電氣化鐵路牽引變電所接地網敷設接地問題探討

摘 要：牽引變電所的接地系統是維持電器設備正常運行、保障人身與設備安全、防止雷電與靜電危害的一種措施，，接地系統好壞的主要標準之一，就是接地電阻值大小。本文從牽引變電所接地網的設計原則、裝置材料選擇、接地網的布置、降低接地電阻的方法、防止設備二次反擊燒損等幾個方面對敷設接地問題進行描述。

關鍵詞：牽引變電所；接地系統；分析

中圖分類號：F40 文獻標識碼：A

1 接地設計原則

1.1 常規鐵路牽引變電所

變電所發生接地故障的時候，會有強大的單相短路電流從接地點進入地中，因此可能會產生很高的接地電壓。根據實踐經驗，繼電保護動作最高允許接地電壓為2000V，因此接地電阻要滿足：Rj≤2000/lj，Rj是接地裝置的接地電阻Ω，lj是計算用的流經接地裝置的入地短路電流，當lj≥4000A時，可以得到Rj≤0.5Ω.常規鐵路牽引變電所接地設計中，接地電阻要按≤0.5Ω設計。

1.2 客運專線牽引變電所

客運專線的突出特點是車速高、密度大、列車功率大，因此，客運專線牽引變電所短路電流很高，牽引變電所高壓側短路電流為31.5-40kA，低壓側短路電流為25kA，它是常規電氣化鐵道的幾倍，這種短路電流需要采用常見的變電所獨立接地方案已經無法保證人身與設備安全的需要，客運專線牽引負荷電流接近1000A，其中很大一部分要利用接地系統回流到變電壓，這給接地系統帶來了困難。因此客運專線線牽扯引變電設置要以水平接地體為主，垂直接地體為輔，還需要納入綜合接地系統。

2 接地裝置材料選擇

電氣化鐵路牽引變電所地網裝置材料要求有優良的耐腐蝕性能、能持續負載大電流、運行壽命周期長，通常來說，根據施工的難易程度不同與工程投資不同，接地裝置材料有時使用銅，有時使用鋼，有時使用銅包鋼。根據材料技術與經濟等方面進行比較，見表1。

銅、銅包鋼、鋼三種接地材料經濟比較：鍍鋅鋼材能提高地網的防腐蝕能力，且成本低、機械強度高，有利于施工，然而，由于地網焊接處由于施工受現場條件的限制，一般無法達到鍍鋅鋼材的理論防腐效果，大概運行18-10年即會出現銹蝕現象。

銅是非常好的導電材料，它有很強的耐腐蝕力，從實踐上來看，銅接地網的壽命能可靠運行25-30年，然而它的機械強度低，在進行垂直接地體時，要先進行鉆孔，再把接地體插入孔中進行回填土，因此，施工過程比較困難，而且銅材料工程造價高。

銅包鋼是雙金屬復合材料，它有鋼的高強度，又有極高的導磁性，又具有銅材料的導電性與耐腐蝕性，然而，當鈾包鋼的表面銅層>0.25毫米時，鋼芯載流太小，只是受力體。包鋼施工方便，造價在鍍鋅鋼材與銅之間。

在施工時，要根據實際情況選擇接地材料。

3 接地網的布置

牽引變電所的接地裝置，過去是水平接地極為主，外緣閉合，內部敷設一些均壓導體的接地網，通常各均壓導體按間距布置，由于端部效應與鄰近效應，各均壓導體之間散流很不均勻，邊緣部份接地網的導體散流為中心部分的3-4倍，地網邊緣部分電場強度比中心部分高，電位梯度大，整個地網的電位分布不均勻的程度隨面積的增大和網孔的增多而加大，因此，要根據導體散流的實際情況，采用不等間距布置均壓導體，以中部間距大，邊緣間距小，減少電位梯度分布不均勻的狀況。

因為導體之間的屏蔽作用，接地網內不需要增加垂直接地體，為了讓沖擊電流擴散效果增強，垂直接地體一般只在變壓器、避雷針、避雷器下面安裝，降阻的垂直接地體裝在接地網外緣，而且垂直接地體的距離要大于垂直接地體長度的兩倍。

4 降低接地電阻

接地裝置一直長期在地下運行，它要受到水位與水土環境的影響，如果敷設的環境非常惡劣，那么它將面臨化學腐蝕與電化學腐蝕的雙重腐蝕，因此，要設計接地裝置時要考慮當地的土壤電阻率，在土壤電阻率高、面積小的地方進行接地設計，要達到降低電阻的效果，可以在調計與施工的時候增加地體的尺寸，深埋接地極、人工改變土壤環境、采用降阻劑、敷設外引接地體、適當提高接地電阻等等方法，這些都需要根據施工的情況、工程造價再設計接地方案。

5 防止二次設備反擊燒損

要避免二次設備反擊燒損，可以使用以下的方法：

（1）提高開關設備的絕緣泄漏距離與帶電體對地距離，減少發生閃絡的次數、持續時間、放電電流，避免二次設備承擔高電壓沖擊。

（2）使用屏蔽電纜單點接地方案，這是指屏蔽電纜在一次被控設備處懸空，二次設備端接地，這能有效避免電壓反擊問題，因為屏蔽電纜是懸空狀態，只要升高的電壓不能將電纜絕緣擊穿，那么升高的電位就不會讓室內的二次設備受到影響，單點接地需要在控制室二次設備進行接地，它要求被控設備的接地電阻變小，防止電壓反擊燒損。

（3）將電氣化鐵路牽引變電所納入綜合系統，電氣化鐵路牽引變電綜合接地系統以貫通地線、鋼軌、接觸網回流線為結構，通過橫向連接線接進沿線的金屬體構成的立體接地網絡內，沿線的牽引變電所地網、信號設備地網、接觸網回流線、接觸網支柱、站臺地網、建筑物地網、鐵路電力設備接地等都與綜合地線進行連接，它通過等效讓接地電阻變小。

參考文獻

[1]電氣化鐵道施工手冊.牽引變電所[M].北京：中國鐵道出版社，2000.

[2]電氣化鐵道供變電工程[M].北京：中國鐵道出版社，1983.

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[4]電氣化鐵道設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1988.