綜合接地系統(tǒng)在牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

龍浩暢 中國通號(hào)（長沙）軌道交通控制技術(shù)有限公司

綜合接地系統(tǒng)在牽引供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

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從高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合牽引供電工程的實(shí)際情況對(duì)綜合接地系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行論述，整理歸納施工中容易出現(xiàn)的問題，以期對(duì)綜合接地的施工有一定的參考價(jià)值。

高速鐵路；牽引供電系統(tǒng)；綜合接地

鐵路綜合接地系統(tǒng)主要為了克服牽引供電系統(tǒng)大電流引起的一系列影響而設(shè)置的泄流均壓中和安全保護(hù)裝置系統(tǒng)。隨著高速鐵路的快速發(fā)展，綜合接地系統(tǒng)的理論原則及施工方式需要在實(shí)踐中不斷探索、驗(yàn)證。本文通過對(duì)現(xiàn)有的高速鐵路綜合接地系統(tǒng)的描述，特別是與高鐵牽引供電系統(tǒng)中的結(jié)合進(jìn)行論述，達(dá)到提高對(duì)高速鐵路綜合接地系統(tǒng)的認(rèn)知的目的，以期為綜合接地的施工提供一定的參考價(jià)值。

1 鐵路綜合接地系統(tǒng)概述

1.1 普速鐵路牽引供電系統(tǒng)回流方式的特點(diǎn)及接地方式

普速電氣化鐵路回流回路一般為變電所—饋電線—接觸線—受電弓—機(jī)車輪對(duì)—鋼軌—回流裝置等基本方式，其特點(diǎn)為：

（1）單相供電。鋼軌是保證機(jī)車正常取流（回流）的主要部件，只要電力機(jī)車正常使用，就必須保證鋼軌良好導(dǎo)流。

（2）機(jī)車采用滑動(dòng)式接觸取流，受電弓離線率較高。

（3）電力機(jī)車硅整流裝置，對(duì)牽引供電系統(tǒng)產(chǎn)生高次諧波，對(duì)鐵路沿線弱電設(shè)備的影響大。

（4）機(jī)車負(fù)荷不穩(wěn)定。

（5）自然環(huán)境引起的閃絡(luò)及設(shè)備故障接地較多，產(chǎn)生千安以上的大電流。

如此復(fù)雜的電流回路對(duì)周邊的其他設(shè)備，特別是通信、信號(hào)系統(tǒng)和人身安全產(chǎn)生了較大的威脅。為保證安全，普速電氣化鐵路采用各專業(yè)、各種設(shè)備單獨(dú)設(shè)置接地極的接地方式。

1.2 高速鐵路牽引供電系統(tǒng)回流的特點(diǎn)及綜合接地系統(tǒng)

高鐵信號(hào)、通信和信息系統(tǒng)設(shè)備集成化高，屬于精密電子儀器，對(duì)外界的干擾反應(yīng)更加敏感。

牽引電流增大，通過鋼軌引至牽引變電所的回流電流也隨之增大，對(duì)鐵路沿線的設(shè)備、設(shè)施產(chǎn)生影響，特別是對(duì)使用鋼軌進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)男盘?hào)設(shè)備產(chǎn)生了很大的影響。

高速鐵路均為全封閉線路，且橋隧眾多，導(dǎo)致鋼軌對(duì)地電阻較高，牽引負(fù)荷電流及故障短路電流對(duì)沿線相關(guān)設(shè)備和人身安全更易造成影響。

牽引變電所之間的距離較遠(yuǎn)，回流距離長，靜電堆積效應(yīng)更明顯。

為保證高速鐵路人身、設(shè)備、運(yùn)營安全，高鐵提出了綜合接地系統(tǒng)的概念，即將所有專業(yè)的接地連為整體。

1.3 綜合接地系統(tǒng)概述

綜合接地系統(tǒng)就是將高鐵沿線各子系統(tǒng)接地的裝置通過貫通地線連成一體的接地系統(tǒng)，兼有泄流和均壓作用的網(wǎng)狀接地裝置。

1.4 綜合接地系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

鐵路綜合接地充分利用鐵路沿線各類設(shè)備設(shè)施接地裝置，形成系統(tǒng)，可有效減低軌道電位，保證人身和設(shè)備安全。

對(duì)于場(chǎng)坪面積條件有限或石質(zhì)山區(qū)、戈壁及沙漠等高土壤電阻率地區(qū)，采用綜合接地優(yōu)勢(shì)明顯。

2 綜合接地系統(tǒng)使用的配件

綜合接地系統(tǒng)主要器材包括貫通地線、接地端子、接地連接導(dǎo)線、C形連接器、L形連接器、防水防腐自粘膠帶等組成。

（1）貫通地線。貫通地線使用帶有外絕緣的軟銅絞線，一般規(guī)格為35 mm2和70 mm2。

（2）接地端子。接地端子分為路基用接地端子及母排、橋隧用接地端子及母排、無砟軌道用接地端子等，主要用于預(yù)留接地位置。

（3）不銹鋼連接線。不銹鋼連接線采用不同長度的截面為200 mm2不銹鋼絞線壓接而成，并帶配套的不銹鋼螺栓，用于設(shè)備與接地端子的連接。

（4）C型連接器主要用于兩根貫通地線的平行連接，L型連接器主要用于兩根導(dǎo)體的垂直連接。

（5）防水防腐自粘膠帶主要用于對(duì)裸露的導(dǎo)體進(jìn)行覆防水、絕緣、防腐保護(hù) 。

3 高鐵牽引供電專業(yè)綜合接地系統(tǒng)實(shí)施方案

3.1 高鐵牽引供電專業(yè)綜合接地主要構(gòu)成

牽引供電專業(yè)綜合接地系統(tǒng)包括以下主要部分：鋼軌、保護(hù)線、接地線、吸上線、回流電纜及接地極等部分構(gòu)成。

3.2 牽引變電專業(yè)的接地系統(tǒng)

變電所的地網(wǎng)，主要是保證短路接地時(shí)，接地點(diǎn)的跨步電壓達(dá)到安全值以下，確保人身安全。牽引變電所的接地電阻值一般為0.1 Ω以下，分區(qū)所、AT所一般為0.4 Ω以下。根據(jù)不同的地質(zhì)情況，除一般的接地網(wǎng)外，特殊地區(qū)采用接地模塊、離子接地極等方式，確保接地電阻值達(dá)以下要求。

集中接地箱，作為所亭內(nèi)接地的集中回歸點(diǎn)，應(yīng)確保工作狀態(tài)良好，內(nèi)部的加熱除濕裝置、電流互感器等完整，集中接地箱體的本身接地良好。牽引變壓器的中性線，自用變壓器的中性線、接地網(wǎng)的引回線、鋼軌回流的N線、綜合接地線的引出線等，需按要求，連接在相應(yīng)的位置上，不得接錯(cuò)。

各類地線與集中接地箱連接時(shí)，應(yīng)使用接線鼻子進(jìn)行，保證壓接力達(dá)標(biāo)，銅質(zhì)線鼻子，必需掛錫，并保證連接螺栓的緊固力矩符合要求，確保接觸良好，取流正常。

所有的盤柜外殼、操作機(jī)構(gòu)的外殼、變壓器外殼、鐵芯、電纜金屬鎧裝、金屬電纜支架、設(shè)備底座、鋼制支柱等必須接地，對(duì)設(shè)備安裝用的支柱采用雙接地。接地線采用絕緣護(hù)套的軟銅絞線，采用栓接方式，壓接線鼻子的外露部分，必須進(jìn)行防腐絕緣處理，截面積不小于15mm2。

牽引變壓器的中性線與最近的空扼流線圈連接；牽引變壓器鐵芯，所用變，綜合接地線分上下行，與最靠近的接地端子連結(jié)，如沒有相應(yīng)的接地端子，則采用L型連接器，與貫通地線進(jìn)行“T”接。避雷器、變電所的壓互就近與接地網(wǎng)連結(jié)。流互地線回集中接地箱相對(duì)應(yīng)的位置。為保證人身安全，所有的裸銅絞線外露部分必須進(jìn)行絕緣防腐處理，并使用PVC等絕緣護(hù)套管進(jìn)行防護(hù)。

接地網(wǎng)的敷設(shè)，必須按照設(shè)計(jì)要求位置、間距、埋深等參數(shù)進(jìn)行，特別是環(huán)繞變電所圍墻外圍的那一圈環(huán)網(wǎng)，非常重要，施工中，要保證距離圍墻的間距，與圍墻內(nèi)部接地網(wǎng)縱橫向的焊接質(zhì)量，注意盡量保證呈環(huán)狀，使其具有良好的均壓作用。

由于接地網(wǎng)需要做成網(wǎng)狀，并且縱橫交叉處，一般都需要進(jìn)行焊接，以保證最好的接地效果。接地線一般采用軟銅絞線，而與設(shè)備、構(gòu)建等連接時(shí)，基本都是采用扁鋼。焊接一般采用熱熔焊。

變電所的房屋本體及安裝的避雷帶，防災(zāi)信息房間的法拉第籠，通信房間的接地，均不少于兩處與變電所的接地網(wǎng)進(jìn)行連接。

為保證變電所自用變的運(yùn)行安全，為所內(nèi)提供穩(wěn)定的電壓，要求自用變的中性線、變壓器的外殼互聯(lián)，并同時(shí)接地。在配電盤內(nèi)部等多處使零線接地，確保零點(diǎn)不漂移。

N線與扼流變壓器相連接，并將回流線引入牽引變電所、回流電纜（線）的截面積應(yīng)滿足另一回電纜（線）故障情況下最大載流量需要。

3.3 接觸網(wǎng)專業(yè)的接地系統(tǒng)

CPW線作為接觸網(wǎng)綜合接地系統(tǒng)的主要設(shè)備，是每隔一段距離，將接觸網(wǎng)的保護(hù)線與鋼軌連接，將大部分軌回流通過保護(hù)線回流，有效的減低了鋼軌電位。

CPW線一般連接在空扼流的中性點(diǎn)上，空扼流與鋼軌通過鋼軌連接線相連，由信號(hào)專業(yè)實(shí)施。

空扼流的位置由信號(hào)專業(yè)提供，盡量靠近牽引變電所、分區(qū)所及AT所附近設(shè)置，所亭之間CPW線平均按3 km左右一處布置。

接觸網(wǎng)設(shè)備，主要是隔離開關(guān)和避雷器，避雷器的工作接地必須接在PW線上，而保護(hù)接地接在綜合接地端子。隔離開關(guān)實(shí)行雙保護(hù)接地，一根接PW線，一根接綜合接地端子。部分線路設(shè)備接地仍需單獨(dú)設(shè)置接地極。隔離開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)外殼，必須和變電所一樣，與地有效連接，防止感應(yīng)電造成人身傷害。

對(duì)于后置的槽道的接地問題：由于種種原因，隧道中需要后置部分槽道，對(duì)此，需要使用70 mm2以上鋁絞線，從后置的槽道連接到最近的既有槽道，對(duì)大范圍空缺預(yù)制槽道的處所，需要將后置槽道連通，每500 m，從拱頂沿側(cè)面引至綜合接地端子上。對(duì)后置的附加線槽道以及中心錨結(jié)、下錨槽道均如此處理。確保接觸網(wǎng)相關(guān)構(gòu)件接地良好。

隧道拱頂固定CPW線，應(yīng)使用化學(xué)錨栓或機(jī)械錨栓，通過地線卡子固定，錨栓間距在頂面一般為1 000 mm，側(cè)面為2 500 mm。使用和導(dǎo)線外徑規(guī)格匹配的地線卡子，確保安裝牢固。

高壓電纜原則上不允許兩端接地，防止回流通過電纜屏蔽層造成發(fā)熱，對(duì)電纜造成損傷，長度大于500 m的高壓電纜中間必須接地時(shí)，需通過護(hù)層保護(hù)器進(jìn)行。

3.4 存在的問題及處置建議

（1）綜合接地系統(tǒng)。各專業(yè)各自施工，綜合貫通地線由信號(hào)專業(yè)施工，接觸網(wǎng)、變電專業(yè)的設(shè)計(jì)中無具體的施工詳圖，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

（2）接觸網(wǎng)設(shè)備雙接地。由于不允許接在同一端子上，而兩個(gè)段子距離太大，浪費(fèi)材料，由于短路電流不能及時(shí)進(jìn)入貫通地線，短路電流的存在會(huì)對(duì)通信信號(hào)等弱電設(shè)備造成一定的影響，在設(shè)計(jì)中，需要接地端子的明確位置后，由站前單位在施工中就近預(yù)埋。

（3）橋梁上后置接觸網(wǎng)基礎(chǔ)的接地問題。由于原來的接觸網(wǎng)基礎(chǔ)鋼筋與縱向或橫向接地鋼筋進(jìn)行連接，后置的基礎(chǔ)螺桿需要與貫通地線的接線端子進(jìn)行連接。雖然由于非絕緣的PW線的存在，支柱不會(huì)存在危險(xiǎn)電壓，但為了保證綜合接地系統(tǒng)的完整性，需要連接。

責(zé)任編輯：許耀元

來稿日期：2016-08-19