缆导体(芯线)应具有相同的截面，连接器本体插入套管并紧固后，应再次检查电缆并校正垂直。将屏蔽铜丝拧在一起与接地线端子连接至接地装置。

关于内锥形插入式可分离连接器在正常操作情况下的可插/拔次数，可分离连接器至少应可以保证通电试验时的插/拔，以及开关柜每年一次的断电检修，可分离连接器在正常操作情况下的可插/拔次数不应小于30次。

3 电缆附件的接地

附件的接地:当电缆的导体通过交流电流时，其周围产生的一部分磁力线与金属屏蔽层铰链，使金属屏蔽层产生感应电压，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。

当电缆很长时，护套上的感应电压叠加起来可能达到危及人身安全的程度，在线路发生短路故障、操作过电压或雷击时，金属屏蔽层上会形成很高的感应电压，甚至可能击穿护套绝缘。因此，电缆外护套应有良好的绝缘，应对电缆金属屏蔽层采取可靠合理接地，接地在电缆附件上进行，当电缆长度为一段(一盘)，可采用一端通过直接接地箱接地，另一端通过接地保护箱接地;当电缆长度为两段(两盘)，采用金属屏蔽中点接地的方式，电缆线路中间位置安装一个“直接接头(或接地箱合”接地，可采用一端通过直接接地箱接地，另一端通过接地保护箱接地。

附件接地应注意以下几点。

(1)附件接地线和过桥线截面积应按与之相适应的电缆金属屏蔽层和铠装层截面积相一致的原则选取，铠装接地与屏蔽接地应分开处理。

(2)如果金属屏蔽层两端(两侧电缆附件)不能同时接地，这样会使屏蔽线路形成闭合通路，金属屏蔽层上的环流与导体的负荷电流基本上为同一数量级，将产生很大的环流损耗，减短电缆的使用寿命，甚至发生火灾。

4 电缆附件的试验

电缆附件安全稳定运行是牵引供电和高铁行车重要保证，电缆附件在制造、出厂、安装等过程必须进行试验，检验电气性能、检验附件绝缘性能、防水防酸性能、抗拉抗压性能、过热老化性能、等重要部件，通过试验检验生产、运输、存储、安装是否有薄弱环节，以此确定附件达到安全运行。

电气性能的好坏是评判电缆附件品质的首要原则，电气性能方面，主要考虑电缆附件的电场分布是否合理，改善电场分布的措施是否恰当，以及的电气强度，介质损耗和产品的绝缘裕度等因素，同时，还要考虑电气性能的稳定性，包括电缆附件材料的化学、物理性能等，例如应力控制材料是否稳定，应力锥是否易变形，电缆绝缘回缩对电缆附件的电场分布的影响及防止措施，各种材料结合的相容性，结合面性能的稳定性等。

电缆附件试验包括型式试验、出厂试验、抽样试验、安装后的电气试验，电缆附件试验均参照国家相关标准和IEC相关标准的要求进行，但增加终端的浸水试验是按IEC 61442-2007的规定。

(1)附件型式试验和出厂试验。通过型式试验和出厂试验检验附件生产质量是否合格，附件的型式试验应有国内具有资质(权威)检测机构进行，由检测机构出具型试试验报告;附件生产完出厂前要进行逐一出厂试验，并由生产厂家质量检验部门检验合格，在每个出厂的包装件上应附有产品质量检验合格证。

(2)附件的抽样试验。附件的抽样试验内容应依据“电气化铁路27.5 kV单相交流交联聚乙烯绝缘电缆及附件(报批稿)”中抽样试验程序和要求，应在交货批的电缆附件样品上进行，若仅有一个试样未通过系列程序试验，允许重新取样进行试验，若仍未通过，则认为该试样未通过抽样试验。

(3)安装后的现场电气试验。电缆附件与电缆连接安装完成后进行电气试验，以此检验电缆与附件安装是否合格，同时对检验电缆及附件在运输、搬运、敷设时是否受到外力损伤，此项试验必须交流试验，多年实践证明了采用直流耐压试验不能有效发现交流电压作用下的某些缺陷。

附件绝缘有机械损伤等缺陷，交流电压作用下绝缘易击穿，直流电压作用往往不击穿。对金属屏蔽/铠装一端接地，另一端装有护层过电压保护器的单芯电缆主绝缘做耐压试验时，必须将护层过电压保护器短接，使这一端的电缆金属屏蔽/铠装临时接地。试验应施加55 kV(2U0)电压，持续60 min。

4 结束语

电缆附件是客运专线和高速铁路牵引供电系统一项重要材料，为客运专线和高速铁路安全、可靠供电，本文结合附件技术要求和安、运行实际出发，从电缆关键技术要素、附件的安装与接地、附件试验关键点进行了剖析，解决生产、安装、运行维护存在的实际问题。对于户外终端的外绝缘料的耐气候老化性能试验结果和考核标准有待于实践给予完善。

目前在牵引供电施工中，为提高电缆附件安装质量，电缆附件与电缆接续安装工作通常由生产厂家承担，生产厂家往往又没有取得安装、试验资质，该问题需在日后工作中得到解决。