關(guān)于牽引變回流電流對(duì)輸電線路的故障分析與處理

劉寧暢 吳貴 胡榮俊 呂江江

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伴隨我國(guó)的城市化建設(shè)規(guī)模日益增大，鐵路、高鐵、地鐵都在不斷地新建，從而提高人民生活水平，降低城市與城市之間的距離。然而在這一背后的支撐非輸電線路莫屬，輸電線路就是縮短城市之間距離的“大動(dòng)脈”。輸電線路與鐵路牽引變的連接方式為“變電站-輸電架空線路-鐵路牽引變”。

1 輸電線路與鐵路牽引變連接圖

上圖為某地區(qū)110kV輸電線路與牽引變的連接方式，輸電線路與鐵路牽引變通過架空地線和架空導(dǎo)線來連接，架空地線的作用為保護(hù)輸電線路避免受到雷擊的災(zāi)害，而架空導(dǎo)線就是為牽引變輸送電能，保證鐵路的正常運(yùn)行[1]。

而鐵路的接線方式如下圖：

2 牽引變與輸電線路之間的矛盾，故障分析

牽引變?yōu)楦咚偻ㄟ^的列車供電，而列車要具備速度快的特點(diǎn)，當(dāng)速度越大，車本身就要克服更大的空氣阻力進(jìn)行運(yùn)行，這樣就加大了牽引變的負(fù)荷，這一負(fù)荷通常能達(dá)到幾百A。

由圖2我們可以清楚看到鐵路的連接圖為兩相使用，一相接入鋼軌使用，而鋼軌和大地相連，所以這一相有部分電流能被鐵路使用 部分電流就不能被使用進(jìn)而直接進(jìn)入了大地，而且授電時(shí)間長(zhǎng)，如果牽引變的接地不符合標(biāo)準(zhǔn)，這大量的負(fù)荷電流就不能及時(shí)通過牽引變接地體進(jìn)行泄流，就會(huì)通過大地從牽引變構(gòu)架下方回流到輸電線路架空地線上[2]。這樣就會(huì)使輸電線路架空地線流過很大的泄漏電流，一般可達(dá)到幾十A到上百A。如下圖：

2017年初至2018年12月03日區(qū)間，110kV某某鐵路牽引線故障跳閘十多次，跳閘保護(hù)情況均大致一致，跳閘時(shí)間均為夜間20時(shí)至次日凌晨08時(shí)期間。說明多次跳閘故障均為一個(gè)故障原因。進(jìn)過鉗形表測(cè)量和紅外線測(cè)溫判斷，鐵路牽引變站內(nèi)110kV某某鐵路牽引線構(gòu)架下方接地不良好，鉗形表測(cè)量該處接地引下線最高時(shí)有270A電流，導(dǎo)致地線有電流通過，該站構(gòu)架地線上多次發(fā)生燒斷情況[3]。測(cè)量110kV某某鐵路牽引線靠近牽引變最近一基桿塔接地引下線，電流最大有100A。輸電線路作業(yè)人員查找110kV某某鐵路牽引線故障原因，長(zhǎng)期對(duì)臨近牽引變的輸電線路地段進(jìn)行蹲點(diǎn)守候，一次在天氣潮濕的夜間22時(shí)，發(fā)現(xiàn)輸電線路最后一基桿塔靠近牽引變檔距中間，發(fā)生弧光短路故障，進(jìn)一步確定故障地段，次日通過無人機(jī)進(jìn)行故障精細(xì)化巡視，發(fā)現(xiàn)檔距中間導(dǎo)地線均有多處電弧燒傷痕跡，如下圖：

該檔距200米，經(jīng)過測(cè)量A相導(dǎo)線距地線凈空距離達(dá)到2．5米，按照常規(guī)情況這一距離是滿足運(yùn)行要求的，但是在地線攜帶的有電流運(yùn)行時(shí)這一距離就會(huì)發(fā)生一定的變化。輸電線路的電流方向和牽引變回流的方向如圖3，根據(jù)電流的特性，“同向電流相互排斥異向電流相互吸引”，的特性。這樣就會(huì)使輸電架空導(dǎo)線與輸電架空地線之間存在相互吸引的力，電流越大力越大，這樣架空地線與架空導(dǎo)線之間的凈空安全距離大大的減小，進(jìn)一步就會(huì)引發(fā)線路放電跳閘[4]。

由上圖知當(dāng)?shù)鼐€存在電流經(jīng)過時(shí)，產(chǎn)生“同向電流相互排斥異向電流相互吸引”，的特性。

F=BIL

F：兩相導(dǎo)線之間的吸引力

B：導(dǎo)線產(chǎn)生磁場(chǎng)的強(qiáng)度

L：導(dǎo)線長(zhǎng)度

由圖和公式知F和地線與導(dǎo)線之間的距離D成反比（F越大D就越?。鶕?jù)電流特性（及上訴公式），電流I越大，他們之間的力F就越大，D就越小。當(dāng)空氣潮濕或者空氣中雜質(zhì)比較多的情況下，這樣的空氣距離就會(huì)被擊穿，形成通道發(fā)生接地跳閘。跳閘過后輸電線路沒有電流流過，他們之間的力F就消失不見，它們之間的距離D就恢復(fù)到正常值（正常運(yùn)行時(shí)的安全距離）。當(dāng)運(yùn)行人員進(jìn)行故障巡視時(shí)，線路已經(jīng)跳閘停電了沒有電流經(jīng)過，地線與導(dǎo)線之間的距離D，符合運(yùn)行規(guī)范。運(yùn)行人員若缺乏類似的故障經(jīng)驗(yàn)就不能輕易發(fā)現(xiàn)該故障位置。這樣故障就一直存在我們的線路上，如果長(zhǎng)期存在不給予解決，那么就大大的降低了輸電線路的可靠運(yùn)行，還會(huì)對(duì)架空地線和架空導(dǎo)線帶來不可修復(fù)的傷害[5]。

3 結(jié)語

由故障分析可知，要杜絕這樣的故障，就要對(duì)其架空地線電流進(jìn)行處理，故需要在輸電架空地線大小號(hào)側(cè)進(jìn)行絕緣并加裝防雷放電間隙處置來阻隔牽引變泄漏電流回流到地線。該特點(diǎn)就可以阻斷地線電流形成的回路，沒有電流經(jīng)過它們之間的力F就隨之消失不見。

而防雷放電間隙處置不僅可以阻斷牽引變回流，而且不影響雷電流的通道，因?yàn)槔纂娏鞯姆当容^大，當(dāng)有雷電流經(jīng)過時(shí)，就可以擊穿該間隙形成通道，達(dá)到泄流的效果。從而就可以杜絕地線帶電運(yùn)行的缺陷方式。