南京地铁3号线35kV环网电缆接地方式分析

苏许俊

摘 要：基于南京地铁3号线工程部分中压环网分区电缆距离较长的情况，在研读规范要求的基础上，对各种接地方式进行了经济技术比较，并通过感应电压和环流的计算分析，论证了本工程35kV环网电缆采用两端接地方式的合理性。

关键词：35kV环网电缆；两端接地；感应电压；环流

中图分类号：TM713 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0131-02

南京地铁3号线线路长、车站多，供电系统中压环网分区多，部分分区主变电所至车站电缆也较长。考虑到感应电压对35kV环网电缆敷设长度的影响，需要从规范要求、工程可实施性、经济性、安全性等方面进行综合考虑，选取合适的接地方式，并通过对感应电压和环流的计算分析结果，验证35kV环网电缆接地方式的合理性，以满足工程实施需要。

1 工程概况

南京地铁3号线是一条贯穿南京中心城区的南北向骨干线路，线路全长约44.9km，全线共设28座地下车站、1座高架车站、停车场和车辆段各1座，区间主要采用盾构区间。供电系统采用110/35kV两级集中供电方式，共设滨江路、南京南2座主变电所，中压环网采用小环串方式，全线共设9个供电分区。

主变电所至车站较远分区的电缆敷设长度分别为：滨江路主变电所至东大成贤学院站（分区1）约为9.14km，滨江路主变电所至鸡鸣寺站（分区4）约为10.5km，南京南主变电所至诚信大道站（分区8）约为10.7km。35kV变电所间最短敷设长度约为0.1km，为南京南主变电至南京南控制中心变电所。由于本工程变电所间最长距离达到了10km之多，最短仅0.1km，因此有必要结合工程实际和规范要求，对35kV环网电缆的接地方式进行比较分析，并对选用的接地方式下感应电压和环流进行计算，验证该接地方式是否合理，以满足工程要求。

另外，本工程电缆采用的是单芯26/35kV铜芯交联聚乙烯绝缘金属铠装聚烯烃护套低烟无卤A类阻燃电力电缆。金属屏蔽层采用铜丝屏蔽，由疏绕的软铜线组成，其表面用反向绕包铜带扎紧。铠装层采用一层重叠绕包厚度0.12mm的铜带。文中计算用到的电缆参数采用本工程供货商提供的参数进行计算。

2 规范要求

根据《GB50217-2007电力工程电缆设计规范》要求，电力电缆金属层必须直接接地，交流单芯电力电缆的金属层上任一点非直接接地处的正常感应电势最大值应满足：未采取能有效防止人员任意接触金属层的安全措施时，不得大于50V；除上述情况外，不得大于300V[1]。另外，规范中对于线路不长，且能满足感应电压要求时，推荐在线路一端直接接地。对于线路较长，单端直接接地不能满足感应电压要求，且35kV电缆线路输送容量较小时，推荐在线路两端直接接地。除此以外的长线路，宜划分适当的单元，且在每个单元内按3个长度尽可能均等区段，应设置绝缘接头或实施电缆金属层的绝缘分隔，以交叉互联接地。可见，35kV单芯电缆合理的接地方式与线路的长短、感应电压大小和传输容量均有直接的关系。其中感应电压关乎安全、环流影响着传输容量，因此感应电压和环流大小是评判接地方式是否合理的重要指标。

3 接地方式比较

单芯电缆金属护层接地方式包括一端单点接地、两端接地和交叉互联接地3种，其特点及使用条件各不相同。

（1）一端单点接地。该接地方式是将电缆一端金属护层直接接地，另一端不接地或将电缆中间接头的金属护层直接接地。该接地方式的非直接接地端是最高感应电压部位，电压值与电缆的长度及载流量成正比。由于对地没有构成回路，金属护套中无环流通过。该接地方式虽有利于提高传输容量，但是受非直接接地端所允许产生的最高感应电压限制，一般适用于较短线路。

（2）两端接地。该接地方式是将电缆两端金属护套均直接接地，中间接头直通不接地。该接地方式的电缆中部是最高感应电压部位。由于金属护套中有环流通过，会有附加损耗，影响电缆的传输容量。该接地方式一般适用于线路较长的线路，但线路的传输容量受到限制。

（3）交叉互联接地。该接地方式是将电缆两端直接接地，并根据实际需要划分适当的单元，在每个单元内划分3个等长区段，每区段设置绝缘接头，金属护层在接头处引出经交叉互联后通过电缆护层保护器接地。该接地方式的交叉互联处是最高感应电压部位。该方式既可降低感应电压，也能减少环流，提高了传输容量，一般适应于大容量的长线路，但工艺复杂、费用高，需要留有互联箱的安装空间[3]。各种接地方式的的具体技术比较见表1。

综上所述，3种接地方式中两端接地方式的设备费用最低、工艺简单、施工维护方便，且贯通的金属护套可视为一根良好的接地线，可靠性较高。因此，在地铁盾构区间空间紧张、检修维护不方便的环境中，无论是从工程实施还是从工程投资方面，应优先考虑两端接地方式。考虑到南京地铁3号线工程变电所间最长距离达到了10km之多，两端接地时最高感应电压值可能较高，因此还需对两端接地方式下，电缆的感应电压和环流进行计算，以验证本工程采用两端接地方式是否合理。

4 感应电压和环流计算

感应电压和环流主要计算公式：

ES=L×ES0；

ES0=2×I×ω×ln2×10-4；

IM=

式中：ES为感应电压（V）；L为电缆缆金属层的电气通路上任一部位与其直接接地处的距离（km）；ES0为单位长度的正常感应电压（V/km）；ω为角频率；I为电缆导体正常工作电流（A）；IM为感应电压产生的环流（A）[2]；XM为金属护层感抗（Ω/km）；RM为金属护层电阻（Ω/km）。

通过上节的分析，两端接地方式工艺简单、施工难度低、费用低、可实施性强，在地铁盾构区间空间紧张、检修维护不方便的环境中，应优先采用两端接地方式。两端接地方式的最高感应电压部位在电缆线路中部，由于有电缆外护套的保护，可使人不能任意接触电缆金属层，因此，允许的感应电压最高值可按300V考虑。各供电分区所对应的计算感应电压、计算电缆敷设长度、实际电缆敷设长度、实际感应电压、环流和环流占比见表2。

综上所述，两端接地时，35kV电缆的感应电壓是满足规范要求的，且环流尚不过分显著，环流所占比例约为6%～8%。因此，南京地铁3号线全线35kV环网电缆采用两端接地方式是满足要求的，同时也便于实施、节省工程投资，经济技术比高。

5 结论与建议

通过对南京地铁3号线工程具体的计算分析得知，本工程35kV环网电缆采用两端直接接地方式是合理可行的。两端接地产生的6%～8%的环流占比也在较为合理的范围，造成的损耗并不严重。另外，从计算数据看，分区1、4、5、8实际感应电压值均超出了50V的人体接触带电设备装置的安全容许限制，属于人体不能任意接触需安全防护的范畴。虽然这个电压不是很高，在考虑工作人员万一可能带电接触，如电缆外护层破损有金属层裸露时，运营管理中可明确需着绝缘靴或设置绝缘垫等安全防护措施；至于在终端或绝缘头有局部裸露金属，除了可设置警示牌外，还可在40.5kV开关柜周边设置绝缘垫。

参考文献

[1]GB50217-2007电力工程电统设计规范.北京：中国计划出版社，2007.

[2]王明飞.供电系统35kV电缆接地方式[J].现代城市轨道交通，2008（5）.

[3]金辉，李聪华.城市杭道交通供电系统的中压电缆布置及接地方式[J].电力设备，2005（4）.