牽引變電所亭接地系統(tǒng)測試的改進(jìn)建議

曲云飛

（中鐵電氣化局京滬高鐵維護(hù)管理公司，工程師，北京 100000）

0 導(dǎo)言

在鐵路牽引供電系統(tǒng)中牽引變電所是整個供電系統(tǒng)的核心，起著承前啟后的作用，但由于其進(jìn)線系統(tǒng)和饋線系統(tǒng)的主體架構(gòu)都為架空線路結(jié)構(gòu)，且高壓設(shè)備一般采取室外布置模式，容易受到外界環(huán)境的影響，尤其是受雷電大氣過電壓的侵?jǐn)_，成為發(fā)生設(shè)備故障、影響鐵路安全運(yùn)輸?shù)臐撛谝蛩?。因此，探索提升牽引變電所亭接地系統(tǒng)測試客觀性、準(zhǔn)確性、科學(xué)性方法，確保所亭接地網(wǎng)狀態(tài)良好，是一道需要鐵路高鐵牽引供電維護(hù)檢修和管理人員努力破解具有現(xiàn)實(shí)性、重要性和實(shí)踐性的研究課題。筆者結(jié)合工作體會和思考略陳管見，期待起到拋磚引玉、集思廣益的作用。

1 國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

《接地裝置特性參數(shù)測量導(dǎo)則》（DL/T475）規(guī)定接地電阻測試方法一般采用電流-電壓表三極法，分別為直線法和夾角法，但對于大型接地系統(tǒng)來說一般采用夾角法，線路布置方法見圖1即大型接地系統(tǒng)接地電阻測試示意圖。

其中dc≈dp，一般取4D～5D,

接地阻抗修正公式為：

θ為電流線和電壓線的夾角；

Z′為接地阻抗的測試值。

如果土壤電阻率均勻，可采用dc=dp=2D相等的等腰三角形布線，此時使θ約為30°，dc=dp=2D。

圖1 大型接地系統(tǒng)接地電阻測試示意圖

2 現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)鐵路總公司《高速鐵路牽引變電所檢修規(guī)則》（鐵總運(yùn)［2015］50號），牽引變電所亭應(yīng)每年雷雨季節(jié)之前對接地網(wǎng)進(jìn)行接地電阻測試，以保證所亭設(shè)備安全。但根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，牽引變電所亭的設(shè)計(jì)接地電阻是根據(jù)地質(zhì)調(diào)查中的土壤電導(dǎo)率和土壤結(jié)構(gòu)確定初步擬定的接地電阻值，然后再結(jié)合理論最大短路電流，得出運(yùn)營中安全的地表的接觸電位差和跨步電位差，最終綜合計(jì)算得出接地電阻值。

由于在實(shí)際運(yùn)營以后，牽引變電所亭的接地網(wǎng)是和線路綜合接地網(wǎng)及220 kv進(jìn)線架空地線是直接相連的，因此采用傳統(tǒng)的測試方式得出的結(jié)論雖具有一定的參考性，但無法對所亭自身的接地系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。新建鐵路變電所在施工建設(shè)期，由于不受外部條件和環(huán)境的影響，施工和測試可以完全遵照國家和行業(yè)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，程序和布驟可控，測試數(shù)據(jù)真實(shí)有效，但當(dāng)鐵路線路開通運(yùn)營后，牽引變電所接地網(wǎng)會與綜合接地網(wǎng)和進(jìn)線架空地線公網(wǎng)相連接，從而使得接地電阻測試所得數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)值不具有可比性，客觀上失去了測試的意義。

在全國運(yùn)營線路中曾多次發(fā)生因牽引變電所亭接地電阻不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，雷電大氣過電壓造成的大范圍的設(shè)備燒毀，形成長時間中斷行車的惡性故障。（1）2013年7月29日，京滬高鐵德州東牽引變電所，因雷擊德州東站22#正饋線絕緣子，接地電阻不良造成212饋線保護(hù)裝置損壞，引起主變201（202）斷路器越級跳閘，直接影響了29列高鐵動車組的正常運(yùn)輸。（2）2016年6月1日，寧安高鐵池州牽引變電所供電線遭受雷擊，造成供電線絕緣子、架空地線、高壓電纜、接地引下線、網(wǎng)隔開機(jī)構(gòu)箱、電源分支箱等設(shè)備損壞，并形成工頻供電回路短路故障，全所停電，退出運(yùn)行。（3）2017年7月6日，津霸線永清分區(qū)所發(fā)生一起因所外網(wǎng)隔受雷擊、高電壓、大電流通過網(wǎng)隔機(jī)構(gòu)箱電纜侵入永清分區(qū)所，造成部分交、直流設(shè)備燒損的故障。上述實(shí)例說明保持所亭接地網(wǎng)技術(shù)參數(shù)達(dá)標(biāo)且工作狀態(tài)良好，是確保鐵路運(yùn)輸正常進(jìn)行的重要環(huán)節(jié)之一。

3 原因分析

高速鐵路牽引變電所亭的接地電阻測試方法和電流分布如圖2所示。結(jié)合圖2分析：所亭接地電阻為恒定值，接地電阻測試設(shè)備所產(chǎn)生的電流為，由于存在圖2中的電流分布，電流分布規(guī)律遵循基爾霍夫電流定律（KCL節(jié)點(diǎn)定律）：

測試點(diǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電勢為：

因此測試設(shè)備最終得出的測試電阻為：

由公式（2）可知，可知，即測試所得電阻值等于或小于牽引變電所亭實(shí)際接地電阻值。

圖2 接地測試接線方式和電流分布示意圖

4 改進(jìn)措施

由公式2和公式4可知，當(dāng)時，測試電流不從進(jìn)線架空地線和綜合接地網(wǎng)分流時，即和，則可得，依據(jù)此推論可得出如下改進(jìn)措施建議：

1）牽引變電所亭接地電阻測試時，測試線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離綜合接地網(wǎng)和架空進(jìn)線的方向，以增大此方向上的電阻值，使電流分量和盡量縮小，減少對接地電阻的干擾。此方法適用于變電所亭接地網(wǎng)與綜合接地網(wǎng)和進(jìn)線架空地線無法解列，并且所亭外具備廣闊的空間條件下使用，測試得出的接地電阻數(shù)據(jù)存在有一定的誤差。

2）如果可以斷開牽引變電所亭接地網(wǎng)與綜合接地網(wǎng)和進(jìn)線架空地線的連接，則應(yīng)該在三者解列狀態(tài)對所亭接地網(wǎng)進(jìn)行接地電阻測試。此方法測試手段簡單，抗干擾能力強(qiáng)，測試條件符合設(shè)計(jì)要求，所得測試數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)接地電阻值可比較，是最優(yōu)的測試方法。

3）如果測試空間條件無法滿足測試要求，且變電所亭接地網(wǎng)與綜合接地網(wǎng)和進(jìn)線架空地線由于運(yùn)營條件限制無法解列，則可以在各回路或關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處設(shè)置高精度電量采集設(shè)備，采集和，得出電流分布圖，取其有效值，排除其干擾值，然后手動計(jì)算得出實(shí)際接地電阻值。

5 現(xiàn)場測試

利用某新建城際鐵路線路牽引變電所進(jìn)行接地電阻測試試驗(yàn)驗(yàn)證。在此驗(yàn)證過程中測試設(shè)備采用保定斯銳特型號為SR2308抗干擾異頻接地電阻測試儀，測試接地極位置和接點(diǎn)設(shè)備測試點(diǎn)保持不變，測試環(huán)境情況保持基本一致的情況下進(jìn)行。為確保測試結(jié)果具有客觀性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性，從以下四個方面進(jìn)行驗(yàn)證。

1）驗(yàn)證一：即驗(yàn)證變電所亭接地網(wǎng)與綜合接地網(wǎng)和進(jìn)線架空地線解列與否，對接地電阻數(shù)據(jù)測試結(jié)果的差別，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 驗(yàn)證一所得測試數(shù)據(jù)

2）驗(yàn)證二：即驗(yàn)證遠(yuǎn)離綜合接地網(wǎng)和架空進(jìn)線的方向?qū)y試接地電阻的影響，測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 驗(yàn)證二所得測試數(shù)據(jù)

3）驗(yàn)證三：即解列變電所亭接地網(wǎng)與綜合接地網(wǎng)和進(jìn)線架空地線的連接，測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 驗(yàn)證三所得測試數(shù)據(jù)

4）驗(yàn)證四：即驗(yàn)證空間條件無法滿足測試要求，且變電所亭接地網(wǎng)與綜合接地網(wǎng)和進(jìn)線架空地線由于運(yùn)營條件限制無法解列，測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 驗(yàn)證四所得測試數(shù)據(jù)

綜上所述，實(shí)際測試接地電阻值與改進(jìn)措施中的預(yù)計(jì)值相符，即變電所亭接地網(wǎng)與綜合接地網(wǎng)和進(jìn)線架空地線的連接方式對接地電阻的測試影響較大；測試時可以通過遠(yuǎn)離綜合接地網(wǎng)和進(jìn)線架空地線減小接地電阻的測試誤差；如果所亭具備條件，盡量采用解列法測試；如不具備條件可以采用電量采集法手動進(jìn)行計(jì)算，以獲取符合條件的接地電阻數(shù)據(jù)。

6 結(jié)束語

高速鐵路已經(jīng)作為中國對外宣傳的名片，社會影響和政治影響重大。但由于高鐵近十年來的跨越式發(fā)展，數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)的積累明顯滯后，不可避免的會出現(xiàn)很多意料之外的問題，因此需要廣大的鐵路技術(shù)工作者對各類問題進(jìn)行系統(tǒng)的分析歸納，不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn)，以確保供電安全穩(wěn)定。