高速铁路牵引变电所接地网优化

马志超(同济大学,上海 201199)



高速铁路牵引变电所接地网优化

马志超
(同济大学,上海 201199)

【摘 要】在传统接地系统中存在着很多问题,不相等的地网电位与电磁兼容性之间的问题是主要的问题,随着牵引变电所综合系统的不断发展和完善,这些问题没有得到解决,反而表现得越来越严重,所以,对高速铁路牵引变电所接地网进行优化是一项刻不容缓的工作。为了能够解决在牵引变电所中所存在的各种问题,变电所的接地网应逐渐发展成为综合类型的接地系统。

【关键词】高速铁路 牵引变电所 接地网 优化

在牵引变电所中设置接地网，是为了保证牵引变电所工作接地和防雷保护接地以及保护接地的重要设施，保证设备安全和人身安全以及牵引变电所的安全正常运行。如果接地网的设计不科学和不合理，势必会导致很严重的事故。

1 传统接地方法

我国在建设电气化铁道中，使用工频交流25kV供电，其牵引变电输出的电压为27.5kV。在变电内采用接地网TV-S接地系统，各种功能和设备的接地都共同运用一个地网。在变电所地网中运用扁钢布置成为水平长方形的结构，根据电阻率和土壤结构来决定网孔的尺寸和形状，在设备比较集中的地方设置直接地体，不断加强流散效果。

2 高速铁路牵引变电所接地网存在的问题

2.1 同一设备电位不相等

铁路牵引变电所特殊的工作形式导致很多问题的出现。在通常情况下，接地网并没有工作电流，即使有电流也是很小的，但是牵引变电所接地网在工作中却产生较大电流。在这样的情况下，既加大了跨步电压及接触电压，直接威胁到变电场所内的设备安全和人身安全。另外，导致变电所内测量和控制以及信号回路安装在不同的地点，并且同一设备的电位并不相等，这样可能会误动或者拒动保护装置，直接影响到供电的安全。

2.2 大量电磁信号的产生

在机车启动和加速时，所进行的一系列操作会造成变电所内电流发生变化，导致产生大量的电磁信号，可以这样讲，这种类型的电磁信号会直接影响变电所内的设备，破坏变电所系统的正常运行，同时现有的接地系统也不能很好地满足这些电磁信号屏蔽的需求。

3 高速铁路牵引变电所接地网优化

3.1 优化内容

主要包括2个方面:第一，在变电所结构上综合各种类型的接地体，将变电所接地网与电缆铠装和地下管道以及建筑物等等之间实行互相连接，这样可以形成一个强弱电合一和高低压兼容的接地网。另外，在功能上使接地系统的各用途综合运用，主要包括:(1)为各种类型过电压提供保护接地；(2)为杂散电流和牵引符合电流提供回流路径；(3)为通信设备和电子设备提供出更多屏蔽接地；(4)为通信系统提供保护接地和工作接地。

3.2 优化方案

在变电所中，所综合运用的设计方案，其中主要从拓扑结构上加以改造，解决接地网和每一个部位电势不均等的情况。常常采用的方法是消除环网局部电位差，并且运用环网之间的联络线，减少各环网之间的电位差。根据接地网的作用以及所处的位置，将接地环网分成四个部位:高压室接地环网、各接地环网的联络线、主控室接地环网、主变压器的接地环网。其中主控室接地环网和主变压器接地环网以及高压室接地环网为闭合环网结构，在环网内某两点之间如果存在电位差就会直接产生电流，这样就会影响到环网内部的电位差。同时，各接地环网通过变电所与联络线之间所连接的主接地网，这样就可以降低各个接地环网电位差值。

想要减少电磁的干扰，这就需要合理的接地方式。一般来说，在公共地线上会有各种电流信号流入和流出，而这部分电流信号会由地线阻抗而转化为电压。产生的这些电压会转变为会低电平信号放大器输入电路上的一部分电压，当这部分电压经低电平信号放大器输入时，位于公共地线上的耦合电压便会被放大，与此同时，形成干扰输出。

我们假设Z、Z1、Z2代表地线的等效电阻，其中I0、I1、I2为代表设备外壳所流入的电流。假设公用接地的等效电路为串联，电路上从左至右依次为电阻Z、干扰源、电阻Z1、设备1、电阻Z2、设备2，设干扰源、设备1、设备2与电路连接的点为A、B、C三个点，由于干扰源于设备之间的地线呈串联形式的，电位依次叠加，并且A，B，C点之间电位差较大，这样可以避免噪声过高。但这种接地形式虽然与每个电位有明显差异，但电阻较小，在目前接地系统得以广泛运用。其中A，C的电位为:

假设公用接地等效电路为并联，由于设备与干扰源之间的地线呈并联形式，各个电路的电位与本电路的电流和地线阻抗有着直接的关系，其中设备1与电阻Z1之间的点B、设备2与电阻Z2之间的点C，这两者间的电位差很小。在一般情况下，干扰源与电阻Z0之间的点A与接地网之间距离较近，抗干扰效果也就越好。并联公用接地在实际应用中很多。其中A，C的电位是:

综合上面之后可得到的一种综合接地系统方案，即:根据设备的不同用途和地点位置的不同，设置3个接地环网；一次设备和二次设备分别接入到不同的接地环网中，回流电单独在一个环网中使用，强弱电设备可以设置成并联接地方式。这样既能够减少在相同系统中不同设备的接地点之间的电位差，也可以降低高压设备和电源综合自动装置通信信号的干扰，这样便可以解决在原先的接地系统中所存在的一系列问题。

4 结语

总而言之，在牵引变电所综合接地系统中，运用环网减压和设置集中接地方式，既可以减少由于回流电流所引起的电位差，也可以减小电磁信号的自动化设备干扰，从而提高综合系统的使用性能，保证供电系统的安全性和可靠性。

参考文献:

[1]徐华,文习山,黄玲.大型变电站接地网的优化设计[J].高电压技术,2005,(12).

[2]陈金玉.综合自动化系统中电磁兼容的接地技术及其实践[J].电力设备,2004,(02):52-54.