牽引變電所接地引下線的選擇

于立民

0 引言

牽引變電所接地引下線是牽引變電設(shè)備與地網(wǎng)的連接導(dǎo)體，是變電設(shè)備安全可靠運(yùn)行的根本保障。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，地方電網(wǎng)的短路容量越來(lái)越大，同時(shí)越來(lái)越多的牽引變電所采用 220 kV甚至330 kV的較高電壓等級(jí)供電，牽引變電所一次側(cè)故障時(shí)經(jīng)接地引下線流入地網(wǎng)的短路電流愈來(lái)愈大。而在牽引變電所設(shè)計(jì)過(guò)程中，接地引下線的設(shè)計(jì)容易被忽視。沿襲以往設(shè)計(jì)選擇的接地引下線截面偏小造成工程驗(yàn)收時(shí)無(wú)法通過(guò)的情況也屢有發(fā)生。為此，特對(duì)接地引下線設(shè)計(jì)做以下淺析。

1 接地引下線設(shè)置一般規(guī)定

接地體宜采用銅或其他防腐性能較好的材質(zhì)，也可采用鋼材質(zhì)，但應(yīng)根據(jù)其腐蝕性質(zhì)采取相應(yīng)防腐措施。

鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范要求接地裝置的導(dǎo)體截面應(yīng)符合熱穩(wěn)定與均壓要求[1]。當(dāng)采用鋼材質(zhì)時(shí)，其接地體的規(guī)格不應(yīng)小于表1規(guī)定。

2 接地引下線的選擇

2.1 材質(zhì)選擇

國(guó)內(nèi)，普速電氣化鐵路牽引變電所通常采用110 kV電壓等級(jí)供電，負(fù)荷電流和短路電流一般較小，接地裝置主要采用普通碳鋼，局部易受腐蝕。

表1 接地裝置導(dǎo)體的最小尺寸表

近年來(lái)，高速鐵路及客運(yùn)專線普遍采用220 kV及以上電壓等級(jí)供電，負(fù)荷電流和短路電流較大，接地引下線和地網(wǎng)開(kāi)始采用銅接地裝置，銅材的性能比鋼材好，導(dǎo)電率高、熱容量大、耐腐蝕性強(qiáng)，但其成本相對(duì)較高。因此，實(shí)際工程中，因地制宜地進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，腐蝕性強(qiáng)的場(chǎng)所可考慮采用銅接地裝置。

2.2 接地引下線截面選擇

在電氣設(shè)備發(fā)生短路時(shí)，流經(jīng)牽引變電所接地引下線的短路電流高達(dá)幾千安甚至上萬(wàn)安。由于短路持續(xù)的時(shí)間較短，所產(chǎn)生的熱量來(lái)不及散入周?chē)橘|(zhì)中，這些熱量將使接地引下線的溫度急劇升高。DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》[2]6.2.7條規(guī)定：電氣設(shè)備接地線的截面，應(yīng)按照接地短路電流進(jìn)行熱穩(wěn)定校驗(yàn)。

根據(jù)熱穩(wěn)定條件，未考慮腐蝕時(shí)，接地引下線的最小截面應(yīng)符合式（1）要求：

式中，Sg為接地線的最小截面，mm2；Ig為流過(guò)接地線的短路電流穩(wěn)定值，A（根據(jù)系統(tǒng)5～10年發(fā)展規(guī)劃，按系統(tǒng)最大運(yùn)行方式確定）；te為短路的等效持續(xù)時(shí)間，s；c為接地線材料的熱穩(wěn)定系數(shù)，根據(jù)材料的種類、性能及最高允許溫度和短路前接地線的初始溫度確定。

在校驗(yàn)接地線的熱穩(wěn)定性能時(shí)，鋼、鋁、銅3種材料的熱穩(wěn)定系數(shù)c分別取70，120，210。

牽引變電所短路等效持續(xù)時(shí)間te為

式中，t0為斷路器開(kāi)斷時(shí)間，s；tr為第一級(jí)后備保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間，s。

接地線的初始溫度，一般取 40℃。在爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所，應(yīng)按專用規(guī)定執(zhí)行。

2.3 考慮腐蝕

當(dāng)采用鋼材質(zhì)接地引下線時(shí)，考慮到鋼材在土壤和空氣中會(huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，在熱穩(wěn)定校驗(yàn)結(jié)果所要求的接地線截面的基數(shù)上，應(yīng)增加腐蝕部分的截面或采取防腐蝕措施。對(duì)不同面積、不同形狀的鋼材，其腐蝕面積應(yīng)根據(jù)腐蝕深度進(jìn)行計(jì)算。腐蝕深度為年腐蝕深度（即腐蝕率）與計(jì)算腐蝕年限的乘積。扁鋼的腐蝕深度取其一側(cè)及對(duì)側(cè)的腐蝕深度之和，圓鋼的腐蝕深度即為其腐蝕直徑。對(duì)于無(wú)防腐蝕措施的腐蝕，可參考表2數(shù)值。

表2 無(wú)防腐蝕措施的接地裝置腐蝕深度表

對(duì)于敷設(shè)在屋內(nèi)或地面上的接地線，一般均應(yīng)采取防腐措施，如鍍鋅、鍍錫或刷防腐漆。這樣可不必按埋于地下條件考慮，只適當(dāng)留有裕量即可。

3 計(jì)算實(shí)例

邯濟(jì)線為客貨共線普速電氣化鐵路，采用帶回流線的直接供電方式，新建高唐牽引變電所、聊城北牽引變電所、冠縣牽引變電所、大名牽引變電所和肥鄉(xiāng)牽引變電所，各牽引變電所均采用V/v結(jié)線形式，額定電壓均為 110 kV，分別由地方譚莊變電站、蔣莊變電站、石村變電站、大寨變電站和館陶變電站提供電源，該地變電站供電母線短路容量分別為 2 102，2 695，1 859，1 170和 1 573 MV·A，各牽引變電所主要技術(shù)資料見(jiàn)表3。

表3 邯濟(jì)線鐵路牽引變電所主要技術(shù)資料一覽表

邯濟(jì)線處于內(nèi)陸地區(qū)，沿線污染比較輕，材質(zhì)選用鋼質(zhì)接地體，根據(jù)式（1），在不考慮腐蝕的情況下，取te= 1 s，計(jì)算各牽引變電所接地引下線截面見(jiàn)表4。

表4計(jì)算的接地引下線截面，適當(dāng)考慮了腐蝕的預(yù)留量，并采用熱鍍鋅防腐處理。由于在工程中充分認(rèn)識(shí)到牽引變電設(shè)備接地引下線的重要性，接地引下線的選擇順利通過(guò)了電力部門(mén)的驗(yàn)收。

表4 牽引變電所接地引下線計(jì)算最小截面表

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，接地引下線選擇的主要考慮因素為電源側(cè)電力系統(tǒng)短路容量和環(huán)境腐蝕程度，尤其是電源側(cè)電力系統(tǒng)短路容量，對(duì)接地引下線截面起決定性作用，即使2個(gè)完全相同的牽引變電所，接引地方變電站的系統(tǒng)短路容量不同，接地引下線截面可能相差很大。在實(shí)際運(yùn)行中還應(yīng)加強(qiáng)接地引下線的檢查和維護(hù)，確保牽引變電所安全運(yùn)行。

[1]TB 10009-2005 鐵路電力牽引供電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)鐵道部.

[2]DL/T 621-1997 交流電氣裝置的接地[S].中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部.

[3]山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?邯濟(jì)鐵路擴(kuò)能改造供電工程牽引站接入系統(tǒng)設(shè)計(jì).

[4]河北省電力建設(shè)調(diào)整試驗(yàn)所 邯濟(jì)電氣化鐵路河北段牽引變電所接入系統(tǒng)方案研究.