接觸網獨架供電線回流及支柱接地實施方案

陳 敏

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接觸網獨架供電線回流及支柱接地實施方案

陳 敏

對于接觸網獨立架設的供電線，若由于雷擊或其他原因發生供電線對支柱閃絡，故障電流沒有通暢的回路，保護裝置無法識別并快速切除故障，形成系統隱患。針對該問題，本文提出完善的接觸網獨架供電線回流及接地實施方案。

獨架供電線；回流；接地

0 引言

在電氣化鐵路接觸網系統工程中，受征地、線路坡度等因素的影響，有的接觸網上網點距牽引變電所較遠，距離幾百米甚至幾公里，同時考慮維護檢修方便，供電線與接觸網采用分桿架設。該情況下，當遭遇雷擊或由于其他原因導致供電線對支柱閃絡時，故障電流沒有通暢的回路，保護裝置無法識別故障并將之快速切除，形成系統隱患，最終可能造成無法挽回的損失和災害。因此，對供電線的回流及接地進行合理設計至關重要。

2016年9月，中國鐵路總公司運輸局印發的《牽引變電所二次系統防強電侵入優化技術方案指導意見》（運供設備函[2016]325號）指出，接觸網獨架供電線支柱接地宜采用的方案為：每根支柱設獨立接地極，接地電阻不大于30W；具備成排架設集中接地線條件的，應架設集中接地線，架空集中接地線或者零散供電線支柱接地極都應保證至少和接觸網回流線、綜合接地貫通地線、牽引變電所主接地網三者之一可靠連接，構成可靠的短路電流回流徑路。

結合325號文相關要求，本文從支柱接地電阻選擇、回流線截面計算、支柱危險電位評估等方面，對接觸網獨架供電線支柱接地方案進行綜合分析，并提出具體的工程實施方案。

1 接觸網獨架供電線增設回流線

1.1 增設回流線作用

牽引供電系統設計中，牽引負荷電流經鋼軌、回流線、正饋線及保護線（AT供電方式）、吸上線、大地回流至牽引變電所，即為正常的負荷電流設計了通暢的回路。對于獨架供電線，增設的回流線主要解決供電線對支柱發生閃絡時，為短路電流提供暢通回路，使保護裝置快速識別并及時切除故障。因此，該回流線設計時不應與既有回流系統并聯，避免正常負荷電流回路復雜化。

1.2 增設回流線實施方案

（1）回流線所亭側與變電所接地網相連，另一側末端通過單獨的接地極接地，接地電阻值選擇的具體分析見第2節。

（2）回流線敷設優先選擇直埋方式，埋深1 m左右，導線采用裸銅線。采用直埋方式不僅可以將雷擊電流快速泄入大地，還可以降低雷擊或絕緣子污閃短路時支柱對地的電位。直埋困難需架空安裝時，回流線可選擇采用與架空地線一致的鋁包鋼芯鋁絞線或鋼芯鋁絞線。

（3）回流線截面選擇?；谇笆龅倪B接方式，該回流線的截面僅與流經的短路電流大小、持續時間及導線材質有關。計算示例如下。

假設牽引變壓器容量為50 MV·A，阻抗電壓10.5%；電力系統短路容量1 000 MV·A（后續仿真分析中，電源參數均基于該假設）。此時，牽引變電所出口處短路電流為9.35 kA。

瞬時電流劇增會導致導線溫度升高，導線抗拉強度不降低的極限溫度銅導線為200 ℃，鋁導線為180 ℃。由于短路時間很短，假設導線不向外散熱，則流過指定電流時所需的導線截面積為

式中，為短路電流，A；為初期溫度為40 ℃時的常數，銅導線為152，鋼芯鋁絞線為93.26；為短路電流持續時間，s，結合保護裝置性能確定（以某工程為例，距離保護一段動作故障切除的時間為：保護裝置監測到短路電流后出口時間為26 ms，延時100 ms，斷路器跳閘60 ms，至全部熄弧再加20 ms，合計206 ms，計算取300 ms）。

回流線按采用裸銅導線和鋁包鋼芯鋁絞線2種材質考慮，可計算得到裸銅導線截面為33.7 mm2，鋁包鋼芯鋁絞線截面為54.8 mm2。結合導線規格并預留一定裕度，當采用裸銅導線時，截面選擇為50 mm2；當采用鋁包鋼芯鋁絞線時，截面選擇為95 mm2。

（4）回流線采用架空方式架設時，需核算供電線對支柱閃絡時的電位，據此確定回流線是否需要絕緣安裝（見第2節）。

2 接觸網獨架供電線支柱接地方案

通過對牽引變電所、供電線、回流線、支柱及接地建模，可仿真不同導線和接地電阻情況下，發生供電線對支柱閃絡時的電位，以確定合理的接地電阻及絕緣方案。仿真模型如圖1所示。

模型中獨架供電線長度為3 km，采用雙根LGJ240導線，右側為牽引變電所電源，上部為供電線，下部為回流線，0為牽引變電所接地網電阻，按0.5W計算；1—61為接觸網支柱的接地電阻，分別計算4、10和30W時，供電線在不同點閃絡時的支柱電位，計算結果見圖2。

從圖2可以看出，故障點距牽引變電所距離越遠，支柱的電位越高；支柱接地電阻越小，其電位越低；僅降低第一根和最末根支柱的接地電阻，不能有效降低支柱的電位。因此后續計算僅對支柱接地電阻全部為10W和全部為30W這2種情況進行研究。

圖1 仿真計算模型

圖2 支柱接地電阻不同時供電線對支柱閃絡的電位

2.1 回流線采用LGJ95導線架空敷設

回流線采用LGJ95導線架空敷設，供電線對支柱閃絡時，支柱電位曲線如圖3所示。

圖3 回流線架空敷設供電線閃絡時的支柱電位

2.2 回流線采用TJ50導線埋地敷設

回流線采用TJ50導線埋地敷設，供電線對支柱閃絡時，支柱電位曲線如圖4所示。

圖4 回流線埋地敷設供電線閃絡時的支柱電位

2.3 支柱電位限值

為避免對人身安全造成威脅，支柱電位不能超過一定數值。IEC62128.1-2013[3]中給出了不同時限下接觸電壓的允許值。持續時間與保護裝置跳閘時間有關，保護裝置一般能夠在0.2 s內跳閘，因此，接觸電壓限值取0.2 s時對應的645 V。

對于接觸網支柱，人體與其接觸時通過人體的電流通常是由手經雙腳接地，此時雙腳距接觸點（即接觸網支柱）的水平距離標準中規定為1 m。另外，標準中還給出了在均勻土壤電阻率和走行軌直接接地的情況下，沿軌道垂直方向的鋼軌電位衰減值，在距鋼軌1 m處，接觸電壓為鋼軌電位的30%。為安全考慮，支柱電位按不超過接觸電壓的3倍控制，即不大于1 935 V（0.2 s）。

2.4 支柱接地電阻及架空回流線安裝方式

根據前述仿真計算結果及電位限值的分析，可得出如下結論：

（1）供電線支柱接地電阻均為10W時，可有效降低短路時的電位；采用該方案，當供電線長度大于3 km時，需采取雙重絕緣方案。

（2）當供電線支柱接地電阻均為30W，供電線長度大于2.3 km時，需采取雙重絕緣方案。

具體實施中，可結合項目實際情況，選擇適當的接地電阻及回流線安裝方式。

3 結語

接觸網獨架供電線有必要設置用于流通故障電流的回流線，該回流線僅一端與回流系統連通，其直接與牽引變電所電網連接。該回流線最宜采用裸銅導線直接埋地的敷設方式，當困難地段需架空架設時，需結合當地大地土壤電阻率、獨架供電線長度合理選擇接地電阻值，并校核供電線對支柱閃絡時支柱上的電位，超出限值時需采取雙重絕緣安裝方案，確保人身安全。

[1] 鐵路總公司運輸局. 運供設備函[2016]325號《牽引變電所二次系統防強電侵入優化技術方案指導意見》[S]. 2016.

[2] 方大千. 輸配電速查速算手冊[J]. 北京：中國水利水電出版社，2001.

[3] IEC62128-1 Protective provisions against electric shock[S]. 2013.

For independent erected power supply feeders of overhead contact line, there is no smooth path for faulty current if there is arc flashing between power supply feeder and mast caused by the lightning striking or other reasons, and the protection devices are unable to distinguish and cut out the faults, which will be becoming the risks of the system, so the implementation scheme for independent erection of the power supply feeders and earthing for overhead contact line are put forward accordingly.

Independent erection of overhead contact line; return current; earthing

10.19587/j.cnki.1007-936x.2018.06.015

U224.2+5

B

1007-936X(2018)06-0064-03

2018-03-23

陳 敏.中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司，高級工程師。