普速鐵路電力系統中性點接地方式探討

摘要：鐵路電力系統作為鐵路系統行車供電的重要設備，同時又是國家電力系統的組成部分通過著重分析普速鐵路電力系統中性點接地方式的主要特征和優缺點，并圍繞常見中性點接地方式的選擇依據與方法展開探討，提出了一些實際可行的合理建議，旨在強化鐵路電力系統的供電可靠性、安全性，提高電能質量，促使鐵路電力系統為鐵路運輸更好地發揮作用。

關鍵詞：普速鐵路電力系統中性點接地中性點經小電阻接地調壓器電抗器

ExplorationofNeutralGroundingMethodsinthePowerSystemofOrdinary-SpeedRailways

WANGZhe

TaiyuanPowerSupplySectionofDaqinRailwayCo.，Ltd.，Taiyuan，ShanxiProvince，030000China

Abstract：Therailwaypowersystemisimportantequipmentfortrafficpowersupplyintherailwaysystemandalsoacomponentofthenationalpowersystem.Thisarticlefocusesonanalyzingthemaincharacteristics，advantagesanddisadvantagesoftheneutral groundingmethodinthepowersystemofordinary-speedrailways，explorestheselectionbasisandmethodsofcommonneutralgroundingmethods，andputsforwardsomepracticalandfeasiblereasonablesuggestions，aimingtostrengthenthereliabilityandsafetyofpowersupplyintherailwaypowersystem，improvepowerquality，andpromotetherailwaypowersystemtoplayabetterroleinrailwaytransportation.

KeyWords：Neutralgroundinthepowersystemofordinary-speedrailways;Neutralgroundthroughsmallresistors;Voltageregulator;Electricreactor

鐵路電力系統主要由自動閉塞電線路、電力貫通線路及鐵路變、配電所、電源線路等構成，為鐵路行車電務、通信、車輛等信號及車站乘降組織、設備維修部門的生產生活等負荷提供電力供應。鐵路電力系統作為國家電力系統的重要組成部分，具有明顯的電力和鐵路雙重特征屬性。

加強對普速鐵路電力系統中性點接地方式的研究，在設計、施工、運維等多環節綜合考量，合理選擇中性點接地方式，對于提升鐵路電力系統的安全運行水平有較大意義。

1鐵路電力系統中性點接地方式應用簡介

鐵路電力系統中性點接地方式一般指變壓器的接地方式，是一種工作接地，與電壓等級、單相接地短路電流、過電壓水平、繼電保護配置息息相關，是一個綜合性技術問題，可分為中性點非直接接地系統（包括不接地、經消弧線圈接地、經高阻接地）及中性點直接接地系統（包括直接接地、經小電阻接地）。

鐵路電力系統從國家電網取得的電源均采用的是中性點不接地方式，鐵路電力變、配電所的站區饋出回路一般從二段母線（電源母線之后，調壓器之前）直接輸出，即采用中性點不接地方式；鐵路電力貫通線路調壓變壓器可根據實際需要選用接地方式。

與高速鐵路電力系統采用經小電阻接地方式不同，普速鐵路電力系統普遍采用中性點不接地方式，這種方式雖然具備一定的優勢。但隨著鐵路電力技術改造的推進和更高標準安全的要求，普速鐵路電力系統接地方式在新時代環境下有一定的探討空間。

2中性點不接地方式的優勢與局限

根據《鐵路電力設計規范》（TB10008-2015）中關于供配電系統配置的要求，電力貫通線路的形式應根據供電安全可靠性、工程實際情況綜合確定采用架空與電纜混合線路，或全電纜線路。基于鐵路電力建設項目投資限制、技術必要性要求，目前鐵路投運的普速鐵路電力貫通線路多為以單一架空線路或以架空線路為主的混合線路，其中性點接地方式多采用中性點絕緣系統和小電流接地系統，按照《鐵路電力管理規則》第69條此類系統單相接地故障應及時處理，允許故障運行時間一般不超過2h[1]。結合某局某段普速電力2023年1月至10月的實際運行情況，發生的152件電力跳閘中，構成設備故障的15件，其中責任設備故障2件、非責任設備故障13件，外部環境因素構成對電力架空線路安全穩定運行的第一威脅。其中發生的一起樹木侵入架空線路限界造成邊相對地虛接的問題，在2h內及時發現了原因并進行了處置，在未對鐵路行車造成影響的情況下，有效避免了衍生故障。表明在既有的設備技術條件下，中性點不接地系統有一定的優勢。

電力電纜線路與架空線路相比，其絕緣裕度相對較小，不具備很強的過電壓承受能力，當出現單相接地故障，非故障相電壓升高至線電壓以上，非故障相電纜多點擊穿的概率大，且由于電纜線路故障電容電流較大，故障點絕緣迅速燒損，極易造成相間故障。因電纜線路多采用埋設、穿管、橋架等隱蔽施工方式，故障原因查找困難，限于電纜中間頭制作及電纜敷設等搶修方式及行車條件的制約，此類故障通常無法在短時間內得到良好處置。結合實際運行經驗，電力電纜故障基本是絕緣擊穿的問題，因電纜絕緣屬于有機絕緣形式，此類故障多為永久性，絕緣無法自恢復，中性點不接地系統不利于及時斷電，易造成故障區域絕緣嚴重燒損，致使故障范圍擴大，將電源屏報警等問題次生為紅光帶等故障，對行車造成影響，甚至造成線路長時間停運，帶來嚴重的安全風險，或引發社會不良影響。

3普速鐵路電力系統中性點接地方式的選擇

鐵路電力系統中性點接地方式的正確選擇對于系統的穩定運行極為關鍵，其選擇的核心問題是在減少外界環境不利因素引起的不必要跳閘、加強重要負荷的不間斷供電與實現線路有效保護、控制故障范圍并在故障情況下確保正常設備的電氣及絕緣可靠性間的權衡。

按照《鐵路電力設計規范》（TB10008-2015）中關于供配電系統配置的要求，經調壓器供電的10（20）kV電力貫通線路，其系統中性點接地方式的要求是：一是當系統單相接地故障電容電流不大于10A時，應采用不接地系統[2]。二是當系統單相接地故障電容電流不大于150A時，可采用低電阻接地方式或消弧線圈接地方式；當系統單相接地故障電容電流大于150A時，宜采用低電阻接地方式。三是全電纜線路宜采用低電阻接地方式。四是低電阻接地方式的接地電阻宜按照單相接地電流200～400A、接地故障瞬時跳閘方式選擇。《高速鐵路設計規范》（TB10621-2014）明確要求，當系統單相接地故障電容電流不大于30A時，中性點可采用不接地系統，故障電容電流通過中性點接地的電抗器補償。

按照電力鐵路工程設計技術手冊推算常用70mm2、95mm2截面鋁芯電纜在單相接地電容電流值分別為10A、30A、60A、100A、150A情況下對應的電纜長度（計算結果如表1所示），可根據電纜長度選擇合理接地方式。

依托于中性點接地的方式，可實現快速切除故障，通過零序保護在0.2～2.0s內動作將故障切除，降低次生永久性電氣事故概率，保護電力設備的絕緣可靠性及使用壽命。

4常見中性點接地方式的比較

4.1中性點不接地方式

中性點不接地方式在以架空線路占主導的線路中具有在單相接地故障情況下，可連續供電1～2h的優勢；但在以電纜線路占主導的線路中，容易造成故障擴大。

4.2中性點經消弧線圈接地方式

相較于中性點不接地方式，該方式利用消弧線圈的電感電流對電容電流進行補償，使得流過接地點的電流減小到能夠自行熄滅，減少弧光過電壓的發生，同樣具備單相接地故障情況下可連續供電1～2h的優勢且不會使得單相故障發展為相間故障；但該種方式對于接地保護的要求較高，無法檢測出接地的故障線路且易發生諧振，不能有效釋放線路上的殘余電荷[3]。

4.3中性點經小電阻接地方式

中性點經小電阻接地方式在以電纜線路占主導的線路中，單相接地故障情況時，通過小電阻能良好地控制弧光接地過電壓，并可有效控制系統諧振過電壓，有較好的限流降壓作用，有相對較高的零序過流保護性能，有助于及時消除電力系統中出現的故障問題；小電阻接地方式有一定的局限性，尤其是在架空線路段，因跳閘頻率增加，電力系統的運行會受到影響，供電功能相應弱化，且在一定程度上增加了設備維護難度[4]。

5關于鐵路電力系統中性點接地方式的探討

（1）加強自動跟蹤消弧線圈裝置的利用，此種方式優勢是在電力系統發生瞬間接地故障的情況下，可自動消除系統故障，從而減少跳閘次數。當電力系統發出故障報警信號，通過利用自動跟蹤消弧線圈能產生相應的補償電流，進而實現對電力線路的再次補償，可減少三相線路間出現的短路故障，使得系統的穩定性及安全性得到保證[5]。與此同時，因為對于消弧裝置來說，其存在對應的熄弧臨界值，與此臨界值相比，如果接地電流較小，在消弧裝置的作用下，電壓恢復速度會得到提升，有助于在相對可靠的情況下使電弧熄滅，降低電弧重燃的可能性，進而減少電力事故，為中性點接地的正常運行提供有效保障。

（2）普速既有貫通、自閉線路改造中，如電纜線路在架空線改造后連通并占到較大比例，建議考慮通過集中或分散補償箱式電抗器的方式對常態電容電流下感性無功進行補償（計算結果如表2所示，工作電容取值為：70mm2鋁芯電纜0.22μF/km，95mm2鋁芯電纜0.24μF/km），并應當同步考慮配電室的適應性改造，同時對兩側配電室調壓器中性點接地方式按照計算數據進行相應調整[6]。

極端的情況是在系統不接地的情況下，電纜如采用高鐵標準的單芯電纜，在單相接地故障情況下2h內不會被切除，會使得電纜線路持續燒損，而單芯電纜燒損后對相鄰相的影響較弱更加劇了這一狀況，無法觸發跳閘，極易造成系統性故障。

6結語

普速鐵路電力系統中，中性點接地方式的選擇直接影響系統運行的安全性及穩定性，中性點接地方式選擇不合理極易造成次生故障和衍生事故。通過計算、比較，綜合選擇中性點合理的接地方式，對于有效切除故障，保護設備絕緣，確保運輸供電，強化人身、行車安全意義重大。

參考文獻

[1]閆琛.關于中蘭鐵路與中川城際鐵路電力互供的探討[J].電子元器件與信息技術，2023，7（2）：18-21.

[2]莊文睿，郭謀發.基于時頻譜圖的配電網高阻接地故障智能識別方法[J/OL].福州大學學報（自然科學版）：1-8[2024-01-15].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/35.1337.N.20240110.1001.030.html.

[3]陳藝博，郭文波，李寅偉等.關于預防超高壓電力變壓器質量事故措施的思考[J].人民黃河，2023，45（S2）：170-171，173.

[4]徐焰.中性點接地方式對供電可靠性的影響分析[J].機電信息，2018（9）：126-127.

[5]王偉男.雙極直流電網接地方式研究[D].北京：華北電力大學（北京），2019.

[6]胡文廣.中低壓配電網新型中性點接地方式研究[D].南昌：華東交通大學，2019.