客運專線綜合接地系統中接觸網閃絡保護及回流接地系統設計

■ 呂繼濤

呂繼濤：武廣客運專線有限公司，高級工程師，湖北武漢，430060

攝影 張書梅

1 客運專線接觸網閃絡保護及回流接地基本要求

針對客運專線牽引負荷大的特點，按照“以人為本”原則，參照國際國內較高的安全接地要求，對客運專線涉及人身安全的接地與回流接地典型方案進行系統集成和定量評估。

以武廣高速鐵路為例，100 ms短路電流Ik"=25 kA或10 kA或5 kA，變電所附近達到最大值，短路電流接近25 kA，比法國高速鐵路25 kV系統的12 kA短路電流大一倍左右，與德國高速鐵路15 kV系統的25 kA短路電流水平接近。因此，變電所不宜設在靠近城市或車站等人員密集區。同時，沿線綜合接地系統尤其是接觸網閃絡保護及回流接地設計應綜合考慮以下因素。

（1）軌道電位的控制要求。在不影響其他系統的前提下，盡可能采取可靠措施，控制回流的分布，以降低軌道電位，進而對跨步電壓和接觸電壓實現控制。

（2）回流對軌道電位的影響。在接觸網電流較大時，如果軌道回流和軌道-大地間電阻均不能減小，將產生很大的軌道電位。軌道電位的大部分通常以跨步電壓/接觸電壓的形式出現。

（3）跨步電壓/接觸電壓值的控制標準。根據IEC 62128-1（EN 50122-1）《鐵路應用，固定地面設備，關于電氣安全性和接地的保護措施》和EN 50170規定的標準，控制電壓極限值。跨步電壓/接觸電壓值的大小與人員所處位置和垂直線路方向接地體間的距離相關。接觸電壓是在故障情況下的跨步電壓。在任何情況下，對于接入安全接地系統的金屬體，接觸電壓應符合表1要求。

（4）金屬閃絡接地要求。一般應采用軌道或系統綜合接地設備作為保護，即所有接觸網受電弓接地范圍內不帶電的金屬接地體部件應與軌道接地體或系統綜合接地體進行短路電流連接。在出現故障時能迅速與快速斷電裝置短接，并形成消除危險電位的持續泄流通路。

（5）等電位連接要求。跨步電壓與零電位的導電連接可降低跨步電壓/接觸電壓。必須采用特殊措施，對大電流區段的站臺、擋墻土處、人行道內控制接地體等逐一進行設計與施工。

（6）采取接地控制措施的接口專業。由于變電所附近的短路電流巨大，往往導致電位很高，要求安全等效接地阻抗在0.07Ω以下（以武廣高速鐵路為例），單一專業往往難以實現，必須同時考慮土建、信號、電氣化等多專業金屬接地體的過程利用，方可實現等效接地阻抗的低值安全標準。

客運專線相關專業設施應設計并保證合理的回流接地及等電位平衡控制措施，形成可靠的鋼軌工作回流并聯通道、大電流安全閃絡保護接地系統，以確保接觸網系統運行時各系統的正常運行，使軌道電位降至安全標準范圍內，并在發生閃絡接地或其他故障接地時能可靠跳閘。大電流工作接地和安全接地無法隔離時，必須考慮與零電位的等電位可靠連接。局部隔離時應考慮相應的絕緣配合。

接地控制相關接口專業設施包括：接觸網、變電所、無砟軌道、整體道床、橋梁、隧道、跨線建筑物、車站結構、聲屏障、電纜及電纜槽、信號設施、地下油氣管道、沿線其他鋼或鋼筋混凝土結構設施等。

2 客運專線接觸網閃絡保護及回流接地系統設計

為保障人身和設備安全，保障接觸網可靠性和可用性，通過與回流PW線的連接，把沿線的橋梁、隧道區段和牽引變電所接地設備、車站電力設備接地和接觸網支柱基礎連接起來，與軌道等形成整體接地系統，同時保證回流線路接地（見圖1）。

3 接觸網專業回流接地措施

根據計算結果，結合系統綜合接地設計，并考慮工程的經濟性和可操作性，接觸網回流接地的基本措施如下。

（1）全線架設作為工作回流的并聯通道，同時兼作閃絡保護接地相應貫通的附加導線。

（2）作為鋼軌回流的并聯通道及工作接地的回流線或保護線，每300 m上下行設過軌并聯一次，并接入綜合接地系統一次。每1 500 m內必須接鋼軌（扼流圈中點）一次，具體接入點經信號專業檢算。

（3）車站內貫通的PW或NF線絕緣架設。車站范圍內設置單獨架空地線GW，如有綜合接地體則可利用綜合接地。PW或GW線間經絕緣配合和阻抗匹配后連接綜合接地系統。

圖1 客運專線接觸網回流接地系統構成

4 主要接口專業回流接地措施建議

（1）接觸網和受電弓接地范圍內的等電位連接。接觸網和受電弓接地區域內的安全接地（如橋欄桿、聲屏障等金屬構件）均應接至貫通地線，實現等電位連接。無法確保等電位可靠連接的，應采取絕緣隔離措施并各自單獨可靠接地，但彼此獨立的絕緣區之間應有絕緣配合。

（2）混凝土建筑物。混凝土建筑物鋼筋網中的預埋閃絡接地鋼筋可用作回流、接地和等電位連接。在線路上或線路內鋪設的鋼筋混凝土或預應力混凝土建筑物中的非預應力鋼筋，必須與閃絡接地通路連接。需要強調的是，預應力混凝土建筑物中的預應力鋼筋由于存在電腐蝕危險，不可作為電流通道。巡視通道、人行通道、避車臺等處的地面下應鋪設10 mm厚瀝青（絕緣層）或5 mm厚橡膠或塑料（絕緣層），混凝土覆層厚度不小于50 mm。

（3）站臺。開放的站臺必須采取絕緣或電位平衡措施。一般情況下，在行人站立處距站臺邊緣2.5 m范圍內，應采取可靠的絕緣隔離措施和閃絡保護接地系統。不能與綜合接地系統等電位連接的獨立接地系統（如扶手），應設置至少2.5 m間距的絕緣節，與綜合接地系統絕緣隔離。

（4）鐵路橋。在擋砟梁混凝土表層下最大100 mm處，埋設不小于120 mm2接地扁鋼或直徑至少16 mm鋼筋棒，并在每一個接縫上配備連接用的接頭。每隔100 m引出接入綜合接地系統。橋梁內結構鋼筋和橋墩至少應通過一個接地連接體連接到一起。橋梁內的非預應力鋼筋，應在每個橋墩處采用單點接地，并接貫通地線。

（5）隧道。隧道內采用筐式接地網結構，由上部接地網、下部接地網、縱向接地體和帶狀接地體共同組成。隧道襯砌的鋼筋網和架空接觸網部件都連接到筐式接地網上，并與PW線及綜合接地系統相連，以降低鋼軌電位，并提供金屬閃絡保護接地通道。

（6）整體道床。因為整體道床結構形式特殊，在回流、鋼軌接地和電位平衡的結構形式方面也具有特殊性，應單獨設計閃絡接地鋼筋及其實施方案。接觸網、信號專業的設計資料，包括回流和軌道接地必須在整體道床施工前報送，以便在整體道床開工前進行基礎施工和電氣橫向連接。

（7）信號技術規定。在兩軌絕緣的線路上，由于軌道電路不能直接在鋼軌上進行接地，所以要敷設接地母線（截面與接地線相同），軌道接地部件要在接地母線上連接，并連接到信號的扼流圈中點上。接地母線允許電纜敷設在信號和遠動電纜溝中。接地線應直接接在線路扼流變中點，這些連接可作為直接回流接地。對信號設備有影響的接地線應開路連接，即通過（氧化鋅）火花間隙或LC阻抗線圈進行連接。

（8）回流接地的連接要求。在露天、地下和混凝土中敷設地線所使用的電纜，在必要的連接點處（尤其在地下），要采取有效防腐措施。預埋的金屬閃絡接地線在地下或道砟中敷設時，其埋深不應大于100 mm。

銅電纜或鋼帶（裸露或鍍鋅）接地線埋設在鋼筋混凝土建筑物下，與外界的連接處必須是人員容易到達的地方。混凝土中接地線間的連接必須進行可靠焊接，不允許采用綁扎方式。鋼筋之間的連接處無需特殊防腐保護。

所有接地極安裝應考慮對沿線通信、信號電纜的影響。防雷接地極應單獨接地，并與綜合地線適當絕緣或間隔20 m以上。

5 結束語

客運專線大牽引功率和大電流對沿線設施的影響較為嚴重，為保障整個系統運行安全可靠，綜合接地系統的接地措施必須通過各專業具體施工預留共同完成。因此，應盡早確定方案，以便在施工階段落實，避免采取代價昂貴的補救措施。

[1]Kiessling/Puschmann/Schmieder,Siemens AG. Contact Lines for Electric Railways[M]. German：Publicis Corperate Publishing，2001

[2]IEC國際電工委員會. IEC62128-1鐵路應用 地面固定設備關于電氣安全和接地的保護措施[S]，2003