京滬高鐵綜合接地系統(tǒng)

1、.京滬高速鐵路綜合接地系統(tǒng)高速電氣化鐵路由于列車運(yùn)行速度高、電流大和行車密度高，而且高速鐵路大部分為全封閉高架線路，致使鋼軌對(duì)地泄漏電阻較大；高速電氣化鐵路的牽引負(fù)荷電流、故障短路電流和鋼軌泄漏電阻均較既有普通鐵路顯著增大，從而造成高速電氣化鐵路的鋼軌電位急劇增高，并對(duì)旅客及某些設(shè)備的安全構(gòu)成威脅，因此京滬高速鐵路的接地系統(tǒng)必須滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。高速電氣化鐵路的鋼軌泄漏電阻較大（一般是高架或高路堤區(qū)段），一般不能依靠鋼軌作為基本接地體；牽引網(wǎng)短路電流和牽引回流對(duì)沿線相關(guān)電氣設(shè)施和人身安全產(chǎn)生影響，在高速鐵路沿線有限的范圍內(nèi)通過綜合接地系統(tǒng)加以防護(hù)；接地系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)應(yīng)由電氣化、橋梁、隧道、路基、

2、站場、軌道和信號(hào)等專業(yè)協(xié)調(diào)完成。一、 接觸電壓和鋼軌電位的安全標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)歐洲EN50122-1標(biāo)準(zhǔn)，接觸電壓和鋼軌電位在不同情況下的安全標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。在該表中，鋼軌電位的允許值按與鋼軌相距2m作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)和防護(hù)點(diǎn)。對(duì)于各種供電方式，在一般情況下影響鋼軌電位的最主要因素在于鋼軌對(duì)地的泄漏電阻。表1 接觸電壓和鋼軌電位的安全標(biāo)準(zhǔn)工作條件接觸電壓（V）正常、長期運(yùn)行60故障、短時(shí)運(yùn)行（0.1s）842降低鋼軌電位的措施主要包括：降低鋼軌泄漏電阻、在線路的上下行各架設(shè)一根保護(hù)線、在鋼軌與保護(hù)線間每隔一定距離作多次橫向聯(lián)結(jié)（CPW線）、在復(fù)線上下行軌道間作橫向聯(lián)結(jié)線（CB）、增設(shè)附加地線和附加接地極來加強(qiáng)

3、回流電路、采取等電位聯(lián)結(jié)、在車站站臺(tái)表面作絕緣處理或設(shè)置鋼軌電位限制裝置、減小故障時(shí)開關(guān)的跳閘時(shí)間等。二、 接地系統(tǒng)的方案構(gòu)成及其仿真模擬計(jì)算1. 總體方案高速牽引網(wǎng)的接地系統(tǒng)包括雙重絕緣和直接接地兩種方式。牽引網(wǎng)的雙重絕緣方式為通過保護(hù)線和放電間隙接鋼軌來實(shí)現(xiàn)閃絡(luò)保護(hù)，保護(hù)線每隔35km與鋼軌相聯(lián)結(jié)，上下行鋼軌間實(shí)行多點(diǎn)并聯(lián)；但這種接地方式存在以下缺點(diǎn)：1）牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，2）放電間隙成為接地系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，而且接地效果不如直接接地可靠和安全。牽引網(wǎng)的直接接地方式為保護(hù)線直接與鋼軌相聯(lián)結(jié)且保護(hù)線不設(shè)絕緣，這種接地方式可為供電設(shè)備提供安全、可靠和穩(wěn)定的接地。為避免接地效果受鋼軌泄漏電阻的影響

4、，在鋼軌附近敷設(shè)一根接地線，保護(hù)線和鋼軌每隔12km與接地線相聯(lián)結(jié)；若不設(shè)該接地線，則保護(hù)線每隔1km左右設(shè)一處接地極，而且接地電阻一般在10W以下；同時(shí)該接地線還可作為京滬高速鐵路沿線的綜合接地體，統(tǒng)一考慮各類設(shè)備的工作接地和安全接地，減少不同系統(tǒng)之間由于地網(wǎng)而引起的相互干擾。建議京滬高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中接觸網(wǎng)的接地系統(tǒng)采用綜合接地線的直接接地方式。高速牽引網(wǎng)的綜合接地系統(tǒng)主要由鋼軌、保護(hù)線、接地線、扼流圈、CPW線、CB線、鋼軌與接地線間的聯(lián)結(jié)線（GE線）和接地極等部分構(gòu)成。在車站站臺(tái)范圍內(nèi)，當(dāng)鋼軌電位仍不能滿足安全電位要求時(shí)，車站站臺(tái)表面需作絕緣處理或設(shè)置鋼軌電位限制裝置。2. 計(jì)算條

5、件l 電力系統(tǒng)短路容量：4000MVA；l 牽引變壓器采用單相接線，次邊的中點(diǎn)引出并接于鋼軌，額定容量為63MVA，阻抗電壓為12；l 牽引網(wǎng)額定電壓2×25kV，額定頻率50Hz；l 供電臂長度30km，AT所間距為15km；l 土壤電阻率50W·m；l 牽引網(wǎng)導(dǎo)線型號(hào)：接觸線CuSn-150，承力索THJ-120，正饋線LGJ-240，保護(hù)線LGJ-120，鋼軌P60，接地線TJ-95(帶鉛護(hù)套)；l 上下行接觸網(wǎng)和正饋線分別在供電臂首端、中間AT所和末端分區(qū)所處實(shí)現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行；l CPW線、CB線和GE線的間距均為1.5km。綜合接地線初步選用帶鉛護(hù)套的銅絞線，截面為9

6、5mm2。從電氣化專業(yè)角度來說，在線路上行或下行設(shè)置一根綜合接地線即可滿足本專業(yè)的要求，上下行是否需要同時(shí)設(shè)置綜合接地線，可視其它專業(yè)的要求確定。綜合接地線需全線貫通，因此綜合接地線必然存在接頭，接頭宜采用焊接方式。3. 仿真模擬結(jié)果在AT供電方式牽引網(wǎng)的T-R、T-F、T-PW和F-PW四種短路型式中，鋼軌電位以T-R這一短路情況為最高；而且在牽引網(wǎng)不設(shè)置綜合接地線的情況下，鋼軌最高電位隨鋼軌泄漏電阻的增大而增大。對(duì)于本線的高架橋區(qū)段，鋼軌泄漏電阻設(shè)定為100W·km，當(dāng)不設(shè)置綜合接地線、CB線和GE線的情況下，牽引網(wǎng)T-R短路時(shí)的鋼軌最高電位曲線如圖1所示。圖1 鋼軌最高電位曲線

7、1對(duì)于本線的高架橋區(qū)段，鋼軌泄漏電阻設(shè)定為100W·km，綜合接地線需按50m的間距作接地極，其接地電阻為4W，此時(shí)牽引網(wǎng)T-R短路時(shí)的鋼軌最高電位曲線如圖2所示,高速列車在正常運(yùn)行時(shí)的鋼軌最高電位曲線如圖3所示。圖2 鋼軌最高電位曲線2圖3 鋼軌最高電位曲線3（列車正常運(yùn)行）對(duì)于本線的隧道區(qū)段，鋼軌泄漏電阻設(shè)定為15W·km，綜合接地線需按50m的間距作接地極，其接地電阻為4W，此時(shí)牽引網(wǎng)T-R短路時(shí)的鋼軌最高電位曲線如圖4所示。圖4 鋼軌最高電位曲線4對(duì)于本線的高路堤區(qū)段，鋼軌泄漏電阻設(shè)定為15W·km，綜合接地線需埋置在土壤中，此時(shí)牽引網(wǎng)T-R短路時(shí)的鋼軌最

8、高電位曲線如圖5所示。圖5 鋼軌最高電位曲線5由圖1、圖2、圖4和圖5可見，牽引網(wǎng)采取設(shè)置綜合接地線等措施后，牽引網(wǎng)故障情況下的鋼軌最高電位已被顯著降低，并在鋼軌安全電位的允許范圍內(nèi)；雖然高架區(qū)段和隧道、路基區(qū)段的鋼軌泄漏電阻相差較大，但在采用設(shè)置綜合接地線來降低鋼軌最高電位的措施后，兩者已基本接近，這表明此時(shí)鋼軌最高電位值與鋼軌泄漏電阻的大小關(guān)系不大；雖然鋼軌電位在兩CPW線的中部附近較高，但綜合接地線的電位已顯著降低，如圖6所示；另外牽引變電所附近5km范圍內(nèi)為鋼軌電位防護(hù)的重點(diǎn)區(qū)域，在牽引變電所附近的車站站臺(tái)表面可考慮采取絕緣措施。圖6 綜合地線最高電位曲線三、 綜合接地系統(tǒng)的實(shí)施方案1

9、. 綜合接地線的設(shè)置位置在高架橋和隧道區(qū)段，綜合接地線為帶絕緣外皮的銅絞線，并采用設(shè)置于電纜槽中的方式，綜合接地線的引出線采用水平引出的方式。對(duì)于高架線，將在橋墩處預(yù)留的接地端子以一定的間距（約50m）與綜合接地線相連；對(duì)于地下隧道，利用隧道鋼筋的縱橫向電氣可靠連接作為自然接地體，將在隧道側(cè)壁處預(yù)留的接地端子以一定的間距（約50m）與綜合接地線相連。需注意的是，預(yù)應(yīng)力鋼筋不允許接在接地裝置上。在路堤區(qū)段，綜合接地線為裸銅絞線，并采用直埋于路基土壤中的方式，其埋設(shè)深度為路肩以下1米處（暫定，需與土建單位協(xié)商），這樣綜合接地線的接地電阻較小且經(jīng)濟(jì)?？紤]到電氣化接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)、電纜槽的施工需在路基碾

10、壓成形（此時(shí)綜合接地線已經(jīng)施工完畢）之后進(jìn)行，為減少對(duì)接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)和電纜槽等的施工影響，建議綜合接地線設(shè)于接觸網(wǎng)支柱基礎(chǔ)的外側(cè)，綜合接地線的引出線采用水平引出的方式，如圖7所示。圖7 綜合接地系統(tǒng)的初步實(shí)施方案（路基區(qū)段）2. 綜合接地線的引出要求綜合接地線應(yīng)按通信、信號(hào)及電氣化等專業(yè)的接地要求每隔一定距離作出引出線。引出線的一端與綜合接地線采用銅材質(zhì)并溝線夾進(jìn)行連接；另一端供相關(guān)專業(yè)電氣設(shè)備接地用并與之連接。在牽引供電系統(tǒng)中，應(yīng)保證可靠的牽引回流導(dǎo)向和接觸電壓防護(hù)，高速電氣化鐵路牽引網(wǎng)的接地系統(tǒng)示意圖如圖8所示，對(duì)于綜合接地系統(tǒng)，該接地線在牽引變電所、AT所、分區(qū)所和車站動(dòng)力變電所處應(yīng)與地網(wǎng)可靠連接，這樣綜合接地線就為沿線的供電設(shè)備和欄桿等提供了接地措施。以上為高速鐵路牽引供電