鐵路電力系統中性點接地方式存在的問題及對策分析

張建周

摘 要

隨著社會經濟的不斷發展，我國鐵路建設也正在不斷擴張和完善，在我國高速鐵路環網電纜電力供電系統上取得了很大成就，接下來就可能出現的幾種情況來對高速鐵路環網電纜電力供電系統進行比較，其中主要包括系統中性點不接地、經消弧線圈接地和經小電阻接地等幾種情況，然后也對鐵路電力系統中性點接地帶電的主要原因進行了探討，從而在充分借鑒城市配電網絡成熟經驗的基礎上，提出高速鐵路電力系統應采用經小電阻接地的中性點接地方式。

【關鍵詞】鐵路電力系統 中性點接地 原因 問題 對策

在我國鐵路建設中如果只是采用純電纜電力線路設計，就必須運用傳統的中性點接地方式，可是中性點接地方式在電力系統中經常容易出現供電、過電壓與絕緣配合、繼電保護、通信干擾、系統穩定等諸多方面的綜合技術問題，在本文中就通過對高速鐵路電力系統中可能出現的所有影響因素都作了分析，確保高速鐵路電力系統的正常運行。

1 當前中性點接地方式

既有鐵路電力系統均采用中性點不接地方式，自地方電網接引電源，經自閉、貫通調壓器向電力自閉線和電力貫通線提供10KV電源。中性點不接地方式在目前以架空線路為主的鐵路電力網絡中已證明是行之有效的接地型式，主要有以下優點：如雷擊絕緣閃絡等瞬時故障，一般能自動熄弧。單相接地故障時接地電流小，降低了地電位升高，減小了跨步電壓和接觸電壓、架空線路對通信系統的干擾和對低壓網的反擊。

2 應用中性點不接地方式的局限性

在傳統鐵路建設中，基本都是采用的傳統中性點接地方式，但是在高速鐵路建設中對于電力系統采用了電纜線路為主，無論從電網架設線路上還是中性點接地方式上都存在很多不同，而且高速鐵路電力系統在實際運行過程中還是存在著許多缺點的。

電力電纜的絕緣裕度比架空線路小得多，承受過電壓的能力低，在發生單相接地故障時，非故障相電壓升高到線電壓以上，容易引起配電網中非故障相電纜多點擊穿，形成相間短路故障，擴大事故。電力電纜絕緣是有機絕緣，一旦發生絕緣擊穿即為永久性故障，絕緣不能自恢復，如果不及時斷電，故障處絕緣會被迅速燒壞，發展成為相間故障，使故障擴大。在中性點不接地方式下，由于中性點是絕緣的，電網對地電容中貯存的能量沒有釋放通路，在發生弧光接地時，電弧的反復熄滅與重燃，也是向電容反復充放電過程。

3 電力中性點帶電的主要原因

3.1 變壓器中性線出現斷路問題

在很多地區經常會出現照明線路上的電燈出現忽亮忽暗的現象，其實這主要是變壓器內部中性點位置的接線發生斷路或者接觸不良問題，這時就會導致在變壓器中性點位置的接地電阻變大，中性點與大地之間會出現電壓差，這些電壓差的出現有大有小，隨著變壓器的運行有時電壓差也會逐漸增大，在變壓器周圍的一些人和動物往往就會出現電擊事故，嚴重時會導致人員觸電死亡。

3.2 變壓器檢修線路接錯

在變壓器發生電力事故時，維修人員都要將變壓器拆開進行內部結構的查看，在檢查過程中有時會將中性線與相線誤接，這時就會將相電壓傳遞到中性線上，變壓器運行時就會使中性線帶電，這樣就會給變壓器周圍的人員造成電擊威脅。

3.3 三相負荷不平衡問題

在變壓器正常運行過程中有時也會出現中性點帶電的問題，檢查中性點接線都正常，沒有出現虛接的現象，這時就有一種可能了，那就是三相負荷存在不平衡的問題，在三相負荷不平衡時就會使高端電流流向低端，在這個過程中也會造成中性點的位置發生偏移，這樣就會形成電壓差，電壓差如果過大就會對人員造成傷害。

3.4 接地電阻過大

在檢查了所有接線連接后變壓器中性點還是漏電，那這時就要考慮下中性點接地的電阻是否過大，要嚴格按照國家標準來進行選購安裝，接地電阻的阻值要根據變壓器的容量大小進行選擇，在一些情況下時由于線路輸送的距離會使變壓器中性點帶電，給變壓器正常運行造成干擾。

4 城市電網中性點接地方式的借鑒

4.1 自動跟蹤消弧線圈接地

（1）對于自動跟蹤消弧線圈接地方式的應用主要是在系統發生瞬間接地故障時，能夠對系統進行自動故障消除，從而避免多次跳閘。

（2）當系統中的故障發生報警時，自動跟蹤消弧線圈就會自動產生補償電流，對電力線路進行再次補償，可以防止三相電路之間出現短路故障，也提高了電路運行的安全性。同時消弧裝置還存在一個熄弧臨界值，當接地電流在熄弧臨界值之下時，消弧裝置就會提升電壓恢復的速度，確保電弧在最可靠的情況下熄滅，然后降低電弧重燃的幾率，這樣也就可以在一定程度上減少鐵路電力事故發生的幾率，確保中性點接地的正常運行。

4.2 小電阻接地

（1）中性點經小電阻接地，這項操作的主要功能就是對弧光接地過電壓起到一個很好地控制作用。當故障的發生屬于單相接地的情況時，過電壓就能夠很好地被控制。中性點電阻阻值的大小會對泄放殘荷有一定的影響，因此在對它進行確認時，要根據實際發生的情況進行最終的確認。

（2）中性點經小電阻接地，這項操作的主要功能就是防止諧振過電壓這種情況的出現。并且同其他類似措施相比，它有其他措施不可比擬的優勢。這主要是因為，中性點電阻發揮了阻尼電阻的作用，正是由于這項突出的特點，才能夠有效地對系統諧振過電壓起到很好的控制作用。

（3）中性點經小電阻接地，它的另一項重要作用就是可以很快地將發生故障的線路及時消除。這項功能的實現主要是因為在故障發生時電流的沖擊力比較大，針對零序過流保護的性能是非常高的，因此能夠在故障發生時及時地消除故障。但它也有自身的局限性，那就是在故障發生時，整個系統的反應都是跳閘，而且跳閘的頻率會越來越高，這樣就給供電功能帶來了很大的挑戰，并且也給檢修工作帶來了一定的負擔。

4.3 中性點接地方式的選擇

4.3.1 弧光接地過電壓的抑制

中性點經小電阻接地可以有效地抑制弧光接地過電壓的發生及其幅值。中性點經消弧線圈接地只能降低弧光接地過電壓

發生的概率，而不能降低其幅值。

4.3.2 故障保護靈敏性

中性點經小電阻接地，零序過流保護有較好的靈敏性。對小電阻接地環網電纜供電系統，單相接地故障電流要數倍于電纜電容電流，遠大于正常運行時的負荷電流，足以滿足微機保護裝置零序保護的靈敏度要求。中性點經消弧線圈接地，當系統發生接地故障時，由于接地點故障殘流很小，且根據規程要求消弧線圈必須處于過補償狀態，接地線路和非接地線路流過的零序電流方向相同，故零序過流保護、零序方向保護無法檢測出已接地的故障線路。

4.3.3 系統其他內部過電壓的抑制

對除弧光接地過電壓以外的其他內部諧振過電壓以及單相接地后非故障相電壓升高的抑制上，中性點經小電阻接地比經消弧線圈接地的效果要好。由后文所見，中性點經小電阻接地可以避免消弧線圈接地系統為切除故障接地區段試拉環網開關而造成的操作過電壓，對接地故障靈敏的保護也使系統承受故障過電壓的影響盡可能小。

5 結語

鐵路電力系統中性點采用經小電阻接地方式，涉及到高壓設備選型、繼電保護設置以及鐵路電力運行維護方式的改變，現行鐵路電力設計規范也需要作相應的修改。因此，中性點經小電阻接地的推廣和使用，還需要鐵路電力建設中的設計、建設、運營以及設備制造商等各方進行深入的探討和分析。

參考文獻

[1]王斌.配電自動化終端的技術發展歷程、現狀和趨勢[J].電氣應用，2005.

[2]陳先杰，郭育華.鐵路電力系統操作電源的改造與發展[J].電氣化鐵道，1999.

[3]鄭飛.淺析電氣化鐵路對電力系統電能質量的影響及對策[J].鄭鐵科技通訊，2009.

[4]楊英麗.電力系統的狀態監測與故障診斷技術探討[J].科技資訊，2009.

[5]洪耀鵬.配電網中性點接地方式分析及其選擇[J].電力自動化產品信息，2004.

作者單位

鄭州中原鐵道工程有限責任公司 河南省鄭州市 450000endprint