铁路牵引变电所接地装置典型问题及改造技术要点--中国期刊网

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铁路牵引变电所接地装置典型问题及改造技术要点

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：王欣

[导读] 摘要：牵引变电所接地网是保证电气化铁路工程安全运行的关键所在。针对牵引变电所接地装置在运营中经常遇到的典型问题进行了分析研究，提出了接地网改造施工中各工序的技术要点，保证改造施工质量及设备运行安全，为牵引变电所接地装置改造施工管理提供一定的参考。

        （中国铁路济南局集团有限公司青岛供电段山东青岛 266071）
        摘要：牵引变电所接地网是保证电气化铁路工程安全运行的关键所在。针对牵引变电所接地装置在运营中经常遇到的典型问题进行了分析研究，提出了接地网改造施工中各工序的技术要点，保证改造施工质量及设备运行安全，为牵引变电所接地装置改造施工管理提供一定的参考。
        关键词：铁路；牵引变电所；接地装置；问题；改造技术
        引言
        牵引变电所的接地网设计是保证变电所工作合理性的关键所在，需要从保护接地以及防护现状入手，保证人身安全。在接地设计过程中，为了避免出现设计不合理或者其他现象，电流通过接地体后，电流在接地电阻上的电压可能出现变化，接地电位不断提升，可能会使其受到电压的作用，甚至出现损坏。电流在接地网扩散后，地面上可能会存在梯度大或者其他现象，甚至出现人身伤亡。
        1牵引供电系统接地回流特点
        1.1接地网的材质
        牵引变电所接地网的材料要求具有较强的耐腐蚀性能、能满足长期通过大电流的需要。目前，牵引变电所接地网使用材料主要有镀锌钢材、铜包钢和铜接地网。镀锌钢材成本低、机械强度高，有利于施工，但是防腐性能相对较差；铜包钢是双金属复合材料，既有钢的高强度，又具有铜的导电性与耐腐蚀性；铜材导电性能好，具有很强的耐腐蚀力，铜接地网的寿命较长，但是机械强度低，尤其是垂直接地体施工时要先进行钻孔，再把接地体插入孔中进行回填土。铜材料工程造价比较高。当接地体截面相同时，铜材热稳定性较好。同等热稳定性能时，钢接地体所需的截面积为铜材的３倍。实际应用中，采用铜包钢绞线作为接地极时，耐腐蚀性相对较弱。早先的牵引变电所负荷小，接地网多采用钢材。近年来新建或改建的牵引变电所由于重载和高速的需要，一般采用铜接地极，对于接地电流不太大的变电所，也有采用铜包钢接地极的。
        1.2牵引电流回流方式
        牵引供电系统中，牵引电流从牵引变压器二次侧供到接触网上，电力机车从接触网上获取电流，然后通过钢轨和回流线（直供＋回流方式）流回到牵引变电所。理想状态下，牵引回流应全部经过钢轨－扼流变－吸上线－回流线的通路回到牵引变电所主变。但是钢轨与大地之间不是全部绝缘的，钢轨中的电流一部分会流到大地，通过牵引变电所的接地网吸收，接地网中吸收的电流和钢轨回流汇集到变电所的集中回流箱中，再引回到牵引变压器，形成一个完整的牵引电流闭合通路。
        2接地电阻值过大的危害
        接地装置的主要作用一是为了保证电气设备（设施）的正常运行，避免受到雷电引入造成电气设备损坏，二是保证人身安全，避免因电气设备绝缘损坏造成人体触电。牵引变电所接地装置工作状态不达标，接地电阻值过大，将会对设备和人体都有极大的隐患。
        2.1对牵引变电所电气设备的影响
        当接地装置阻值升高，电气设备在运行中发生接地故障，中性点电压偏移增大，会使健全相和中性点电压升高，当过电压超过绝缘承受能力，还会引起电气设备绝缘损坏，甚至烧毁。
        2.2受到雷击时的影响
        当接地装置的接地线老化、腐蚀时，接地电阻会增大，严重时，电气设备与接地网的接地引下线出现开路。当雷击引起供电设备发生短路时，短路电流经由设备的接地线到接地网流入大地。由于接地电阻的增加，会造成地电位异常升高，接地系统电位分布不均匀，开路时的影响更大，会造成雷击放电的短路电流没有流通路径，直接烧损设备。
        2.3对人体的影响
        变压器接地线接地电阻值过大，如同时伴有低压相线绝缘损坏而接地，这时变压器接地线中将有电流流过，接地相电压加在大地和接地电阻上，接地电阻值越大，接地电阻上的分压就越大。

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这时，如果有人误触变压器接地线或中性线以及变压器外壳，人体将和接地电阻形成并联，那么加在人体上的电压就会导致人身触电。
        3接地装置改造技术要点
        3.1接地装置材料选择
        电气化铁路牵引变电所的材料设计具有一定的耐腐蚀性能，考虑到持续作用以及电流要求，需要提前对寿命周期进行确定。通常来说，接地装置材料的应用通常以铜为主，有时使用钢，根据不同接线设计方案的要求，做好材料性能评估工作后，有助于进行施工。以焊接施工作为基础，为了避免受到限制，通常情况下如果无法达到材料的稳定性要求，需要提前对性能进行分析，防腐性能起到重要作用，通常情况下运行10年左右会出现锈蚀的现象。铜是比较好的导电材料，从应用上来看，铜接地线网寿命大约在25-30年左右，由于机械强度比较大，因此可以提前进行钻孔施工，将接地装置直接插入到孔中进行应用。如果表面铜层超过0.25mm，受力作用小，施工方便，在施工阶段需要结合具体情况选择材料。
        3.2改善牵引系统回流
        鉴于该牵引变电所接地网导线出现大面积腐蚀、断股，局部导线断裂的现象，提出了以下改进措施：一是在牵引变电所接地网引入主变集中回流箱附近适当增加垂直接地极的数量；二是避免从接地网同一位置引入集中回流箱，将引至集中回流箱的导线分别从不同节点的接地网上引接；三是为牵引变电所馈线上没有设置回流线的专用线增加回流线，以增加变电所轨回流数值，减小地回流数值，减轻接地网的负担。
        3.3接地网的布置
        根据牵引接地装置的设计要求，以水平接地处理作为基础，在内部敷设过程中需要做好接地网的布控工作，对导体间距进行调整。由于不同导体之间存在散流的现象，根据中心部分的设计指标要求，要做好强度对比工作，根据中心部分以及电位梯度进行调整。由于整个电网电位不均匀，分布和控制过程中要掌握面积大小，根据实际情况进行合理设计。此外以间距调整坐位基础，如果边缘间距小，则可以减少电位分布不均的现象，按照敷设流程进行。由于导体之间存在屏蔽作用，接地网内不需要增加垂直接地体，为了保证冲击电流扩散效果明显，需对变压器、避雷针等进行合理安装，通常情况下将其安装在接地网外缘处。
        3.4接地网的焊接
        接地网的焊接应由材料厂家专业技术人员施焊或现场指导下完成，接地体铜材料的焊接应选放热焊方式。在使用焊接模具前，应仔细检查其内面是否有焊渣或铜水凝固物，并及时清理，以免在焊模开合面处密合不好，形成缝隙，导致熔焊时铜水外流。焊接时应保证焊接件无污物，熔模、熔腔和型腔内无上次焊接时留下的焊渣或粉末；焊接件和熔模应干燥；熔接接头外观应无尖角、缺口、卷边等缺陷；熔接口无蜂窝状气孔；接头无裂痕；熔接接头与熔接件间牢固，无松动，无空隙、无裸露现象。熔接后的接头需平稳放置，但不得与土壤、水接触，以免突然遇冷，发生开裂，待接头完全冷却后才可移动，也可采用小锤敲击，验证其焊接强度。
        3.5加强日常管理
        针对这起牵引变电所接地网故障，从管理角度制定了如下措施：一是加强对轨、地回流运行数据的监控，发现地回流常大于轨回流或某回流无数值等异常现象时，应及时查明原因并处理；二是在大负荷时对设备接地线的焊接点、紧固点进行测温，观察有无放电烧伤痕迹；三是在牵引变电所集中回流箱内电气接点处贴测温片，每日监控轨、地回流母线和连接点的温度；四是预防性试验时对牵引变电所接地网的接地电阻进行测量。
        结语
        近些年来我国电气工程取得了突出的进步，在铁路变电所接地网敷设阶段，需要做好基础设计工作，对各个类型的接地设计流程进行了解，按照管控机制以及设备要求进行设计。此外对沿线金属体结构进行布控后，能保证接触网、建筑网等有效连接，实现合理化敷设。
        参考文献：
        [1]杨硕杰.客专铁路牵引变电所施工问题研究[J].中国高新技术企业，2013，07（12）：132-133.
        [2]徐剑.牵引变电所接地网设计技术的探讨[J].铁道工程学报，2011，12（12）：84-88.