接觸網V型天窗作業感應電壓的分析與預防

胡亮

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.068

摘 要：大準鐵路公司于2017年2月9日起將在事故救援、設備搶修、重點施工等情況下開通V型天窗。本文通過計算大準線缸房夭站至九蘇木站進行V型天窗作業的感應電壓，為公司實行V型天窗作業提供理論依據，保障V型天窗接觸網作業人員和設備安全絕對安全。

關鍵詞：接觸網 V型天窗 感應電壓 分析計算 預防措施

中圖分類號：U228.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（c）-0068-02

為了加強大準鐵路公司天窗管理工作，提高設備利用率，減少因設備故障、事故救援、施工維修等作業對運輸組織的影響，依據《鐵路技術管理規程》（TG/01-2014）、《神華鐵路運輸管理規程（試行）》《神華集團公司鐵路營業線施工安全管理辦法（試行）》（神華（運）2014第4號）、《接觸網安全工作規程》和《接觸網運行檢修規程》（鐵運[2007]69號）、《大準鐵路公司V形天窗管理辦法（試行）》（準能鐵運字〔2017〕8號），結合筆者所在段設備實際，供電段制定了《大準鐵路供電段接觸網V型天窗作業實施細則》（試行）。本文根據該實施細則相關要求，選取大準線缸房夭至九蘇木區間，計算V型天窗的感應電壓，為該實施細則提供一些理論依據。

1 靜電感應電壓

靜電感應電壓是指停電設備處于帶電設備產生的電場中，由于靜電耦合作用，在停電設備上產生的對地電位。接觸網電壓高達27.5kV，是一種長距離架設在鐵軌上方的線路，要求各種技術參數滿足列車安全穩定運行的需要。當電氣化開通正式通電后就會在周圍空間產生高壓靜電場，采用V型天窗作業時，停電線路接觸網處于交變磁場之中，就會產生感應電壓，感應電壓的大小與多種因素有關，例如天氣狀況、濕度、兩線路平行長度、帶電線路的電流（該饋線正常運行的機車數量）、帶電線路和停電線路間的距離、回流線架設的位置等。

2 電磁感應電壓

只要電流通過線圈就會產生磁場，但是恒定的直流電流不會產生感應電動勢。接觸網帶電線路的電流是工頻電流，電流大小一直在不斷變化。

式中：為磁鏈；L為電桿。

E=-

通過上面的計算可以得出：感應電動勢與電流變化率成正比。當進行V型天窗作業時，在停電接觸網線就一定會產生感應電勢。根據電磁感應原理，當上行線路有機車通過時就會產生電流，變化的電流產生變化的磁場，由于磁力線切割下行接觸線，這樣下行線路就會產生感應電壓，該下行線路產生的感應電動勢產生的電流與上行接觸線中的電流相反。感應電壓的大小與多種因素有關，例如天氣狀況、濕度、兩線路平行長度、帶電線路的電流（該饋線正常運行的機車數量）、帶電線路和停電線路間的距離、回流線架設的位置等。當上行接觸線路發生短路時，短路電流一般能達到2000A，產生的感應電壓也很大，能達到近2000V。

3 大地的電阻

大地與鋼軌并不完全絕緣，因此大地承擔牽引電流的一個回路，其電阻計算采用Carson公式，Carson等效模型如圖1所示。

導線1距地面高度為H，平直且無限長，大地2地面平坦，尺寸大且電導率分布均勻，3為大地等效的虛構導線。

導線與位于地下的虛構導線間的距離為Dg，即Dg為“導線-地”回路的等效深度，Dg的大小與大地電導率及電流的頻率等因素有關。根據Carson推導，等效深度Dg的計算式為：

根據Carson經驗公式，其大地等效電阻re計算式為：

對于f=50Hz，大地等效電阻為：

4 直供加回流供電方式感應電壓的計算

停電檢修側接觸線上的感應電動勢可以表示為：

式中：M為上下行接觸線間的互感系數，H·km-1；L為上下行接觸線的平行長度，km；I為正常供電接觸網中的牽引電流（故障時為短路電流），A；F為電流的頻率，Hz；λgh為回流線和軌道共同作用下的屏蔽系數；σ為大地電導率，取。

大準鐵路缸房夭站至九蘇木站的回流線采用LJ-85，rh=0.165Ω/km，Rh=6.63mm，軌道采用60型鋼軌，rg=0.135Ω/km，Rg=12.79mm，dg=1435mm，dj2·g=6m，dj2·h=4.5m，dj1·j2=7m。如圖2所示。

回流線單位自阻抗：

軌道單位自阻抗：

（Ω/km）

回流線與等值軌道間的單位互阻抗：

停電側接觸線與回流網絡的單位互阻抗：

帶電側接觸線與回流網絡的單位互阻抗：

停電側與帶電側兩接觸線間的單位互阻抗：

回流網絡單位自阻抗：

回流線與軌道共同作用下的屏蔽系數：

綜上所述，靜電感應電壓是由帶電線路接觸網與停電線路之間，以及停電線路接觸網與大地之間通過電耦合，在停電線路接觸網上產生的感應電壓。電磁感應電動勢是由帶電線路接觸網中牽引電流在其周圍產生交變磁場，通過互感耦合在停電線路接觸網上產生的感應電壓。由于電容耦合和互感耦合的感應電壓不是同相位，因此，停電線路接觸網總的感應電壓為靜電感應電壓和電磁感應電動勢的向量和。根據《大準鐵路供電段接觸網V型天窗作業實施細則》（試行）規定，實行V型天窗作業區段上下行接觸線間距必須大于7m，兩組接地線間距不得大于1000m，當作業范圍超過1000m時，須在作業范圍內增設接地線。

則H/km

L=1km，取電流為400A，則停電側接觸線感應電壓為：

V

24V的電壓符合國家對安全電壓規定的標準，是完全安全的。根據生產和作業場所的特點，采用相應等級的安全電壓，是防止發生觸電傷亡事故的根本性措施，國家標準《安全電壓》（GB3805-83）規定我國安全電壓額定值的等級為42V、36V、24V、12V和6V，應根據作業場所、操作員條件、使用方式、供電方式、線路狀況等因素使用。根據作業時帶電線路的電流值不同，停電側感應電壓也在不斷變化，正常供電時，大準鐵路涼城變電所饋線電流為280～450A，感應電壓范圍為16.8～27V，證時V型天窗作業時，只要嚴格執行《大準鐵路供電段接觸網V型天窗作業實施細則》（試行）規定是能夠完全保障人身安全的。但是當停電側未懸掛地線時，感應電壓能達到600V；當接觸網發生短路故障，短路電流能達到2000A，在停電側未掛地線的情況下，感應電壓能達到2500V，是非常危險的。

5 防止感應電壓的措施

（1）根據上述計算結果表明，影響接觸網V型天窗感應電壓最大的兩個因素是帶電線路的電流值和兩接觸線的平行長度，而我們能夠采取的措施就是縮短兩線索的平行長度，一條饋線的長度能達到20多公里，當我們在作業區域兩端1km的范圍掛接地線后，感應電壓就能縮小20多倍，因此保證接地線可靠接地是我們作業人員的生命線。

（2）防止靜電感應電動勢。電磁感應電動勢是正常供電側接觸網中牽引電流通過交變磁場感應過來的，當作業區域通過機車數量較多，因客觀條件導致作業間距較大時，感應電壓可能會超過安全電壓，為保證人身和設備安全，必須在線路中間合適位置再加掛地線，以達到減小感應電壓的目的。根據上面計算結果表明，兩地線間的距離縮短一倍，感應電壓即可減半。

（3）接觸網作業屬于高空作業，各種金屬導體多，屬于特別危險作業場所，根據國標GB3085-83，感應電壓不能超過24V，因此大準鐵路實行天窗作業時，應嚴格控制通過該區段的機車數量，確保涼城變電所饋線電流不能超過400A，確保作業人身絕對安全。由于感應電壓與帶電線路電流成正比，應對牽引變電所、分區所出口處等V型天窗停電作業感應電壓較大的地點，增設接地線，從而保證作業區段內的感應電壓始終處于安全電壓允許范圍內。如采用梯車作業，加掛一組隨車地線，采用作業車作業時，在作業車作業平臺兩端加掛隨車地線等。

（4）目前公司正在穩步有序推行標準化作業流程，各作業人員一定要熟練掌握本崗位流程步驟、作業標準、可消除的危險源、不可消除的危險源，以及相應的管控措施，只有嚴格執行標準化作業程序，按規定布置安全措施，正確佩戴安全勞動保護用品，才能保障V型天窗作業時人身和設備的絕對安全。

參考文獻

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