关于牵引变回流电流对输电线路的故障分析与处理

刘宁畅 吴贵 胡荣俊 吕江江

贵州电网有限责任公司兴义供电局 贵州兴义 562400

伴随我国的城市化建设规模日益增大，铁路、高铁、地铁都在不断地新建，从而提高人民生活水平，降低城市与城市之间的距离。然而在这一背后的支撑非输电线路莫属，输电线路就是缩短城市之间距离的“大动脉”。输电线路与铁路牵引变的连接方式为“变电站-输电架空线路-铁路牵引变”。

1 输电线路与铁路牵引变连接图

上图为某地区110kV输电线路与牵引变的连接方式，输电线路与铁路牵引变通过架空地线和架空导线来连接，架空地线的作用为保护输电线路避免受到雷击的灾害，而架空导线就是为牵引变输送电能，保证铁路的正常运行[1]。

而铁路的接线方式如下图：

2 牵引变与输电线路之间的矛盾，故障分析

牵引变为高速通过的列车供电，而列车要具备速度快的特点，当速度越大，车本身就要克服更大的空气阻力进行运行，这样就加大了牵引变的负荷，这一负荷通常能达到几百A。

由图2我们可以清楚看到铁路的连接图为两相使用，一相接入钢轨使用，而钢轨和大地相连，所以这一相有部分电流能被铁路使用 部分电流就不能被使用进而直接进入了大地，而且授电时间长，如果牵引变的接地不符合标准，这大量的负荷电流就不能及时通过牵引变接地体进行泄流，就会通过大地从牵引变构架下方回流到输电线路架空地线上[2]。这样就会使输电线路架空地线流过很大的泄漏电流，一般可达到几十A到上百A。如下图：

2017年初至2018年12月03日区间，110kV某某铁路牵引线故障跳闸十多次，跳闸保护情况均大致一致，跳闸时间均为夜间20时至次日凌晨08时期间。说明多次跳闸故障均为一个故障原因。进过钳形表测量和红外线测温判断，铁路牵引变站内110kV某某铁路牵引线构架下方接地不良好，钳形表测量该处接地引下线最高时有270A电流，导致地线有电流通过，该站构架地线上多次发生烧断情况[3]。测量110kV某某铁路牵引线靠近牵引变最近一基杆塔接地引下线，电流最大有100A。输电线路作业人员查找110kV某某铁路牵引线故障原因，长期对临近牵引变的输电线路地段进行蹲点守候，一次在天气潮湿的夜间22时，发现输电线路最后一基杆塔靠近牵引变档距中间，发生弧光短路故障，进一步确定故障地段，次日通过无人机进行故障精细化巡视，发现档距中间导地线均有多处电弧烧伤痕迹，如下图：

该档距200米，经过测量A相导线距地线净空距离达到2．5米，按照常规情况这一距离是满足运行要求的，但是在地线携带的有电流运行时这一距离就会发生一定的变化。输电线路的电流方向和牵引变回流的方向如图3，根据电流的特性，“同向电流相互排斥异向电流相互吸引”，的特性。这样就会使输电架空导线与输电架空地线之间存在相互吸引的力，电流越大力越大，这样架空地线与架空导线之间的净空安全距离大大的减小，进一步就会引发线路放电跳闸[4]。

由上图知当地线存在电流经过时，产生“同向电流相互排斥异向电流相互吸引”，的特性。

F=BIL

F：两相导线之间的吸引力

B：导线产生磁场的强度

L：导线长度

由图和公式知F和地线与导线之间的距离D成反比（F越大D就越小），根据电流特性（及上诉公式），电流I越大，他们之间的力F就越大，D就越小。当空气潮湿或者空气中杂质比较多的情况下，这样的空气距离就会被击穿，形成通道发生接地跳闸。跳闸过后输电线路没有电流流过，他们之间的力F就消失不见，它们之间的距离D就恢复到正常值（正常运行时的安全距离）。当运行人员进行故障巡视时，线路已经跳闸停电了没有电流经过，地线与导线之间的距离D，符合运行规范。运行人员若缺乏类似的故障经验就不能轻易发现该故障位置。这样故障就一直存在我们的线路上，如果长期存在不给予解决，那么就大大的降低了输电线路的可靠运行，还会对架空地线和架空导线带来不可修复的伤害[5]。

3 结语

由故障分析可知，要杜绝这样的故障，就要对其架空地线电流进行处理，故需要在输电架空地线大小号侧进行绝缘并加装防雷放电间隙处置来阻隔牵引变泄漏电流回流到地线。该特点就可以阻断地线电流形成的回路，没有电流经过它们之间的力F就随之消失不见。

而防雷放电间隙处置不仅可以阻断牵引变回流，而且不影响雷电流的通道，因为雷电流的幅值比较大，当有雷电流经过时，就可以击穿该间隙形成通道，达到泄流的效果。从而就可以杜绝地线带电运行的缺陷方式。