275kv電力貫通線三線同桿構(gòu)架試驗研究

275kv電力貫通線三線同桿構(gòu)架試驗研究

0鐵路運輸和安全生產(chǎn)面臨的問題寶中軸線是1995年開始運營的電氣化鐵路。該項目首先采用了連接網(wǎng)絡(luò)和電力連接線的同桿結(jié)構(gòu)。兩線同桿架設(shè)具有電源可靠性高、供電距離長、節(jié)約投資等優(yōu)點,但同時又帶來電磁和靜電感應(yīng)等問題,從幾年的運行情況看,已經(jīng)嚴重影響到鐵路運輸和安全生產(chǎn)。為了解決上述問題。在1991年由鐵道部第一設(shè)計院主持,鐵道部科學研究院參加的“27.5kV電力貫通線兩線一軌制架設(shè)試驗研究”的基礎(chǔ)上,根據(jù)寶中線的實際情況,本文進一步研究兩線一軌制的感應(yīng)電壓的計算問題,爭取早日解決實際中出現(xiàn)的感應(yīng)電壓等問題。1接觸網(wǎng)和電力貫通線研究的系統(tǒng)包括牽引網(wǎng)和牽引變電所組成的牽引供電系統(tǒng)以及架于接觸網(wǎng)支柱外側(cè)的電力線和鋼軌組成的兩線一軌制電力貫通線系統(tǒng),其中牽引網(wǎng)由承力索、接觸網(wǎng)、鋼軌等構(gòu)成。每條導(dǎo)線都有其直流電阻、自阻抗、對地自電容,導(dǎo)線間有互阻抗。計算的主要內(nèi)容包括:接觸網(wǎng)正常送電、電力貫通線停電時,接觸網(wǎng)對電力貫通線產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓;電力貫通線正常送電、接觸網(wǎng)停電時,電力貫通線對接觸網(wǎng)產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓;接觸網(wǎng)正常運行或故障時電力貫通線上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓。接觸網(wǎng)和電力貫通線的典型布置見圖1。寶中線現(xiàn)場的實際情況為:a)電力貫通線和接觸網(wǎng)平行長度有電力貫通線與接觸網(wǎng)的一個供電臂平行和與兩個供電臂平行兩種情況。b)架線方式分為回流線或架空地線兩種。c)電力貫通線的排列方式分為兩線一軌制,采用牽引電壓源供電,電壓27.5kV,三相三線制,采用10kV三相供電兩種情況。2電力貫通線/接觸網(wǎng)靜電感應(yīng)電壓靜電感應(yīng)電壓的計算模型見圖2,圖中1為帶電導(dǎo)線;2為臨近導(dǎo)線;1為帶電導(dǎo)線在地下的鏡像。由此,得出接觸網(wǎng)正常通電而電力貫通線停電時,接觸網(wǎng)對電力貫通線產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓:式中,Uj為帶電接觸網(wǎng)對地電位;Rj為帶電接觸網(wǎng)導(dǎo)線等效半徑。其中:令x=2bc/(α2+b2+C2),于是得:由于b2+c2≥2bc,故x≤1,右端高次項可略,即:令kj=2/ln(2b/Rj),于是由式(1)得到接觸網(wǎng)對電力貫通線的靜電感應(yīng)電壓為:式中,α為接觸網(wǎng)與電力貫通線的水平距離;b、c分別為接觸網(wǎng)及電力貫通線距離地面高度。在計算電力貫通線正常送電而接觸網(wǎng)停電時,電力貫通線對接觸網(wǎng)的靜電感應(yīng)電壓須考慮與電力貫通線同桿架設(shè)的架空回流線(或架空地線)的屏蔽效果,則電力貫通線對接觸網(wǎng)的靜電感應(yīng)電壓為:式中,kt=2/ln(2c/Rt);p為架空回流線(或架空地線)對靜電影響的屏蔽系數(shù);Ut為電力貫通線對地電位。計算中,可取Uj=25kV,兩線一軌制時Ut=25kV,三相三線制時Ut=10kV?？紤]到承力索分相的影響,實際中,對單線取kj=0.4,對復(fù)線kj,=0.6,否則kj=0.263。p值參照電力部門架空線的避雷線對靜電影響的屏蔽系數(shù),一般取0.75,可根據(jù)材料的屏蔽系數(shù)計算。如距離線路3m以內(nèi)有連續(xù)不斷的樹木時,應(yīng)考慮樹木的屏蔽作用,即式(2)、(3)中乘以屏蔽系數(shù)q,q一般取0.7。如電力貫通線與接觸網(wǎng)的兩個供電臂平行,應(yīng)分別計算兩個供電臂在電力貫通線上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓,再矢量合成;當計算電力貫通線對接觸網(wǎng)的靜電感應(yīng)電壓時,應(yīng)根據(jù)電力貫通線的接線分為兩線一軌制和三相三線制,分別計算靜電感應(yīng)電壓然后進行矢量合成。3電力貫通線接觸網(wǎng)帶總電動勢計算電磁感應(yīng)電壓時,把帶電導(dǎo)線看成兩個導(dǎo)線一地回路。帶電導(dǎo)線一地回路為第1回路,是產(chǎn)生電磁感應(yīng)的來源。軌道一地回路為第2回路,由第1回路電流在其中產(chǎn)生方向相反的感應(yīng)電流。臨近導(dǎo)線為第3回路,它被第1回路產(chǎn)生感應(yīng)電勢,被第2回路的反向電流減弱感應(yīng)電勢,故接觸網(wǎng)帶電而電力貫通線停電時的感應(yīng)總電動勢為:式中,Mjg為接觸網(wǎng)與電力貫通線的互感系數(shù),H/km;l為接觸網(wǎng)和電力貫通線的平行長度,km;f為電流頻率,Hz;Ij為接觸網(wǎng)電流,故障時為短路電流;λg為軌道的反磁效應(yīng),稱為鋼軌的屏蔽系數(shù),一般單線取0.47,雙線取0.33;Dg為等效地回線入地深度;σ為大地電導(dǎo)率(一般取0.01S/m);djg為接觸網(wǎng)與電力貫通線的平行接近距離。計算接觸網(wǎng)對貫通線的電磁感應(yīng)影響時,應(yīng)考慮接觸網(wǎng)正常和短路故障兩種狀態(tài)。前者是指接觸網(wǎng)以單邊供電方式供電,是一種“長時間影響”。后者多指接觸網(wǎng)絕緣部分閃絡(luò)、擊穿等,此時,饋電線斷路器可在<0.5s時切斷接觸網(wǎng)電流,是一種“短時間影響”。4連接線和體系采用“27.5kV電力貫通線兩線一軌制架設(shè)試驗研究”的計算模型見圖3,其中接觸線為銅線TCG-110,承力索為銅絞線GJ100,電力貫通線為鋼芯鋁絞線LGJ35,鋼軌60kg,電力貫通線長度6km,大地電導(dǎo)率為0.01S/m,鋼軌對地過渡阻抗5,Ω/km。計算結(jié)果見表1、2。5實際系數(shù)的確定表1中計算值和實測值較接近,存在的誤差來自系數(shù)的選擇。根據(jù)材料參數(shù)來計算實際系數(shù)