牽引供電設(shè)備接地裝置故障分析及其修試

張永春

（太原軌道交通集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000）

1 課題背景、目的

1.1 課題背景與問題的提出

在電氣化鐵道牽引變電站施工中,接地網(wǎng)敷設(shè)一般屬前期隱蔽工程,在工程建設(shè)中占有很重要的地位，但是,在后期的運(yùn)營維護(hù)中卻未引起相關(guān)部門的高度足夠重視。

某型號開關(guān)是德國進(jìn)口的接觸網(wǎng)專項設(shè)備，在德國已經(jīng)有多年的使用經(jīng)驗。中國的環(huán)境氣候條件不能滿足運(yùn)行條件，多次燒損，多次跳閘。某條線路上安裝的德國某型號隔離開關(guān)運(yùn)行不到一年，已經(jīng)發(fā)生了多次由隔開引起的斷路器跳閘，安裝100多處，燒損27臺，成為設(shè)備運(yùn)行中的一大隱患。

2017年6月25日02時某變電所2號B差動保護(hù)跳閘，自投不成功。跳閘瞬間，變電所值守員聽到室外強(qiáng)烈的雷電聲，變電所內(nèi)17BL避雷器動作。

1.2 研究的目的和意義

本文旨在分析電氣化鐵路供電系統(tǒng)接地裝置設(shè)備投入運(yùn)行后，在雨季降雨較強(qiáng)、地基出現(xiàn)多處塌陷情況下，以故障頻繁發(fā)生的電氣工程為實例，通過系統(tǒng)研究與實踐，對即將開通的電氣化鐵路或者已經(jīng)運(yùn)行的線路起到一定的借鑒和參考作用。

2 牽引供電系統(tǒng)接地裝置設(shè)計原理及其現(xiàn)狀

牽引供電系統(tǒng)是電氣集中的場所，運(yùn)行和檢修人員須經(jīng)常接近和接觸這些設(shè)備。為了確保設(shè)備和人身安全，牽引供電設(shè)備必須裝設(shè)可靠的接地裝置[1-5]。

2.1 接地裝置的裝設(shè)位置

電氣設(shè)備接地裝置一般應(yīng)在以下列位置進(jìn)行裝設(shè)：

1）變壓器、電器、攜帶式或移動式用電器具的金屬底座和外殼。

2）電氣設(shè)備的傳動裝置。

3）戶內(nèi)外配電裝置的金屬或鋼筋混凝土構(gòu)架以及靠近帶電部分的金屬遮欄和金屬門。

4）配電、控制、保護(hù)用的屏及操作臺等的金屬框架和底座。

5）交、直流電力電纜的接頭盒、終端頭的金屬外殼和電纜的金屬護(hù)層、可觸及的電纜金屬保護(hù)管和穿線的鋼管。

6）電纜的架橋、支架和井架。

7）裝在接觸網(wǎng)線路桿上的電力設(shè)備。

8）封閉母線的外殼及其他裸露部分的金屬部分。

9）六氟化硫（SF6）封閉式組合電器和箱式變電站的金屬箱體。

2.2 牽引變電站接地裝置中地網(wǎng)平面布置情況

地網(wǎng)接地電阻值，一年中任何季節(jié)不得超過0.5Ω。接地體采用50 mm×50 mm×5 mm的角鋼，長2.5 m，埋設(shè)深度0.5 m。

近幾年部分變電站采用銅覆鋼接地材料，埋設(shè)于凍土層之下，水平接地裝置的材料選用95 mm2鍍銅鋼絞線，接地電阻≤0.5Ω，并滿足相應(yīng)跨步電壓和接觸電勢的要求。

3 原因分析

通過試驗分析牽引供電設(shè)備燒損原因，找到可行的維護(hù)改進(jìn)經(jīng)驗，提高運(yùn)行的可靠程度。

現(xiàn)場調(diào)查和照片比對，同時詢問走訪跳閘燒損現(xiàn)場見證人，收集資料比對，對燒損、跳閘原因進(jìn)行結(jié)構(gòu)、環(huán)境、接地方式、安裝方式、接線工藝和土質(zhì)情況等的分析。

對于某型號開關(guān)機(jī)構(gòu)燒損故障原因進(jìn)行分析，其主要原因是遭遇了持續(xù)強(qiáng)降雨天氣，電力設(shè)施遭受到嚴(yán)重的損壞。由于雨季較長，受水害影響，環(huán)境污染嚴(yán)重，開關(guān)絕緣擊穿，形成第二條泄流回路，檢修工藝有缺陷，不能應(yīng)對運(yùn)行要求。

認(rèn)真分析2017年6月25日某變電所2號B差動保護(hù)跳閘原因。變電所饋線近端遭受雷擊，短路電流非常大，在雷電的作用下，避雷器雖然動作。但是，由于接地網(wǎng)接地電阻不合格，不能完全釋放雷電能量，造成主變低壓側(cè)電流互感器二次保護(hù)線圈產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，導(dǎo)致故障電流波形發(fā)生畸變。說明避雷器雖然動作，但是能量未完全泄露。

4 制定對策

針對以上原因，制定了相應(yīng)的對策：

1）開關(guān)絕緣不能滿足要求。清掃處理后，進(jìn)行絕緣試驗，更換瓷瓶、瓷柱，開關(guān)滿足絕緣要求。

2）接地極不能滿足泄漏電流。接地試驗和測量，挖開接地極檢查，保證埋深、接地極接地數(shù)量。

3）對XX鐵路牽引變電站內(nèi)所有避雷設(shè)備進(jìn)行一次全面高壓試驗，監(jiān)測所內(nèi)接地裝置設(shè)備，確認(rèn)其狀態(tài)。

4）提高自然災(zāi)害防治能力。要增強(qiáng)關(guān)鍵領(lǐng)域的實力，提升防治自然災(zāi)害的能力。摸清風(fēng)險隱患的底數(shù)，增強(qiáng)預(yù)報預(yù)警的能力，編制檢修工藝、制定搶修預(yù)案以及接地裝置檢修方案。

5 實施階段

5.1 進(jìn)行絕緣試驗

開關(guān)瓷瓶更換為大爬距絕緣子，清掃箱內(nèi)瓷柱，更換不符合要求的瓷柱。

積極與廠家聯(lián)系，要求廠家提供大爬距絕緣子或大爬距開關(guān)，在封閉點內(nèi)進(jìn)行開關(guān)更換，對操作箱瓷柱進(jìn)行耐壓試驗，對于不符合絕緣要求的瓷柱進(jìn)行更換（經(jīng)計算和廠家提供的數(shù)據(jù)，達(dá)到50 kV時可以滿足要求），清掃操作箱絕緣子。

5.2 接地試驗和測量

挖開接地極檢查，保證埋深，保證接觸面積和接地極接地針數(shù)量，整治基礎(chǔ)沉降[6-10]。

經(jīng)設(shè)計院聯(lián)系指導(dǎo)并進(jìn)行試驗，接地極接地電阻≤10Ω，接地針要求至少3個，接地針間距≥2 m，接地長度≥5 m，接地針長度≥2.5 m，埋深≥1 m。達(dá)不到要求時對接地裝置進(jìn)行從新施工，對每一個接地極進(jìn)行挖開試驗。

對于水害嚴(yán)重的室外場地，地基被雨水沖擊后產(chǎn)生大面積塌陷的現(xiàn)象，組織人員進(jìn)行回填、夯實。

5.3 改變試驗方法，排查出多處隱患

將傳統(tǒng)的選點接地電阻測試方法改為選點加導(dǎo)通測量方法，對站內(nèi)地面設(shè)備逐一排查。

5.4 排查出的典型接地網(wǎng)隱患

因近幾年我國北方部分地區(qū)降雨頻繁，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過當(dāng)初設(shè)計值，接地網(wǎng)經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)多處斷裂現(xiàn)象，逐一進(jìn)行整治。

檢修人員在對XX變電所巡視排查過程中發(fā)現(xiàn)隱患情況。XX變電所后臺機(jī)2號B（運(yùn)行）地回流顯示數(shù)值為0，查看2號B差動保護(hù)裝置地回流數(shù)值同樣顯示為0。經(jīng)現(xiàn)場測試確認(rèn)2號B地回流二次回路正常，判定地回流接地存在問題。經(jīng)檢修人員現(xiàn)場挖掘發(fā)現(xiàn)，2號B地回流母排與主地網(wǎng)連接銅包鋼線腐蝕斷裂（如圖1所示），且3BL、5BL接地圓鋼未于主地網(wǎng)連接，將其重新焊接后恢復(fù)正常，如圖2所示。

圖1 地回流母排與主地網(wǎng)連接銅包鋼腐蝕斷裂照片

圖2 避雷器及主變地回流接地斷裂扁鋼后重新焊接恢復(fù)照片

5.5 制定接地裝置檢修作業(yè)方案

5.5.1 設(shè)備清掃

接地線清掃：用抹布或掃帚對接地線進(jìn)行清掃直至干凈，如圖3所示。

圖3 清掃接地線

5.5.2 設(shè)備檢修

5.5.2.1 接地線

1）檢查設(shè)備接地線、電纜溝內(nèi)的接地線等，完整無銹蝕、燒傷、斷裂及其他異狀。對缺少、斷裂的設(shè)備接地線進(jìn)行重新連接，同時對生銹部位進(jìn)行除銹涂漆，并對脫漆或未刷黑漆的部位進(jìn)行刷漆。

2）檢查設(shè)備接地應(yīng)牢固且接觸良好。對開斷、漏焊、點焊的接地線應(yīng)進(jìn)行重新焊接。同時，對搭接時焊接面搭接長度不符合要求的要重新進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。圓鋼搭接長度為直徑的6倍，扁鋼搭接長度為2倍寬度，且三面焊接。

3）檢查接地端子應(yīng)焊接牢固、無銹蝕。對接地螺栓開斷、漏焊、點焊的重新進(jìn)行焊接，并將其生銹的螺栓切除，重新焊接熱鍍鋅螺栓。

4）檢查接地線應(yīng)與接地體相連，無斷開現(xiàn)象。用萬用表測量各設(shè)備接地間的導(dǎo)通狀態(tài)，對不導(dǎo)通的設(shè)備接地要查明原因，并進(jìn)行處理。

5.5.2.2 接地

常見的不同接地方式如圖4所示。

圖4 不同的接地方式

1）檢查水平接地體及垂直接地體無銹蝕、燒傷及斷裂。對已銹蝕、燒傷及斷裂的接地體，重新敷設(shè)焊接。

2）檢查水平接地體與垂直接體連接處無銹蝕、開斷，防腐層良好。對開焊的部位重新焊接，并進(jìn)行除銹涂漆。

3）檢查接地體搭接部位的焊接長度及焊接面應(yīng)滿足要求。對搭接時焊接面不夠，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，其圓鋼搭接長度為直徑的6倍；扁鋼搭接長度為2倍寬度且三面焊接。

4）檢查接地網(wǎng)的接地電阻應(yīng)滿足要求。牽引變電站接地裝置的接地電阻不能大于0.5Ω。獨(dú)立避雷針接地裝置的接地電阻不宜大于10Ω。

6 效果檢查

6.1 技術(shù)效益

根據(jù)現(xiàn)場巡視情況統(tǒng)計，有效地控制了雨、霧、冰、雪等惡劣天氣下的供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備排查、監(jiān)測、整治完成后，以此項分析、研究活動為契機(jī)，系統(tǒng)編制生產(chǎn)技術(shù)管理文件并且得到具體實施。

6.2 社會效益

整條線供電設(shè)備整治、改造完成后，在后期運(yùn)行中同樣遇到強(qiáng)降雨天氣，未發(fā)生一起開關(guān)跳閘事故，減少了事故搶修，保證了牽引供電設(shè)備安全正常的供電要求，極大地提高了供電質(zhì)量，保證了設(shè)備的安全運(yùn)行，保證了鐵路運(yùn)輸正常運(yùn)營。