張開波

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司地下鐵道設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610031）

1 城軌交通接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜連接現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)很多城市軌道交通中的地鐵、輕軌或有軌電車工程，其牽引供電系統(tǒng)采用了?DC1500V?或DC750V架空接觸網(wǎng)授流、走行軌回流的牽引網(wǎng)供電方式。

針對(duì)架空接觸網(wǎng)，主要分為剛性懸掛接觸網(wǎng)及柔性懸掛接觸網(wǎng)?2?種。剛性懸掛接觸網(wǎng)主要采用匯流排及接觸導(dǎo)線的組合形式；柔性懸掛接觸網(wǎng)主要采用承力索及接觸導(dǎo)線的組合形式。無(wú)論何種形式的接觸網(wǎng)，目前從牽引變電所向接觸網(wǎng)供電，基本均通過(guò)上網(wǎng)隔離開關(guān)。考慮工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況及連接的方便性，采用150??mm2或?120??mm2直流小截面電纜形式直接與接觸網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)向列車的牽引供電。

由于該類型電纜截面較小、根數(shù)多，且直接跨越了接觸網(wǎng)供電的帶電與非帶電區(qū)，從安全的角度，同時(shí)也為便于與接觸網(wǎng)的匯流排或承力索連接，其均未考慮再設(shè)置金屬鎧裝（或屏蔽）層，僅設(shè)置?1?層較為柔軟的絕緣層及外護(hù)套等。

在實(shí)際的工程實(shí)施中，由于牽引電流大，該類型電纜的截面較小，導(dǎo)致其數(shù)量較多，每回路的直流上網(wǎng)電纜一般需配置?6～12?根?150??mm2或?120??mm2以上的電纜（圖?1）。

圖1 接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜方案連接示意圖

2 上網(wǎng)電纜連接需要的改進(jìn)

目前的城市軌道交通工程中，接觸網(wǎng)上網(wǎng)連接電纜基本均通過(guò)上網(wǎng)隔離開關(guān)，直接采用?150??mm2或120??mm2直流小截面電纜形式與接觸網(wǎng)連接。該上網(wǎng)隔離開關(guān)的安裝位置根據(jù)運(yùn)營(yíng)管理維護(hù)需求的不同，目前有?2?種情況：①設(shè)置在隧道區(qū)間內(nèi)或地面設(shè)備桿塔上，距離架空接觸網(wǎng)上網(wǎng)連接點(diǎn)的距離較近，一般在?20??m?以內(nèi)，某些特殊情況下距離較遠(yuǎn)；②采用上網(wǎng)組合開關(guān)柜的形式，將上網(wǎng)隔離開關(guān)及越區(qū)聯(lián)絡(luò)開關(guān)組合后，設(shè)置在變電所內(nèi)，距離架空接觸網(wǎng)上網(wǎng)連接點(diǎn)一般距離較近的一端在?50??m?左右，距離較遠(yuǎn)的一端在200??m?左右。

無(wú)論上網(wǎng)隔離開關(guān)設(shè)置在何種位置，只是電纜長(zhǎng)度的差別，電纜敷設(shè)距離較長(zhǎng)時(shí)出現(xiàn)電纜故障的概率稍大，但故障隱患及最終的后果都是一樣的。由于現(xiàn)場(chǎng)電纜敷設(shè)條件較差，在實(shí)施工程中需將該直流上網(wǎng)電纜通過(guò)電纜埋管、電纜支架、隧道墻壁或接觸網(wǎng)立柱等設(shè)施進(jìn)行敷設(shè)，該?150??mm2或?120??mm2直流小截面電纜外護(hù)套或絕緣層很容易被損壞；由于其表面相對(duì)柔軟，大部分工程采用的是沒(méi)有帶金屬軟鎧的直流電纜，在長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)過(guò)程中也很容易被老鼠等嚙齒類動(dòng)物破壞，使得其帶電導(dǎo)體與電纜支架、隧道墻壁或接觸網(wǎng)立柱（或設(shè)備桿塔）等設(shè)施間出現(xiàn)絕緣損壞，導(dǎo)致電流泄漏，且在建設(shè)及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中極不易發(fā)現(xiàn)，直到最終發(fā)展成為較為嚴(yán)重的電纜打火或燃燒的情況，給大部分位于城市地下空間的城市軌道交通工程長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)營(yíng)帶來(lái)比較大的安全隱患，已經(jīng)不能滿足我國(guó)各地城市軌道交通工程長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)營(yíng)的要求。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)各地出現(xiàn)的較大火災(zāi)事故，很大一部分是由于長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中電纜的絕緣出現(xiàn)損壞，最終導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生，給人民群眾的人身及財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p害。對(duì)于需要長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)營(yíng)的地鐵系統(tǒng)，由于其空間相對(duì)封閉，這種情況更需要盡量避免。據(jù)了解，各地已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的地鐵系統(tǒng)已陸續(xù)出現(xiàn)多起?150??mm2直流小截面上網(wǎng)電纜絕緣層損壞后無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致電纜爆、燃的現(xiàn)象。

地鐵工程為百年大計(jì)，安全第一。供電系統(tǒng)作為地鐵運(yùn)營(yíng)的動(dòng)力之源，其安全可靠性將直接影響整個(gè)地鐵運(yùn)營(yíng)的安全。作為安全可靠性極為重要的直流牽引變電所與接觸網(wǎng)直接連接供電的直流上網(wǎng)電纜，如何實(shí)現(xiàn)電纜自身防護(hù)的安全可靠，卻是大家一直忽視的事情。

這也是地鐵牽引供電系統(tǒng)“最后一公里”的問(wèn)題。特別針對(duì)目前部分接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜敷設(shè)距離較長(zhǎng)，且沒(méi)有其他防護(hù)措施的實(shí)際情況，從保證運(yùn)營(yíng)安全可靠、便于施工安裝及運(yùn)營(yíng)維護(hù)的角度，提出接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜連接的優(yōu)化調(diào)整方案。

3 上網(wǎng)電纜優(yōu)化連接方案

3.1 帶金屬軟鎧裝層大截面直流電纜的優(yōu)缺點(diǎn)

采用防護(hù)性好、帶金屬軟鎧裝層截面較大的400??mm2直流電纜，與不帶鎧裝層的小截面上網(wǎng)電纜（類似?150??mm2或?120??mm2等）相比，在上網(wǎng)距離一致的情況下，可減少?1?倍的電纜根數(shù)；同時(shí)由于其截面較大，采用帶金屬軟鎧裝層的直流電纜能防止在復(fù)雜環(huán)境下電纜敷設(shè)過(guò)程中的施工損壞，以及在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中老鼠等嚙齒類動(dòng)物破壞電纜的絕緣層。在直流電纜的防水層外重疊繞包?1?層軟銅帶作為金屬鎧裝層進(jìn)行防護(hù)，即使直流電纜的外護(hù)套被損壞，也可以防止電纜內(nèi)部的絕緣層及防水層受到損壞；同時(shí)如果電纜內(nèi)部的絕緣層出現(xiàn)了損壞，在無(wú)法達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值之前，也可以在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的定期電纜絕緣檢測(cè)中及早發(fā)現(xiàn)故障，一定程度上可以避免最終發(fā)展成為較為嚴(yán)重的電纜打火或燃燒的情況。帶金屬軟銅帶鎧裝層直流電纜截面示意圖見圖?2。

圖2 DC1500V 乙丙橡膠絕緣電纜截面示意圖

直流上網(wǎng)電纜最終需要與架空接觸網(wǎng)相連，在地下隧道空間或地面桿塔上敷設(shè)電纜，實(shí)際的敷設(shè)條件較差，對(duì)電纜需要滿足的彎曲半徑要求較高。因此，盡管帶鎧裝層截面較大的直流電纜采用了乙丙橡膠絕緣及軟銅帶的措施，已經(jīng)相對(duì)比較柔軟，但與不帶鎧裝層的小截面直流上網(wǎng)電纜相比，在電纜敷設(shè)及連接的過(guò)程中，需要電纜的敷設(shè)空間較大。同時(shí)，如果將其與架空接觸網(wǎng)直接相連，難度較大，易形成連接硬點(diǎn)。

3.2 上網(wǎng)電纜分接裝置的提出

對(duì)于接觸網(wǎng)的直流上網(wǎng)電纜連接，為實(shí)現(xiàn)采用帶軟銅鎧裝層大截面直流電纜防護(hù)性好、節(jié)省電纜根數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)采用不帶鎧裝層小截面電纜柔軟、便于與架空接觸網(wǎng)直接連接的優(yōu)點(diǎn)，而且能避免各自的缺點(diǎn)，提出采用一種新型且型式簡(jiǎn)潔的接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜分接裝置。通過(guò)該裝置，可實(shí)現(xiàn)不同截面及規(guī)格類型電纜的轉(zhuǎn)換和分接功能。

上網(wǎng)電纜分接裝置的類型有一字形、U?形、L?形等各種形式（圖?3），具體采用何種方案，可根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)的具體情況確定。電纜連接的母排尺寸、開孔數(shù)量與距離可根據(jù)需分接的電纜數(shù)量及規(guī)格的不同進(jìn)行調(diào)整。

在城市軌道交通工程的地下區(qū)段，接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜連接點(diǎn)的位置一般設(shè)置在地下車站的擴(kuò)大端附近，因此，該電纜分接裝置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，安裝在隧道的頂部或側(cè)壁；對(duì)于地面區(qū)段，安裝在地面區(qū)段的接觸網(wǎng)支柱上，接近接觸網(wǎng)匯流排或承力索的位置，無(wú)需增加隧道凈空或接觸網(wǎng)支柱的高度以及其他特殊措施，即可有效地實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)上網(wǎng)直流電纜連接方案的優(yōu)化并提高工程的安全可靠性。

圖3 不同類型上網(wǎng)電纜分接裝置示意圖

3.3 上網(wǎng)電纜優(yōu)化連接的實(shí)施方案

通過(guò)電纜分接裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)一種更為方便、安全可靠的接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜或?qū)Ь€連接方式。該方式能適應(yīng)城市軌道交通工程地下區(qū)段、高架及地面區(qū)段等各種工程形式的接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜或?qū)Ь€的便捷連接?？梢栽谒淼理敳炕騻?cè)壁、混凝土支柱、鋼柱等結(jié)構(gòu)上安裝固定（圖?4、圖?5）。

在圖?4、圖?5?中：大截面上網(wǎng)電纜為截面?400??mm2的帶軟銅帶鎧裝層直流上網(wǎng)電纜；小截面上網(wǎng)電纜為截面150??mm2或?120??mm2的電纜或裸銅軟連接線。

圖4 地下區(qū)段上網(wǎng)電纜優(yōu)化連接方案示意圖

圖5 地面區(qū)段上網(wǎng)電纜優(yōu)化連接方案示意圖

該上網(wǎng)電纜連接的具體實(shí)施方案如下。

（1）對(duì)于每個(gè)接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)，使用?1?套電纜分接裝置，其安裝在距離架空接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)很接近、便于大截面直流上網(wǎng)電纜敷設(shè)固定且空間寬裕的地方，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)與接觸網(wǎng)上網(wǎng)點(diǎn)之間在很短的距離內(nèi)采用小截面直流電纜直接連接。

（2）從變電所或區(qū)間的上網(wǎng)隔離開關(guān)至上網(wǎng)電纜分接裝置之間的直流上網(wǎng)電纜，采用防護(hù)性好、帶軟銅帶鎧裝層、400??mm2截面較大的直流電纜。該電纜可直接敷設(shè)在電纜夾層、隧道壁或接觸網(wǎng)支柱上，通過(guò)絕緣性能良好的電纜連接端頭實(shí)現(xiàn)與上網(wǎng)電纜分接裝置的可靠連接。

（3）從電纜分接裝置至架空接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜連接點(diǎn)之間的直流上網(wǎng)電纜，采用不帶軟銅帶鎧裝層、柔軟的?150??mm2或?120??mm2小截面直流電纜，或者采用載流能力更強(qiáng)的等截面裸銅軟連接線直接與接觸網(wǎng)連接。

現(xiàn)場(chǎng)安裝實(shí)景圖見圖?6、圖?7。

4 優(yōu)化連接方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1 優(yōu)化連接方案的效果

相對(duì)于常規(guī)的接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜連接方案，該優(yōu)化連接方案具有以下一些優(yōu)化效果。

（1）實(shí)現(xiàn)了更為方便、安全可靠的接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜或?qū)Ь€連接。該方案將常規(guī)方案中從上網(wǎng)隔離開關(guān)出來(lái)后的小截面上網(wǎng)電纜（截面為?150??mm2或?120??mm2等），改為采用防護(hù)性好、截面較大的?400??mm2直流電纜，在上網(wǎng)距離一致的情況下，可減少1倍的電纜根數(shù)，并采用帶金屬軟銅帶鎧裝層的直流電纜，提高了工程的運(yùn)營(yíng)安全性，同時(shí)減少了直流上網(wǎng)電纜的運(yùn)營(yíng)維護(hù)巡檢工作量。

（2）可將上網(wǎng)電纜分接裝置安裝在距離接觸網(wǎng)很接近的地方，便于實(shí)現(xiàn)與接觸網(wǎng)之間在很短的距離采用150??mm2或?120??mm2小截面直流電纜形式，或者可直接采用載流能力更強(qiáng)的裸銅軟連接線進(jìn)行連接，更為安全可靠。

圖6 地下區(qū)段上網(wǎng)電纜優(yōu)化連接方案示意圖

圖7 地面區(qū)段上網(wǎng)電纜優(yōu)化連接方案示意圖

（3）常規(guī)方案中，在地下區(qū)段，上網(wǎng)電纜的外護(hù)套有可能會(huì)將接觸網(wǎng)匯流排與隧道壁連接；在地面區(qū)段，上網(wǎng)電纜的外護(hù)套會(huì)將接觸網(wǎng)腕臂絕緣子或懸掛絕緣子兩側(cè)的帶電區(qū)域與非帶電區(qū)連接；在隧道漏水及戶外冰、雪、雨等嚴(yán)酷天氣條件下，可能會(huì)通過(guò)該電纜外護(hù)套出現(xiàn)爬電的隱患。采用該優(yōu)化方案后，可避免直流上網(wǎng)電纜與隧道壁或支柱等非帶電區(qū)域的接觸，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)帶電區(qū)域與非帶電區(qū)的完全隔離，徹底解決小截面上網(wǎng)電纜絕緣損壞后出現(xiàn)漏電甚至爆、燃的現(xiàn)象。

（4）在正線地面區(qū)段可考慮取消接觸網(wǎng)常規(guī)方案中的多根銅絞線輔助饋線架設(shè)，通過(guò)在地面電纜支架上敷設(shè)帶軟銅帶鎧裝層的大截面直流電纜作為輔助饋線，每間隔一定的距離實(shí)現(xiàn)與架空接觸網(wǎng)的連接，簡(jiǎn)化架空接觸網(wǎng)空中的載流形式，有效提高接觸網(wǎng)地上空間的美觀性，改善現(xiàn)場(chǎng)景觀（圖?8）。

圖8 接觸網(wǎng)取消架空輔助饋線的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)景圖

（5）采用優(yōu)化方案后，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，如果向接觸網(wǎng)供電的上網(wǎng)電纜回路出現(xiàn)故障，在故障無(wú)法短時(shí)間內(nèi)明確位置并隔離的情況下，可以在上網(wǎng)電纜分接裝置處方便快捷地將上網(wǎng)電纜與接觸網(wǎng)徹底分開或切除，快速實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)恢復(fù)帶電正常運(yùn)營(yíng)。

4.2 優(yōu)化連接方案的缺點(diǎn)分析

相對(duì)于常規(guī)的接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜連接實(shí)施方案，該優(yōu)化連接方案有一些缺點(diǎn)。

（1）大截面直流電纜的敷設(shè)難度。相對(duì)于小截面直流電纜更為柔軟的特性，大截面直流電纜的敷設(shè)難度相對(duì)較大，對(duì)于電纜敷設(shè)的空間和安裝固定的要求更高。不過(guò)，盡管大截面直流電纜的敷設(shè)難度相對(duì)增加，但其仍較柔軟，且一般敷設(shè)在地下車站端頭的擴(kuò)大端，相對(duì)于在隧道內(nèi)大量敷設(shè)的?35??kV?大截面交流電纜來(lái)說(shuō)，其敷設(shè)及施工難度仍然是很低的，無(wú)論是地下及地面空間，其敷設(shè)工藝及條件是成熟可靠的。

（2）安裝工程量的增加。在每個(gè)上網(wǎng)點(diǎn)增加了1?套電纜分接裝置的安裝工程量。不過(guò)，由于每條城市軌道交通線路，其牽引變電所的數(shù)量相對(duì)較少，對(duì)應(yīng)的上網(wǎng)點(diǎn)連接數(shù)量也不多，且電纜分接裝置在現(xiàn)場(chǎng)的安裝工藝簡(jiǎn)單、成熟可靠，相對(duì)于整個(gè)供電系統(tǒng)安裝工程而言，增加的安裝工程量基本可以忽略。

5 結(jié)論

相對(duì)于常規(guī)的接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜連接方案，該優(yōu)化方案無(wú)需增加隧道凈空或接觸網(wǎng)支柱的高度，也不需要采取其他的特殊措施，大幅提高了工程的安全可靠性，且便于施工安裝及運(yùn)營(yíng)維護(hù)。優(yōu)化方案能適應(yīng)城市軌道交通工程地下、高架及地面區(qū)段等各種工程形式的接觸網(wǎng)上網(wǎng)電纜或?qū)Ь€的便捷連接，其已經(jīng)在多個(gè)城市軌道交通工程中得到推廣和應(yīng)用，在運(yùn)營(yíng)中具有較大的安全效益。