接觸網(wǎng)V型天窗作業(yè)感應(yīng)電壓的分析與預(yù)防

胡亮

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.068

摘 要：大準(zhǔn)鐵路公司于2017年2月9日起將在事故救援、設(shè)備搶修、重點(diǎn)施工等情況下開(kāi)通V型天窗。本文通過(guò)計(jì)算大準(zhǔn)線缸房夭站至九蘇木站進(jìn)行V型天窗作業(yè)的感應(yīng)電壓，為公司實(shí)行V型天窗作業(yè)提供理論依據(jù)，保障V型天窗接觸網(wǎng)作業(yè)人員和設(shè)備安全絕對(duì)安全。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng) V型天窗 感應(yīng)電壓 分析計(jì)算 預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：U228.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）10（c）-0068-02

為了加強(qiáng)大準(zhǔn)鐵路公司天窗管理工作，提高設(shè)備利用率，減少因設(shè)備故障、事故救援、施工維修等作業(yè)對(duì)運(yùn)輸組織的影響，依據(jù)《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》（TG/01-2014）、《神華鐵路運(yùn)輸管理規(guī)程（試行）》《神華集團(tuán)公司鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全管理辦法（試行）》（神華（運(yùn)）2014第4號(hào)）、《接觸網(wǎng)安全工作規(guī)程》和《接觸網(wǎng)運(yùn)行檢修規(guī)程》（鐵運(yùn)[2007]69號(hào)）、《大準(zhǔn)鐵路公司V形天窗管理辦法（試行）》（準(zhǔn)能鐵運(yùn)字〔2017〕8號(hào)），結(jié)合筆者所在段設(shè)備實(shí)際，供電段制定了《大準(zhǔn)鐵路供電段接觸網(wǎng)V型天窗作業(yè)實(shí)施細(xì)則》（試行）。本文根據(jù)該實(shí)施細(xì)則相關(guān)要求，選取大準(zhǔn)線缸房夭至九蘇木區(qū)間，計(jì)算V型天窗的感應(yīng)電壓，為該實(shí)施細(xì)則提供一些理論依據(jù)。

1 靜電感應(yīng)電壓

靜電感應(yīng)電壓是指停電設(shè)備處于帶電設(shè)備產(chǎn)生的電場(chǎng)中，由于靜電耦合作用，在停電設(shè)備上產(chǎn)生的對(duì)地電位。接觸網(wǎng)電壓高達(dá)27.5kV，是一種長(zhǎng)距離架設(shè)在鐵軌上方的線路，要求各種技術(shù)參數(shù)滿足列車(chē)安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要。當(dāng)電氣化開(kāi)通正式通電后就會(huì)在周?chē)臻g產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)，采用V型天窗作業(yè)時(shí)，停電線路接觸網(wǎng)處于交變磁場(chǎng)之中，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓的大小與多種因素有關(guān)，例如天氣狀況、濕度、兩線路平行長(zhǎng)度、帶電線路的電流（該饋線正常運(yùn)行的機(jī)車(chē)數(shù)量）、帶電線路和停電線路間的距離、回流線架設(shè)的位置等。

2 電磁感應(yīng)電壓

只要電流通過(guò)線圈就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，但是恒定的直流電流不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。接觸網(wǎng)帶電線路的電流是工頻電流，電流大小一直在不斷變化。

式中：為磁鏈；L為電桿。

E=-

通過(guò)上面的計(jì)算可以得出：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電流變化率成正比。當(dāng)進(jìn)行V型天窗作業(yè)時(shí)，在停電接觸網(wǎng)線就一定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)上行線路有機(jī)車(chē)通過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電流，變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，由于磁力線切割下行接觸線，這樣下行線路就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該下行線路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電流與上行接觸線中的電流相反。感應(yīng)電壓的大小與多種因素有關(guān)，例如天氣狀況、濕度、兩線路平行長(zhǎng)度、帶電線路的電流（該饋線正常運(yùn)行的機(jī)車(chē)數(shù)量）、帶電線路和停電線路間的距離、回流線架設(shè)的位置等。當(dāng)上行接觸線路發(fā)生短路時(shí)，短路電流一般能達(dá)到2000A，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也很大，能達(dá)到近2000V。

3 大地的電阻

大地與鋼軌并不完全絕緣，因此大地承擔(dān)牽引電流的一個(gè)回路，其電阻計(jì)算采用Carson公式，Carson等效模型如圖1所示。

導(dǎo)線1距地面高度為H，平直且無(wú)限長(zhǎng)，大地2地面平坦，尺寸大且電導(dǎo)率分布均勻，3為大地等效的虛構(gòu)導(dǎo)線。

導(dǎo)線與位于地下的虛構(gòu)導(dǎo)線間的距離為Dg，即Dg為“導(dǎo)線-地”回路的等效深度，Dg的大小與大地電導(dǎo)率及電流的頻率等因素有關(guān)。根據(jù)Carson推導(dǎo)，等效深度Dg的計(jì)算式為：

根據(jù)Carson經(jīng)驗(yàn)公式，其大地等效電阻re計(jì)算式為：

對(duì)于f=50Hz，大地等效電阻為：

4 直供加回流供電方式感應(yīng)電壓的計(jì)算

停電檢修側(cè)接觸線上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以表示為：

式中：M為上下行接觸線間的互感系數(shù)，H·km-1；L為上下行接觸線的平行長(zhǎng)度，km；I為正常供電接觸網(wǎng)中的牽引電流（故障時(shí)為短路電流），A；F為電流的頻率，Hz；λgh為回流線和軌道共同作用下的屏蔽系數(shù)；σ為大地電導(dǎo)率，取。

大準(zhǔn)鐵路缸房夭站至九蘇木站的回流線采用LJ-85，rh=0.165Ω/km，Rh=6.63mm，軌道采用60型鋼軌，rg=0.135Ω/km，Rg=12.79mm，dg=1435mm，dj2·g=6m，dj2·h=4.5m，dj1·j2=7m。如圖2所示。

回流線單位自阻抗：

軌道單位自阻抗：

（Ω/km）

回流線與等值軌道間的單位互阻抗：

停電側(cè)接觸線與回流網(wǎng)絡(luò)的單位互阻抗：

帶電側(cè)接觸線與回流網(wǎng)絡(luò)的單位互阻抗：

停電側(cè)與帶電側(cè)兩接觸線間的單位互阻抗：

回流網(wǎng)絡(luò)單位自阻抗：

回流線與軌道共同作用下的屏蔽系數(shù)：

綜上所述，靜電感應(yīng)電壓是由帶電線路接觸網(wǎng)與停電線路之間，以及停電線路接觸網(wǎng)與大地之間通過(guò)電耦合，在停電線路接觸網(wǎng)上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是由帶電線路接觸網(wǎng)中牽引電流在其周?chē)a(chǎn)生交變磁場(chǎng)，通過(guò)互感耦合在停電線路接觸網(wǎng)上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。由于電容耦合和互感耦合的感應(yīng)電壓不是同相位，因此，停電線路接觸網(wǎng)總的感應(yīng)電壓為靜電感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的向量和。根據(jù)《大準(zhǔn)鐵路供電段接觸網(wǎng)V型天窗作業(yè)實(shí)施細(xì)則》（試行）規(guī)定，實(shí)行V型天窗作業(yè)區(qū)段上下行接觸線間距必須大于7m，兩組接地線間距不得大于1000m，當(dāng)作業(yè)范圍超過(guò)1000m時(shí)，須在作業(yè)范圍內(nèi)增設(shè)接地線。

則H/km

L=1km，取電流為400A，則停電側(cè)接觸線感應(yīng)電壓為：

V

24V的電壓符合國(guó)家對(duì)安全電壓規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，是完全安全的。根據(jù)生產(chǎn)和作業(yè)場(chǎng)所的特點(diǎn)，采用相應(yīng)等級(jí)的安全電壓，是防止發(fā)生觸電傷亡事故的根本性措施，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《安全電壓》（GB3805-83）規(guī)定我國(guó)安全電壓額定值的等級(jí)為42V、36V、24V、12V和6V，應(yīng)根據(jù)作業(yè)場(chǎng)所、操作員條件、使用方式、供電方式、線路狀況等因素使用。根據(jù)作業(yè)時(shí)帶電線路的電流值不同，停電側(cè)感應(yīng)電壓也在不斷變化，正常供電時(shí)，大準(zhǔn)鐵路涼城變電所饋線電流為280～450A，感應(yīng)電壓范圍為16.8～27V，證時(shí)V型天窗作業(yè)時(shí)，只要嚴(yán)格執(zhí)行《大準(zhǔn)鐵路供電段接觸網(wǎng)V型天窗作業(yè)實(shí)施細(xì)則》（試行）規(guī)定是能夠完全保障人身安全的。但是當(dāng)停電側(cè)未懸掛地線時(shí)，感應(yīng)電壓能達(dá)到600V；當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障，短路電流能達(dá)到2000A，在停電側(cè)未掛地線的情況下，感應(yīng)電壓能達(dá)到2500V，是非常危險(xiǎn)的。

5 防止感應(yīng)電壓的措施

（1）根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果表明，影響接觸網(wǎng)V型天窗感應(yīng)電壓最大的兩個(gè)因素是帶電線路的電流值和兩接觸線的平行長(zhǎng)度，而我們能夠采取的措施就是縮短兩線索的平行長(zhǎng)度，一條饋線的長(zhǎng)度能達(dá)到20多公里，當(dāng)我們?cè)谧鳂I(yè)區(qū)域兩端1km的范圍掛接地線后，感應(yīng)電壓就能縮小20多倍，因此保證接地線可靠接地是我們作業(yè)人員的生命線。

（2）防止靜電感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。電磁感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是正常供電側(cè)接觸網(wǎng)中牽引電流通過(guò)交變磁場(chǎng)感應(yīng)過(guò)來(lái)的，當(dāng)作業(yè)區(qū)域通過(guò)機(jī)車(chē)數(shù)量較多，因客觀條件導(dǎo)致作業(yè)間距較大時(shí)，感應(yīng)電壓可能會(huì)超過(guò)安全電壓，為保證人身和設(shè)備安全，必須在線路中間合適位置再加掛地線，以達(dá)到減小感應(yīng)電壓的目的。根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果表明，兩地線間的距離縮短一倍，感應(yīng)電壓即可減半。

（3）接觸網(wǎng)作業(yè)屬于高空作業(yè)，各種金屬導(dǎo)體多，屬于特別危險(xiǎn)作業(yè)場(chǎng)所，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB3085-83，感應(yīng)電壓不能超過(guò)24V，因此大準(zhǔn)鐵路實(shí)行天窗作業(yè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制通過(guò)該區(qū)段的機(jī)車(chē)數(shù)量，確保涼城變電所饋線電流不能超過(guò)400A，確保作業(yè)人身絕對(duì)安全。由于感應(yīng)電壓與帶電線路電流成正比，應(yīng)對(duì)牽引變電所、分區(qū)所出口處等V型天窗停電作業(yè)感應(yīng)電壓較大的地點(diǎn)，增設(shè)接地線，從而保證作業(yè)區(qū)段內(nèi)的感應(yīng)電壓始終處于安全電壓允許范圍內(nèi)。如采用梯車(chē)作業(yè)，加掛一組隨車(chē)地線，采用作業(yè)車(chē)作業(yè)時(shí)，在作業(yè)車(chē)作業(yè)平臺(tái)兩端加掛隨車(chē)地線等。

（4）目前公司正在穩(wěn)步有序推行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程，各作業(yè)人員一定要熟練掌握本崗位流程步驟、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、可消除的危險(xiǎn)源、不可消除的危險(xiǎn)源，以及相應(yīng)的管控措施，只有嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序，按規(guī)定布置安全措施，正確佩戴安全勞動(dòng)保護(hù)用品，才能保障V型天窗作業(yè)時(shí)人身和設(shè)備的絕對(duì)安全。

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