接触网上网电缆优化连接方案及其工程应用

摘 要：城市轨道交通工程的接触网上网电缆连接方案，国内项目多采用电缆直接与接触网连接的供电模式，不仅电缆连接的数量多，在实际的长期运营过程中极容易受到损坏，且不易提前发现。从提高运行安全可靠性的角度，提出优化方案，通过在与接触网上网连接点的合适位置设置上网电缆分接装置，实现不同电缆规格种类和数量的转换，并对其安全性及优化效果进行分析。

关键词：城市轨道交通；接触网；上网隔离开关；上网直流电缆；上网电缆分接装置；运行安全

中图分类号：U225.4

1 城轨交通接触网上网电缆连接现状

目前，国内很多城市轨道交通中的地铁、轻轨或有轨电车工程，其牵引供电系统采用了 DC1500V 或DC750V

架空接触网授流、走行轨回流的牵引网供电方式。

针对架空接触网，主要分为刚性悬挂接触网及柔性悬挂接触网 2 种。刚性悬挂接触网主要采用汇流排及接触导线的组合形式；柔性悬挂接触网主要采用承力索及接触导线的组合形式。无论何种形式的接触网，目前从牵引变电所向接触网供电，基本均通过上网隔离开关。考虑工程现场的实际情况及连接的方便性，采用150 mm2 或 120 mm2 直流小截面电缆形式直接与接触网连接，实现向列车的牵引供电。

由于该类型电缆截面较小、根数多，且直接跨越了接触网供电的带电与非带电区，从安全的角度，同时也为便于与接触网的汇流排或承力索连接，其均未考虑再设置金属铠装（或屏蔽）层，仅设置 1 层较为柔软的绝缘层及外护套等。

在实际的工程实施中，由于牵引电流大，该类型电缆的截面较小，导致其数量较多，每回路的直流上网电缆一般需配置 6～12 根 150 mm2 或 120 mm2 以上的电缆（图 1）。

2 上网电缆连接需要的改进

目前的城市轨道交通工程中，接触网上网连接电缆基本均通过上网隔离开关，直接采用 150 mm2 或120 mm2直流小截面电缆形式与接触网连接。该上网隔离开关的安装位置根据运营管理维护需求的不同，目前有 2 种情况：①设置在隧道区间内或地面设备杆塔上，距离架空接触网上网连接点的距离较近，一般在 20 m 以内，某些特殊情况下距离较远；②采用上网组合开关柜的形式，将上网隔离开关及越区联络开关组合后，设置在变电所内，距离架空接触网上网连接点一般距离较近的一端在 50 m 左右，距离较远的一端在200 m 左右。

无论上网隔离开关设置在何种位置，只是电缆长度的差别，电缆敷设距离较长时出现电缆故障的概率稍大，但故障隐患及最终的后果都是一样的。由于现场电缆敷设条件较差，在实施工程中需将该直流上网电缆通过电缆埋管、电缆支架、隧道墙壁或接触网立柱等设施进行敷设，该 150 mm2 或 120 mm2 直流小截面电缆外护套或绝缘层很容易被损坏；由于其表面相对柔软，大部分工程采用的是没有带金属软铠的直流电缆，在长期的运营过程中也很容易被老鼠等啮齿类动物破坏，使得其带电导体与电缆支架、隧道墙壁或接触网立柱（或设备杆塔）等设施间出现绝缘损坏，导致电流泄漏，且在建设及运营过程中极不易发现，直到最终发展成为较为严重的电缆打火或燃烧的情况，给大部分位于城市地下空间的城市轨道交通工程长期安全可靠运营带来比较大的安全隐患，已经不能满足我国各地城市轨道交通工程长期安全可靠运营的要求。

据统计，全国各地出现的较大火灾事故，很大一部分是由于长期运营过程中电缆的绝缘出现损坏，最终导致火灾事故的发生，给人民群众的人身及财产安全带来严重损害。对于需要长期安全可靠运营的地铁系统，由于其空间相对封闭，这种情况更需要尽量避免。据了解，各地已经运营的地铁系统已陆续出现多起 150 mm2直流小截面上网电缆绝缘层损坏后无法及时发现而导致电缆爆、燃的现象。

地铁工程为百年大计，安全第一。供电系统作为地铁运营的动力之源，其安全可靠性将直接影响整个地铁运营的安全。作为安全可靠性极为重要的直流牵引变电所与接触网直接连接供电的直流上网电缆，如何实现电缆自身防护的安全可靠，却是大家一直忽视的事情。

这也是地铁牵引供电系统“最后一公里”的问题。特别针对目前部分接触网上网电缆敷设距离较长，且没有其他防护措施的实际情况，从保证运营安全可靠、便于施工安装及运营维护的角度，提出接触网上网电缆连接的优化调整方案。

3 上网电缆优化连接方案

3.1 带金属软铠装层大截面直流电缆的优缺点

采用防护性好、带金属软铠装层截面较大的400 mm2 直流电缆，与不带铠装层的小截面上网电缆（类似 150 mm2 或 120 mm2 等）相比，在上网距离一致的情况下，可减少 1 倍的电缆根数；同时由于其截面较大，采用带金属软铠装层的直流电缆能防止在复杂环境下电缆敷设过程中的施工损坏，以及在长期运营过程中老鼠等啮齿类动物破坏电缆的绝缘层。在直流电缆的防水层外重叠绕包 1 层软铜带作为金属铠装层进行防护，即使直流电缆的外护套被损坏，也可以防止电缆内部的绝缘层及防水层受到损坏；同时如果电缆內部的绝缘层出现了损坏，在无法达到保护动作值之前，也可以在运营过程中的定期电缆绝缘检测中及早发现故障，一定程度上可以避免最终发展成为较为严重的电缆打火或燃烧的情况。带金属软铜带铠装层直流电缆截面示意图见图 2。

直流上网电缆最终需要与架空接触网相连，在地下隧道空间或地面杆塔上敷设电缆，实际的敷设条件较差，对电缆需要满足的弯曲半径要求较高。因此，尽管带铠装层截面较大的直流电缆采用了乙丙橡胶绝缘及软铜带的措施，已经相对比较柔软，但与不带铠装层的小截面直流上网电缆相比，在电缆敷设及连接的过程中，需要电缆的敷设空间较大。同时，如果将其与架空接触网直接相连，难度较大，易形成连接硬点。

3.2 上网电缆分接装置的提出

对于接触网的直流上网电缆连接，为实现采用带软铜铠装层大截面直流电缆防护性好、节省电缆根数的优点，同时实现采用不带铠装层小截面电缆柔软、便于与架空接触网直接连接的优点，而且能避免各自的缺点，提出采用一种新型且型式简洁的接触网上网电缆分接装置。通过该装置，可实现不同截面及规格类型电缆的转换和分接功能。

上网电缆分接装置的类型有一字形、U 形、L 形等各种形式（图 3），具体采用何种方案，可根据工程现场的具体情况确定。电缆连接的母排尺寸、开孔数量与距离可根据需分接的电缆数量及规格的不同进行调整。

在城市轨道交通工程的地下区段，接触网上网电缆连接点的位置一般设置在地下车站的扩大端附近，因此，该电缆分接装置可根据现场情况，安装在隧道的顶部或侧壁；对于地面区段，安装在地面区段的接触网支柱上，接近接触网汇流排或承力索的位置，无需增加隧道净空或接触网支柱的高度以及其他特殊措施，即可有效地实现接触网上网直流电缆连接方案的优化并提高工程的安全可靠性。

3.3 上网电缆优化连接的实施方案

通过电缆分接装置来实现一种更为方便、安全可靠的接触网上网电缆或导线连接方式。该方式能适应城市轨道交通工程地下区段、高架及地面区段等各种工程形式的接触网上网电缆或导线的便捷连接。可以在隧道顶部或侧壁、混凝土支柱、钢柱等结构上安装固定（图 4、图 5）。

在图 4、图 5 中：大截面上网电缆为截面 400 mm2 的带软铜带铠装层直流上网电缆；小截面上网电缆为截面150 mm2 或 120 mm2 的电缆或裸铜软连接线。

该上網电缆连接的具体实施方案如下。

（1）对于每个接触网上网点，使用 1 套电缆分接装置，其安装在距离架空接触网上网点很接近、便于大截面直流上网电缆敷设固定且空间宽裕的地方，同时便于实现与接触网上网点之间在很短的距离内采用小截面直流电缆直接连接。

（2）从变电所或区间的上网隔离开关至上网电缆分接装置之间的直流上网电缆，采用防护性好、带软铜带铠装层、400 mm2 截面较大的直流电缆。该电缆可直接敷设在电缆夹层、隧道壁或接触网支柱上，通过绝缘性能良好的电缆连接端头实现与上网电缆分接装置的可靠连接。

（3）从电缆分接装置至架空接触网上网电缆连接点之间的直流上网电缆，采用不带软铜带铠装层、柔软的 150 mm2 或 120 mm2 小截面直流电缆，或者采用载流能力更强的等截面裸铜软连接线直接与接触网连接。

现场安装实景图见图 6、图 7。

4 优化连接方案的优缺点分析

4.1 优化连接方案的效果

相对于常规的接触网上网电缆连接方案，该优化连接方案具有以下一些优化效果。

（1）实现了更为方便、安全可靠的接触网上网电缆或导线连接。该方案将常规方案中从上网隔离开关出来后的小截面上网电缆（截面为 150 mm2 或 120 mm2等），改为采用防护性好、截面较大的 400 mm2 直流电缆，在上网距离一致的情况下，可减少1倍的电缆根数，并采用带金属软铜带铠装层的直流电缆，提高了工程的运营安全性，同时减少了直流上网电缆的运营维护巡检工作量。

（2）可将上网电缆分接装置安装在距离接触网很接近的地方，便于实现与接触网之间在很短的距离采用150 mm2 或 120 mm2 小截面直流电缆形式，或者可直接采用载流能力更强的裸铜软连接线进行连接，更为安全可靠。

（3）常规方案中，在地下区段，上网电缆的外护套有可能会将接触网汇流排与隧道壁连接；在地面区段，上网电缆的外护套会将接触网腕臂绝缘子或悬挂绝缘子两侧的带电区域与非带电区连接；在隧道漏水及户外冰、雪、雨等严酷天气条件下，可能会通过该电缆外护套出现爬电的隐患。采用该优化方案后，可避免直流上网电缆与隧道壁或支柱等非带电区域的接触，实现接触网带电区域与非带电区的完全隔离，彻底解决小截面上网电缆绝缘损坏后出现漏电甚至爆、燃的现象。

（4）在正线地面区段可考虑取消接触网常规方案中的多根铜绞线辅助馈线架设，通过在地面电缆支架上敷设带软铜带铠装层的大截面直流电缆作为辅助馈线，每间隔一定的距离实现与架空接触网的连接，简化架空接触网空中的载流形式，有效提高接触网地上空间的美观性，改善现场景观（图 8）。

（5）采用优化方案后，在运营过程中，如果向接触网供电的上网电缆回路出现故障，在故障无法短时间内明确位置并隔离的情况下，可以在上网电缆分接装置处方便快捷地将上网电缆与接触网彻底分开或切除，快速实现接触网恢复带电正常运营。

4.2 优化连接方案的缺点分析

相对于常规的接触网上网电缆连接实施方案，该优化连接方案有一些缺点。

（1）大截面直流电缆的敷设难度。相对于小截面直流电缆更为柔软的特性，大截面直流电缆的敷设难度相对较大，对于电缆敷设的空间和安装固定的要求更高。不过，尽管大截面直流电缆的敷设难度相对增加，但其仍较柔软，且一般敷设在地下车站端头的扩大端，相对于在隧道内大量敷设的 35 kV 大截面交流电缆来说，其敷设及施工难度仍然是很低的，无论是地下及地面空间，其敷设工艺及条件是成熟可靠的。

（2）安装工程量的增加。在每个上网点增加了1 套电缆分接装置的安装工程量。不过，由于每条城市轨道交通线路，其牵引变电所的数量相对较少，对应的上网点连接数量也不多，且电缆分接装置在现场的安装工艺简单、成熟可靠，相对于整个供电系统安装工程而言，增加的安装工程量基本可以忽略。

5 结论

相对于常规的接触网上网电缆连接方案，该优化方案无需增加隧道净空或接触网支柱的高度，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，且便于施工安装及运营维护。优化方案能适应城市轨道交通工程地下、高架及地面区段等各种工程形式的接触网上网电缆或导线的便捷连接，其已经在多个城市轨道交通工程中得到推广和应用，在运营中具有较大的安全效益。

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收稿日期 2018-07-21

责任编辑 冒一平

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