牽引變電所亭接地系統測試的改進建議

曲云飛

（中鐵電氣化局京滬高鐵維護管理公司，工程師，北京 100000）

0 導言

在鐵路牽引供電系統中牽引變電所是整個供電系統的核心，起著承前啟后的作用，但由于其進線系統和饋線系統的主體架構都為架空線路結構，且高壓設備一般采取室外布置模式，容易受到外界環境的影響，尤其是受雷電大氣過電壓的侵擾，成為發生設備故障、影響鐵路安全運輸的潛在因素。因此，探索提升牽引變電所亭接地系統測試客觀性、準確性、科學性方法，確保所亭接地網狀態良好，是一道需要鐵路高鐵牽引供電維護檢修和管理人員努力破解具有現實性、重要性和實踐性的研究課題。筆者結合工作體會和思考略陳管見，期待起到拋磚引玉、集思廣益的作用。

1 國家和行業標準

《接地裝置特性參數測量導則》（DL/T475）規定接地電阻測試方法一般采用電流-電壓表三極法，分別為直線法和夾角法，但對于大型接地系統來說一般采用夾角法，線路布置方法見圖1即大型接地系統接地電阻測試示意圖。

其中dc≈dp，一般取4D～5D,

接地阻抗修正公式為：

θ為電流線和電壓線的夾角；

Z′為接地阻抗的測試值。

如果土壤電阻率均勻，可采用dc=dp=2D相等的等腰三角形布線，此時使θ約為30°，dc=dp=2D。

圖1 大型接地系統接地電阻測試示意圖

2 現狀調查

根據鐵路總公司《高速鐵路牽引變電所檢修規則》（鐵總運［2015］50號），牽引變電所亭應每年雷雨季節之前對接地網進行接地電阻測試，以保證所亭設備安全。但根據設計規范要求，牽引變電所亭的設計接地電阻是根據地質調查中的土壤電導率和土壤結構確定初步擬定的接地電阻值，然后再結合理論最大短路電流，得出運營中安全的地表的接觸電位差和跨步電位差，最終綜合計算得出接地電阻值。

由于在實際運營以后，牽引變電所亭的接地網是和線路綜合接地網及220 kv進線架空地線是直接相連的，因此采用傳統的測試方式得出的結論雖具有一定的參考性，但無法對所亭自身的接地系統的狀態進行準確的判斷。新建鐵路變電所在施工建設期，由于不受外部條件和環境的影響，施工和測試可以完全遵照國家和行業的相關規定進行，程序和布驟可控，測試數據真實有效，但當鐵路線路開通運營后，牽引變電所接地網會與綜合接地網和進線架空地線公網相連接，從而使得接地電阻測試所得數據和設計值不具有可比性，客觀上失去了測試的意義。

在全國運營線路中曾多次發生因牽引變電所亭接地電阻不符合標準要求，雷電大氣過電壓造成的大范圍的設備燒毀，形成長時間中斷行車的惡性故障。（1）2013年7月29日，京滬高鐵德州東牽引變電所，因雷擊德州東站22#正饋線絕緣子，接地電阻不良造成212饋線保護裝置損壞，引起主變201（202）斷路器越級跳閘，直接影響了29列高鐵動車組的正常運輸。（2）2016年6月1日，寧安高鐵池州牽引變電所供電線遭受雷擊，造成供電線絕緣子、架空地線、高壓電纜、接地引下線、網隔開機構箱、電源分支箱等設備損壞，并形成工頻供電回路短路故障，全所停電，退出運行。（3）2017年7月6日，津霸線永清分區所發生一起因所外網隔受雷擊、高電壓、大電流通過網隔機構箱電纜侵入永清分區所，造成部分交、直流設備燒損的故障。上述實例說明保持所亭接地網技術參數達標且工作狀態良好，是確保鐵路運輸正常進行的重要環節之一。

3 原因分析

高速鐵路牽引變電所亭的接地電阻測試方法和電流分布如圖2所示。結合圖2分析：所亭接地電阻為恒定值，接地電阻測試設備所產生的電流為，由于存在圖2中的電流分布，電流分布規律遵循基爾霍夫電流定律（KCL節點定律）：

測試點產生的感應電勢為：

因此測試設備最終得出的測試電阻為：

由公式（2）可知，可知，即測試所得電阻值等于或小于牽引變電所亭實際接地電阻值。

圖2 接地測試接線方式和電流分布示意圖

4 改進措施

由公式2和公式4可知，當時，測試電流不從進線架空地線和綜合接地網分流時，即和，則可得，依據此推論可得出如下改進措施建議：

1）牽引變電所亭接地電阻測試時，測試線應盡量遠離綜合接地網和架空進線的方向，以增大此方向上的電阻值，使電流分量和盡量縮小，減少對接地電阻的干擾。此方法適用于變電所亭接地網與綜合接地網和進線架空地線無法解列，并且所亭外具備廣闊的空間條件下使用，測試得出的接地電阻數據存在有一定的誤差。

2）如果可以斷開牽引變電所亭接地網與綜合接地網和進線架空地線的連接，則應該在三者解列狀態對所亭接地網進行接地電阻測試。此方法測試手段簡單，抗干擾能力強，測試條件符合設計要求，所得測試數據與設計接地電阻值可比較，是最優的測試方法。

3）如果測試空間條件無法滿足測試要求，且變電所亭接地網與綜合接地網和進線架空地線由于運營條件限制無法解列，則可以在各回路或關鍵節點處設置高精度電量采集設備，采集和，得出電流分布圖，取其有效值，排除其干擾值，然后手動計算得出實際接地電阻值。

5 現場測試

利用某新建城際鐵路線路牽引變電所進行接地電阻測試試驗驗證。在此驗證過程中測試設備采用保定斯銳特型號為SR2308抗干擾異頻接地電阻測試儀，測試接地極位置和接點設備測試點保持不變，測試環境情況保持基本一致的情況下進行。為確保測試結果具有客觀性、準確性和科學性，從以下四個方面進行驗證。

1）驗證一：即驗證變電所亭接地網與綜合接地網和進線架空地線解列與否，對接地電阻數據測試結果的差別，測試數據見表1。

表1 驗證一所得測試數據

2）驗證二：即驗證遠離綜合接地網和架空進線的方向對測試接地電阻的影響，測試數據見表2。

表2 驗證二所得測試數據

3）驗證三：即解列變電所亭接地網與綜合接地網和進線架空地線的連接，測試數據見表3。

表3 驗證三所得測試數據

4）驗證四：即驗證空間條件無法滿足測試要求，且變電所亭接地網與綜合接地網和進線架空地線由于運營條件限制無法解列，測試數據見表4。

表4 驗證四所得測試數據

綜上所述，實際測試接地電阻值與改進措施中的預計值相符，即變電所亭接地網與綜合接地網和進線架空地線的連接方式對接地電阻的測試影響較大；測試時可以通過遠離綜合接地網和進線架空地線減小接地電阻的測試誤差；如果所亭具備條件，盡量采用解列法測試；如不具備條件可以采用電量采集法手動進行計算，以獲取符合條件的接地電阻數據。

6 結束語

高速鐵路已經作為中國對外宣傳的名片，社會影響和政治影響重大。但由于高鐵近十年來的跨越式發展，數據和經驗的積累明顯滯后，不可避免的會出現很多意料之外的問題，因此需要廣大的鐵路技術工作者對各類問題進行系統的分析歸納，不斷總結和積累經驗，以確保供電安全穩定。