第六节 同轴电力电缆供电方式

第六节 同轴电力电缆供电方式
一、同轴电力电缆供电方式的结构原理
用作交流电气化铁道牵引供电回路的同轴电力电缆(以下可简称电缆)，是一种特制的聚乙烯绝缘的电力电缆，其结构如图2-6-1所示。

电缆的内导体和外导体之间的内绝缘层，采用交织缠绕的聚乙烯绝缘，其绝缘强度可保持在交流
30kV 采用聚乙烯绝缘，其绝缘强度可保持在
6kV
以上。

由
于电缆的内导体和外导体轴心相同，两者之间的距离
很近，仅
13mm
左右，故内导体电流产生的磁场几乎全部键连外导体，漏磁场即
13mm
左右，外导体电流
产生的磁场则完全键连内导体。

可以认为，电缆内导
体和外导体处于全耦合状态，耦合系数接近
1。

也就
是说，电缆内导体和外导体之间的互感近似地等于各自的电感。

亦即电缆内导体和外导体之间的互感系数
很大，达到最大值。

这是—个重要特性。

以上；外导体和屏蔽层(铠装)之间也图2—6—1 聚乙烯同轴电力电缆结构
(Coaxial cable)供电方式，简称CC 供电方式。

它是将同轴电力电缆沿电气网不(电)分段方式
2-6-2所示图中电缆外导体间是连通的，下同)。

牵引变电所经由电缆内导体和接触网1一内导体；2-内绝缘层；3-外导体； 4—外绝缘层；5—屏蔽层；
6-乙烯外皮
同轴电力电缆化铁路装设，电缆的内导体与接触悬挂相连，用作正馈线，外导体与轨道相连，用作负馈线，每隔一定距离分成一个供电分区。

同轴电力电缆的接入方式有接触网不(电)分段和接触网(电)分段两种。

1．接触如图(向电力机车并联供电，流经接触网和电缆内导体的电流大小，与各自的阻抗成反比。

由于电缆系统单位阻抗只有接触网系统单位阻抗的10％以下，故流经电缆内导体的电流占电力机车工作电流的90％以上。

又由于电缆内导体和外导体之间互感系数大，故吸流效率很高，电缆外导体中由于互感作用而吸入的回归电流近似地等于内导体中的正馈电流。

这就提高了牵引供电回路去线与回线的对称性，从而大大降低了对邻近通信线路的电磁感应干扰影响。

这种接入方式，对邻近通信线路的影响，为电缆内外导体电流差的影响和接触网中电流的影响之和。

与接触网(电)分段方式相比，对邻近通信线路的电磁感应影响稍大，防护效果稍低。

2．接触网(电)分段方式
如图2-6-3所示，就是将同轴电力电缆供电方式每一供电分区的接触网采取电分段措施。

因此，从牵引变电所到电力机车之间的大部分区段，接触网中都没有电流，牵引变电所
正馈电流和电力机车回归电流绝大部分对应在电缆的内导体和外导体中流通。

这种接入方式，对邻近通信线路的影响主要决定于电缆内导体和外导体中的电流差。

由于电缆内外导体之间互感系数大，吸流效率高，故电缆内外导体的电流差小，即通过轨道、大地返回牵引变电所的电流小，从而与接触网不(电)分段方式相比，对邻近通信线路的电磁感应影响更小，防护效果更好。

二、影响同轴电力电缆供电方式的防护效果的主要因素
同轴电力电缆供电方式对邻近通信线路的电磁感应影响，可以用和吸流变压器——回流线供电方式类似的方法来分析，其防护效果仍可用屏蔽系数来衡量。

影响防护效果(或屏蔽系数)的主要因素，除电缆本身结构外，还与下列因素有关。

1．同轴电力电缆接入方式
如前所述，同轴电力电缆的接入方式有接触网不(电)分段和接触网(电)分段两种。

前者对邻近通信线路的电磁感应影响稍大，防护效果稍低。

后者对邻近通信线路的电磁感应影响更小，防护效果更好。

2．运行中的电力机车位置
运行中的电力机车位置不同，对邻近通信线路的电磁感应影响也不一样。

当电力机车运行于图2-6-3中的C点时，机车电流由轨道立即经由连接线进入电缆外导体流回牵引变电所，轨道中基本没有电流。

这时具有最佳的防护效果，对邻近通信线路的电磁感应影响完全是由电缆内外导体中的电流差所引起，故称“长回路感应影响”，整个同轴电力电缆供电系统的
屏蔽系数等于长回路屏蔽系数。

当电力机车运行于图2-6-3中的A点时，在AC段，接触网中电流大，而电缆外导体和轨道中电流小，对邻近通信线路的电磁感应电压和“长回路”感应电压的相位相同，称为“正半段效应”影响。

这时对邻近通信线路的电磁感应电压为“长回路”感应电压与“正半段效应”感应电压之和。

同吸流变压器——回流线供电方式一样，同轴电力电缆供电方式的“半段效应”影响也可因电力机车在供电分区的不同位置(即接触网电分段的不同侧)而有正、负“半段效应”影响之分。

3．供电分区长度
以接触网(电)分段方式为例。

对邻近通信线路可能产生的最大影响按最严重情况(即电力机车运行于图2-6-3中的A点)考虑，这时对邻近通信线路的电磁感应电压为“长回路”感应电压与“正半段效应”感应电压之和。

可见，如果供电分区长度越长，“正半段效应”感应电压越大，则对邻近通信线路的电磁感应影响就大。

因此，供电分区长度是影响防护效果的主要因素。

三、同轴电力电缆供电方式性能测试数据
上述分析表明，采用合适的电缆结构、接入方式和供电分区长度，同轴电力电缆供电方式可以获得比较理想的防护效果。

日本曾经在长约2km的区段进行了同轴电力电缆供电方式各种性能的测试，测试结果见表2-6-1。

该表中，线路(供电回路)电压降、对邻近通信线的感应电压以及轨道电位，都以吸流变压器一回流线供电方式的对应性能测试数据为基准(即为单位“1”)。

由表2-6-1可知，同轴电力电缆供电方式无论是对接近长度为一个供电分区和半个供电分区的架空通信明线，还是埋设位置靠近轨道的接近长度为一个供电分区的地下通信电缆，都具有良好的防护效果。

由于同轴电力电缆内外导体的线路阻抗很小，故电压降也很小。

由表2-6-1可知，自耦变压器供电方式的线路电压降约为吸流变压器一回流线供电方式的1/4，而同轴电力电缆供电方式的线路电压降约为吸流变压器一回流线供电方式的1/10。

这表明，当供电区段延伸到远距离时，同轴电力电缆供电方式将更加显示其优越性。

同轴电力电缆供电方式性能测试数据表2-6-1
线路电压降 1 0.25 0.10
对净空要求有一定
要求有较高
要求
无要求
注：BT为吸流变压器一回流线供电方式；AT为自耦变压器供电方式；CC为同轴电力电缆供电方式。

四、同轴电力电缆供电方式的工程应用
1．适用场合
同轴电力电缆供电方式不需要另设像AT供电方式的正馈线或BT供电方式的回流线那样的架空电线，对净空要求低，接触网结构简单，对邻近通信线路防护效果好，是一种优良的供电方式和防护措施。

但由于其造价昂贵，所以限制了它的广泛使用。

当电气化铁路穿越大城市或长大隧道时，经过技术和经济比较，可采用同轴电力电缆供电方式。

2．接入方式的选择
如前所述，同轴电力电缆的接入方式有接触网不(电)分段和接触网(电)分段两种。

在工程设计中究竟采用哪种接入方式，应根据邻近通信线路受影响的程度及电气化铁路客货运量的大小等因素中的主要因素来确定。

例如，若用在运输繁忙的干线电气化铁路区段的长大隧道中，由于长大隧道的屏蔽作用，对邻近通信线路的影响不很严重时，可采用接触网不(电)分段方式；若用于穿越通信线路密集的大城市的电气化铁路区段，对邻近通信线路的影响是主要矛盾，这时宜采用接触网(电)分段方式。

3．供电分区长度的考虑
由前面的分析可知，同轴电力电缆供电方式的供电分区长度，对其防护效果影响较大。

若供电分区长，“半段效应”影响就大，对邻近通信线路的防护效果就差。

但由于电缆的接续工艺要求高，若供电分区过短，也会带来不利影响，尤其当采用接触网(电)分段方式时，会恶化行车条件。

因此，应根据对邻近通信线路的防护要求和电气化铁路区段自身的行车要求等因素，合理设计供电分区长度。