株北變電所地回流過(guò)大的原因及對(duì)策

1、株洲北牽引變電所地回流過(guò)大的原因及對(duì)策雷小飛長(zhǎng)沙供電段，湖南長(zhǎng)沙， 410007 摘要：本文對(duì)株洲北牽引變電所的地回流過(guò)大進(jìn)行了分析，指出了地回流過(guò)大的危 害，提出了減少地回流的對(duì)策。關(guān)鍵詞： 株洲 牽引變電所 地回流 對(duì)策一、前言2001 年武廣電化開(kāi)通后和列車(chē)大提速的實(shí)施，處在樞紐地帶的株洲北牽引變電所牽引 負(fù)荷越來(lái)越大， 而直供列車(chē)的開(kāi)行， 對(duì)牽引供電的可靠性提出了更高的要求。 該所的地回流 過(guò)大、 接觸電壓偏高、接地電阻大、 接地體銹蝕嚴(yán)重等問(wèn)題日益突出， 嚴(yán)重危及牽引供電設(shè) 備和通信信號(hào)設(shè)備的平安運(yùn)行， 人身平安也受到了威脅。 針對(duì)此問(wèn)題， 本文提出了減少地回 流過(guò)大的對(duì)策。二、地回

2、流過(guò)大的原因分析株北變電所供電范圍廣共有 8 條饋線、牽引負(fù)荷大，地回流過(guò)大。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，全 天監(jiān)測(cè)出的地回流最大為 550A ；超出了電流表 400A 的量程地回流的 LH 變比為 400/5 。 引起地回流過(guò)大的原因主要有以下幾個(gè)方面：1、株洲樞紐接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)特殊， 京廣客車(chē)正線和湘黔正線采用直供 + 回流線的供電方式；牽引電流主要是經(jīng)回流線流回變壓器的C 相 ,只有一小局部經(jīng)接地網(wǎng)流回變壓器的C 相。京廣貨車(chē)正線也采用直供 +回流線的供電方式， 但它的回流線是通過(guò)與客 A 線的京廣客車(chē)下 行線回流線并接后才回到牽引變壓器的 C 相，增加了回流經(jīng)路，增大了軌回流回路阻抗， 這也就相對(duì)的使地回

3、流局部增大了。而株洲樞紐的株北一場(chǎng)、三場(chǎng)、四場(chǎng)、六場(chǎng)、七場(chǎng)、株 洲機(jī)務(wù)段和貨機(jī)折返段及聯(lián)絡(luò)線北轉(zhuǎn)一線、貨二線、西機(jī)走、南轉(zhuǎn)一、東機(jī)走、南環(huán)線、 南機(jī)走、峰一線、發(fā)西線、北聯(lián)線、峰三線、南轉(zhuǎn)二和北機(jī)走線采用直接供電方式未裝設(shè)回流線 ，牽引電流經(jīng)電力機(jī)車(chē)處鋼軌流入大地，最后通過(guò)變電所的接地網(wǎng)流回牽引變壓 器的 C 相。這局部的牽引負(fù)荷較大，株洲樞紐各場(chǎng)內(nèi)同時(shí)運(yùn)行的電力機(jī)車(chē)數(shù)量多，取流大， 該牽引負(fù)荷電流的回歸幾乎都是通過(guò)接地網(wǎng)回流，這是造成地回流過(guò)大的主要因素。2、總的回流電流大2001 年武廣電化開(kāi)通以來(lái)，該所的牽引負(fù)荷持續(xù)增加，現(xiàn)在單條饋線最大牽引電流達(dá)900A ；B 相瞬時(shí)最大牽引電流達(dá) 1

4、300A 。2005 年 6 月 18 日 00 ：32 分的過(guò)負(fù)荷中， 110KV 側(cè) B 相牽引電流到達(dá)了 533.6A ， 27.5KV 側(cè) B 相牽引電流為 1140A 。據(jù)鐵二院的設(shè)計(jì)，預(yù) 計(jì)浙贛線電氣化開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后，該所的總受電量將到達(dá) 106170000 kwh/ 年，也即日均用電 量將逼近 300000 kwh 。預(yù)計(jì)屆時(shí)最大牽引電流將到達(dá) 1500A ，地回流最大值將超過(guò) 650A 。3、在變電所附近沒(méi)有設(shè)置軌回流點(diǎn)，導(dǎo)致在變電所附近集中的電流從鋼軌入地，通過(guò) 變電所的接地網(wǎng)流回牽引變壓器的 C 相，這是增大地回流的原因之一。4、該所設(shè)置的并聯(lián)電容器補(bǔ)償裝置，總?cè)萘繛?000K

5、var ，其中 A 相 3200 Kvar ， B相為2800 Kvar。正常運(yùn)行時(shí)，A相、B相電容器同時(shí)投入運(yùn)行。電容電流的回流方式是通 過(guò)接地網(wǎng)連接到牽引變壓器的 C 相，這也是引起株洲北牽引變電所地回流增大的一個(gè)方面。三、地回流過(guò)大的危害在交流牽引供電系統(tǒng)中， 由于大地與線路的感性耦合和阻性耦合， 大地也成為牽引回流路徑的一局部； 局部鋼軌回流流過(guò)與之相連的接地系統(tǒng)和土壤， 導(dǎo)致非鐵路裝置受鐵路系統(tǒng) 的影響面增大。 流經(jīng)大地的電流越大，鐵路附近的其它裝置， 如管道、 電纜和設(shè)備等受感性 耦合和阻性耦合影響的危險(xiǎn)就越大。地回流過(guò)大，對(duì)牽引變電所來(lái)說(shuō)主要有以下危害：1、加速電腐蝕接地網(wǎng) 變電

6、所內(nèi)的接地網(wǎng)是指直埋于室外地下的水平接地體和垂直接地體;接地母線那么是指設(shè)置于高壓室、電容器室等墻壁上或電纜溝、電纜豎井等溝、壁上的明敷接地體。通常接地網(wǎng) 和接地母線按一定方式連結(jié)成一個(gè)整體， 并通過(guò)設(shè)備接地線與上下壓配電裝置連接。 株洲北 牽引變電所內(nèi)的接地網(wǎng)長(zhǎng)期流經(jīng)大電流， 地網(wǎng)附近的土壤潮濕產(chǎn)生熱效應(yīng)， 造成埋設(shè)在地下 的地網(wǎng)扁鋼電腐蝕嚴(yán)重， 地網(wǎng)扁鋼的表層腐蝕脫落， 使得導(dǎo)流截面積越來(lái)越小， 地網(wǎng)通過(guò)的 電流的能力降低，使得接地網(wǎng)的接地電阻越來(lái)越大具體數(shù)值請(qǐng)參見(jiàn)附件 2 。如此惡性循 環(huán)，嚴(yán)重威脅牽引供電設(shè)備的平安運(yùn)行。2、接觸電壓和局部地電位升高接觸電壓是指直接接觸和間接接觸電壓。

7、直接接觸電壓是指可能接觸到帶電部件而產(chǎn)生 的電壓。 直接接觸電壓的保護(hù)措施包括使用絕緣外罩、 絕緣外殼或絕緣網(wǎng)柵并充分加大到可 接觸外表的距離。 地電位發(fā)生于接地體和遠(yuǎn)處大地之間。 接地體的對(duì)地電阻和流經(jīng)接地體的 電流決定了地電位的大小。 當(dāng)牽引電流從車(chē)輛流入回流回路時(shí)， 將引起該點(diǎn)對(duì)地電位的升高。 一方面， 株北變電所內(nèi)的地回流過(guò)大， 局部接地電阻越來(lái)越大， 接觸電壓進(jìn)一步升高威脅人 身平安接觸電壓值應(yīng)符合表一的要求 。另一方面，地回流過(guò)大，局部地電位升高，現(xiàn)在 該所的遠(yuǎn)動(dòng)通道對(duì)地網(wǎng)電壓有時(shí)到達(dá) 160V ，大大超過(guò)了規(guī)定值 30V ，導(dǎo)致經(jīng)常燒壞遠(yuǎn)動(dòng)裝 置的 GM-R060 、 GM-R0

8、70 、 GM-R011 、 GM-R051 插件和無(wú)線遠(yuǎn)動(dòng)裝置的 MODEM ， 嚴(yán)重影響遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備的平安運(yùn)行。表一、接觸電壓的允許值：接觸電壓U的允許值接觸電壓U (V)持續(xù)時(shí)間T (S)運(yùn)行狀態(tài)下60>300運(yùn)行狀態(tài)下65=300故障狀態(tài)下842=1003、燒壞地回流電纜，造成系統(tǒng)事故。2004年12月15日，由于軌回流不暢，使得本來(lái)就很大的地回流更大，造成地回流電纜(VLV22-3 X185mm 2)燒壞，導(dǎo)致?tīng)恳╇娤到y(tǒng)事故。四、解決方案牽引電流是受電弓通過(guò)接觸線取流并向鐵路牽引車(chē)輛供電的電流。交流牽引供電系統(tǒng)中，運(yùn)行電流從接觸網(wǎng)系統(tǒng)流向車(chē)輛；而牽引供電的回流以及再生制動(dòng)的電流，

9、那么從車(chē)輛流向變電所?；亓骰芈钒\(yùn)行或故障狀態(tài)時(shí)回流流經(jīng)的所有導(dǎo)體，在交流牽引系統(tǒng)中， 牽引電流的回流路徑主要有： 走行軌、回流線和大地。 總的回流應(yīng)該等于流經(jīng)接觸線的電流。走行軌 作為回流的導(dǎo)體，軌道敷設(shè)在地面上，其長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度， 鋼軌與大地之間的電阻又有限， 并且鋼軌中存在縱向電阻， 導(dǎo)致局部回流電流流入大地并經(jīng)大地流回變電所。在變電所附近，這股電流又流回走行軌，并流入變電所的接地系統(tǒng)。流經(jīng)鋼軌、大地及其它所有鐵路附近與 鐵路并行的金屬導(dǎo)體 (如電纜外殼和管道)的電流總值等于流入列車(chē)的牽引電流值。單相交流系統(tǒng)中，所有的導(dǎo)體間都存在感性耦合，也就是說(shuō)，鋼軌和大地之間，接觸線、加強(qiáng)線和

10、回流線之間存在感性耦合影響了回流電流在各個(gè)導(dǎo)電路徑中的分配。在交流牽引系統(tǒng)中， 流經(jīng)大地的回流局部即地回流取決于回流導(dǎo)線的設(shè)計(jì)和截面的大小。在簡(jiǎn)單的回流系統(tǒng)中， 采用走行軌作為回流回路，30%-40%的回流流經(jīng)土壤；如果沿線路安裝了與接觸網(wǎng)等高且與大地等電位的回流線， 那么通常流經(jīng)大地的電流幾乎有一半經(jīng)回流線流回變電所，即流經(jīng)土壤的電流減少至15%-20%。而株洲北牽引變電所的軌回流與地回流之比在1 : ( 0.75-1.25 )1：之間，大大超出了正常范圍。鑒于此，我們特提出如下對(duì)策其改造示意圖參見(jiàn)附件1、在變電所附近增加軌回流點(diǎn)。1分別在客 A 線、客 B 線離株洲北牽引變電所最近的扼流變

11、壓器的中性點(diǎn)上，使用75 扁鋼直接引入 1# 、2# 牽引變壓器端子箱的軌回流匯流排。2從株洲北網(wǎng)工區(qū)軌道車(chē)專(zhuān)用線上取一個(gè)軌回流點(diǎn)，使用75 扁鋼直接引入 1# 牽引變壓器端子箱的軌回流匯流排。2、加裝回流線和吸上線及將既有回流線溝通，以縮短軌回流經(jīng)路，減少回路阻抗。 1在六場(chǎng) 159 號(hào)桿處引一架空回流線到變電所圍墻外，通過(guò)銅芯鎧裝電纜直接引入1# 牽引變壓器端子箱的軌回流匯流排，從而縮短了京廣貨車(chē)上行線軌回流經(jīng)路。 2在南機(jī)走 13 號(hào)桿處引一架空回流線到變電所圍墻外， 通過(guò)銅芯鎧裝電纜直接引入 2# 牽引變壓器端子箱的軌回流匯流排，從而縮短了京廣貨車(chē)下行線軌回流經(jīng)路。3對(duì)現(xiàn)在無(wú)回流線采用

12、直供方式的株洲樞紐一場(chǎng)、三場(chǎng)、四場(chǎng)、六場(chǎng)、七場(chǎng)及 發(fā)西線、南機(jī)走線、北機(jī)走線、南環(huán)線和南轉(zhuǎn)一線等改為直供 + 回流線的供電方式，即增設(shè) 回流線和吸上線。4為了提高回流回路的可靠性，可在1# 、2# 牽引變壓器設(shè)置獨(dú)立的回流路徑，即構(gòu)成雙回路閉環(huán)回流的形式，需從211 、215 饋線支柱的回流點(diǎn)上各新增一條回流電纜到1# 牽引變壓器端子箱的軌回流匯流排。3、對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行局部改造。1提高接地網(wǎng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，新增銅接地網(wǎng)，增大接地網(wǎng)的回流能力和耐腐蝕能力； 對(duì)局部區(qū)域接地電阻過(guò)高的， 使用降阻劑做降阻處理， 降低其接地電阻值。 調(diào)查發(fā)現(xiàn)局部戶(hù) 外設(shè)備的接地電阻過(guò)大， 需更換戶(hù)外局部設(shè)備的接地母線； 并

13、將新敷設(shè)的接地網(wǎng)與既有的接 地網(wǎng)焊接好。 2將地回流的 LH 變比由現(xiàn)在的 400/5 增大到 600/5 ，軌回流的變比由現(xiàn)在的 800/5 增大到 1000/5 。3 將既有的 VLV22-3 X185mm 2鋁芯鎧裝回流電纜全部更換為VV22-3 X185 mm1KV 銅芯鎧裝電纜。4撤除A相、B相電容并補(bǔ)裝置的電抗器既有接地扁鋼，從電抗器的接地處引接回 流電纜到牽引變壓器端子箱的軌回流匯流排。5根據(jù)EN50 122-1 標(biāo)準(zhǔn)，交流牽引系統(tǒng)長(zhǎng)作用期接觸電壓的允許值為60V，因此,還需在接觸電壓超過(guò) 60V 的巡視線路處設(shè)置均壓帶。附件 1 ：株洲北牽引變電所回流系統(tǒng)改造示意圖附件 2：株

14、洲北牽引變電所戶(hù)外各設(shè)備接地電阻值表附件 1 ：株洲北牽引變電所回流系統(tǒng)改造示意圖B相電容并補(bǔ)裝置A相電容并補(bǔ)裝置變1#B端子箱內(nèi)匯流排電所處地回地回IIII14>1II44圍 墻>114%高壓室*211饋線12 m桿fn nr串補(bǔ)裝置客B線離所最近 的扼流變中性點(diǎn)客A線離所最近的扼流變中性點(diǎn)2#B端子箱內(nèi)匯流排2#牽引變流直1#牽引變流直215饋線16 m桿159接接地網(wǎng)壓器接接地網(wǎng)oIV科ItbiIIVIIIrrIIIIm|11him株洲北網(wǎng)工區(qū)軌道車(chē)專(zhuān)用線變電所圍墻處南機(jī)走13號(hào)桿注：1 雙實(shí)線為既有需改造為銅芯鎧裝3 X185mm 2的回流電纜；2 雙虛線為新增銅芯鎧裝 3

15、 X185mm 2回流電纜；3 單虛線為新增1 X50mm 2回流電纜；4 點(diǎn)劃線為75的接地扁鋼；5 三實(shí)線為新增 接地銅排；6新增架空鋼芯鋁鉸回流線。附件2:株洲北牽引變電所戶(hù)外各設(shè)備接地電阻值表設(shè)備名稱(chēng)接地電阻值Q設(shè)備名稱(chēng)接地電阻值Q1BL101LH122BL152LH53BL253LH0.74BL34LH85BL55LH116BL56LH149BL231#牽引變1.610BL252#牽引變1027BL71011GK3.829BL11021GK1030BL121012GK1132BL211022GK0.933BL101001GK1935BL8.51002GK2536BL181003GK2038BL111013GK101#避雷針0.71014GK252#避雷針0