馬志超(同濟(jì)大學(xué),上海 201199)

?

高速鐵路牽引變電所接地網(wǎng)優(yōu)化

馬志超
(同濟(jì)大學(xué),上海 201199)

【摘 要】在傳統(tǒng)接地系統(tǒng)中存在著很多問題,不相等的地網(wǎng)電位與電磁兼容性之間的問題是主要的問題,隨著牽引變電所綜合系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善,這些問題沒有得到解決,反而表現(xiàn)得越來越嚴(yán)重,所以,對高速鐵路牽引變電所接地網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化是一項(xiàng)刻不容緩的工作。為了能夠解決在牽引變電所中所存在的各種問題,變電所的接地網(wǎng)應(yīng)逐漸發(fā)展成為綜合類型的接地系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】高速鐵路 牽引變電所 接地網(wǎng) 優(yōu)化

在牽引變電所中設(shè)置接地網(wǎng)，是為了保證牽引變電所工作接地和防雷保護(hù)接地以及保護(hù)接地的重要設(shè)施，保證設(shè)備安全和人身安全以及牽引變電所的安全正常運(yùn)行。如果接地網(wǎng)的設(shè)計不科學(xué)和不合理，勢必會導(dǎo)致很嚴(yán)重的事故。

1 傳統(tǒng)接地方法

我國在建設(shè)電氣化鐵道中，使用工頻交流25kV供電，其牽引變電輸出的電壓為27.5kV。在變電內(nèi)采用接地網(wǎng)TV-S接地系統(tǒng)，各種功能和設(shè)備的接地都共同運(yùn)用一個地網(wǎng)。在變電所地網(wǎng)中運(yùn)用扁鋼布置成為水平長方形的結(jié)構(gòu)，根據(jù)電阻率和土壤結(jié)構(gòu)來決定網(wǎng)孔的尺寸和形狀，在設(shè)備比較集中的地方設(shè)置直接地體，不斷加強(qiáng)流散效果。

2 高速鐵路牽引變電所接地網(wǎng)存在的問題

2.1 同一設(shè)備電位不相等

鐵路牽引變電所特殊的工作形式導(dǎo)致很多問題的出現(xiàn)。在通常情況下，接地網(wǎng)并沒有工作電流，即使有電流也是很小的，但是牽引變電所接地網(wǎng)在工作中卻產(chǎn)生較大電流。在這樣的情況下，既加大了跨步電壓及接觸電壓，直接威脅到變電場所內(nèi)的設(shè)備安全和人身安全。另外，導(dǎo)致變電所內(nèi)測量和控制以及信號回路安裝在不同的地點(diǎn)，并且同一設(shè)備的電位并不相等，這樣可能會誤動或者拒動保護(hù)裝置，直接影響到供電的安全。

2.2 大量電磁信號的產(chǎn)生

在機(jī)車啟動和加速時，所進(jìn)行的一系列操作會造成變電所內(nèi)電流發(fā)生變化，導(dǎo)致產(chǎn)生大量的電磁信號，可以這樣講，這種類型的電磁信號會直接影響變電所內(nèi)的設(shè)備，破壞變電所系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時現(xiàn)有的接地系統(tǒng)也不能很好地滿足這些電磁信號屏蔽的需求。

3 高速鐵路牽引變電所接地網(wǎng)優(yōu)化

3.1 優(yōu)化內(nèi)容

主要包括2個方面:第一，在變電所結(jié)構(gòu)上綜合各種類型的接地體，將變電所接地網(wǎng)與電纜鎧裝和地下管道以及建筑物等等之間實(shí)行互相連接，這樣可以形成一個強(qiáng)弱電合一和高低壓兼容的接地網(wǎng)。另外，在功能上使接地系統(tǒng)的各用途綜合運(yùn)用，主要包括:(1)為各種類型過電壓提供保護(hù)接地；(2)為雜散電流和牽引符合電流提供回流路徑；(3)為通信設(shè)備和電子設(shè)備提供出更多屏蔽接地；(4)為通信系統(tǒng)提供保護(hù)接地和工作接地。

3.2 優(yōu)化方案

在變電所中，所綜合運(yùn)用的設(shè)計方案，其中主要從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上加以改造，解決接地網(wǎng)和每一個部位電勢不均等的情況。常常采用的方法是消除環(huán)網(wǎng)局部電位差，并且運(yùn)用環(huán)網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線，減少各環(huán)網(wǎng)之間的電位差。根據(jù)接地網(wǎng)的作用以及所處的位置，將接地環(huán)網(wǎng)分成四個部位:高壓室接地環(huán)網(wǎng)、各接地環(huán)網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線、主控室接地環(huán)網(wǎng)、主變壓器的接地環(huán)網(wǎng)。其中主控室接地環(huán)網(wǎng)和主變壓器接地環(huán)網(wǎng)以及高壓室接地環(huán)網(wǎng)為閉合環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在環(huán)網(wǎng)內(nèi)某兩點(diǎn)之間如果存在電位差就會直接產(chǎn)生電流，這樣就會影響到環(huán)網(wǎng)內(nèi)部的電位差。同時，各接地環(huán)網(wǎng)通過變電所與聯(lián)絡(luò)線之間所連接的主接地網(wǎng)，這樣就可以降低各個接地環(huán)網(wǎng)電位差值。

想要減少電磁的干擾，這就需要合理的接地方式。一般來說，在公共地線上會有各種電流信號流入和流出，而這部分電流信號會由地線阻抗而轉(zhuǎn)化為電壓。產(chǎn)生的這些電壓會轉(zhuǎn)變?yōu)闀碗娖叫盘柗糯笃鬏斎腚娐飞系囊徊糠蛛妷海?dāng)這部分電壓經(jīng)低電平信號放大器輸入時，位于公共地線上的耦合電壓便會被放大，與此同時，形成干擾輸出。

我們假設(shè)Z、Z1、Z2代表地線的等效電阻，其中I0、I1、I2為代表設(shè)備外殼所流入的電流。假設(shè)公用接地的等效電路為串聯(lián)，電路上從左至右依次為電阻Z、干擾源、電阻Z1、設(shè)備1、電阻Z2、設(shè)備2，設(shè)干擾源、設(shè)備1、設(shè)備2與電路連接的點(diǎn)為A、B、C三個點(diǎn)，由于干擾源于設(shè)備之間的地線呈串聯(lián)形式的，電位依次疊加，并且A，B，C點(diǎn)之間電位差較大，這樣可以避免噪聲過高。但這種接地形式雖然與每個電位有明顯差異，但電阻較小，在目前接地系統(tǒng)得以廣泛運(yùn)用。其中A，C的電位為:

假設(shè)公用接地等效電路為并聯(lián)，由于設(shè)備與干擾源之間的地線呈并聯(lián)形式，各個電路的電位與本電路的電流和地線阻抗有著直接的關(guān)系，其中設(shè)備1與電阻Z1之間的點(diǎn)B、設(shè)備2與電阻Z2之間的點(diǎn)C，這兩者間的電位差很小。在一般情況下，干擾源與電阻Z0之間的點(diǎn)A與接地網(wǎng)之間距離較近，抗干擾效果也就越好。并聯(lián)公用接地在實(shí)際應(yīng)用中很多。其中A，C的電位是:

綜合上面之后可得到的一種綜合接地系統(tǒng)方案，即:根據(jù)設(shè)備的不同用途和地點(diǎn)位置的不同，設(shè)置3個接地環(huán)網(wǎng)；一次設(shè)備和二次設(shè)備分別接入到不同的接地環(huán)網(wǎng)中，回流電單獨(dú)在一個環(huán)網(wǎng)中使用，強(qiáng)弱電設(shè)備可以設(shè)置成并聯(lián)接地方式。這樣既能夠減少在相同系統(tǒng)中不同設(shè)備的接地點(diǎn)之間的電位差，也可以降低高壓設(shè)備和電源綜合自動裝置通信信號的干擾，這樣便可以解決在原先的接地系統(tǒng)中所存在的一系列問題。

4 結(jié)語

總而言之，在牽引變電所綜合接地系統(tǒng)中，運(yùn)用環(huán)網(wǎng)減壓和設(shè)置集中接地方式，既可以減少由于回流電流所引起的電位差，也可以減小電磁信號的自動化設(shè)備干擾，從而提高綜合系統(tǒng)的使用性能，保證供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn):

[1]徐華,文習(xí)山,黃玲.大型變電站接地網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計[J].高電壓技術(shù),2005,(12).

[2]陳金玉.綜合自動化系統(tǒng)中電磁兼容的接地技術(shù)及其實(shí)踐[J].電力設(shè)備,2004,(02):52-54.