客运专线综合接地系统中接触网闪络保护及回流接地系统设计

2010-07-13吕继涛

铁路技术创新 2010年1期

关键词：跨步电压闪络接触网

■ 吕继涛

吕继涛：武广客运专线有限公司，高级工程师，湖北武汉，430060

摄影张书梅

1 客运专线接触网闪络保护及回流接地基本要求

针对客运专线牵引负荷大的特点，按照“以人为本”原则，参照国际国内较高的安全接地要求，对客运专线涉及人身安全的接地与回流接地典型方案进行系统集成和定量评估。

以武广高速铁路为例，100 ms短路电流Ik"=25 kA或10 kA或5 kA，变电所附近达到最大值，短路电流接近25 kA，比法国高速铁路25 kV系统的12 kA短路电流大一倍左右，与德国高速铁路15 kV系统的25 kA短路电流水平接近。因此，变电所不宜设在靠近城市或车站等人员密集区。同时，沿线综合接地系统尤其是接触网闪络保护及回流接地设计应综合考虑以下因素。

（1）轨道电位的控制要求。在不影响其他系统的前提下，尽可能采取可靠措施，控制回流的分布，以降低轨道电位，进而对跨步电压和接触电压实现控制。

（2）回流对轨道电位的影响。在接触网电流较大时，如果轨道回流和轨道-大地间电阻均不能减小，将产生很大的轨道电位。轨道电位的大部分通常以跨步电压/接触电压的形式出现。

（3）跨步电压/接触电压值的控制标准。根据IEC 62128-1（EN 50122-1）《铁路应用，固定地面设备，关于电气安全性和接地的保护措施》和EN 50170规定的标准，控制电压极限值。跨步电压/接触电压值的大小与人员所处位置和垂直线路方向接地体间的距离相关。接触电压是在故障情况下的跨步电压。在任何情况下，对于接入安全接地系统的金属体，接触电压应符合表1要求。

（4）金属闪络接地要求。一般应采用轨道或系统综合接地设备作为保护，即所有接触网受电弓接地范围内不带电的金属接地体部件应与轨道接地体或系统综合接地体进行短路电流连接。在出现故障时能迅速与快速断电装置短接，并形成消除危险电位的持续泄流通路。

（5）等电位连接要求。跨步电压与零电位的导电连接可降低跨步电压/接触电压。必须采用特殊措施，对大电流区段的站台、挡墙土处、人行道内控制接地体等逐一进行设计与施工。

（6）采取接地控制措施的接口专业。由于变电所附近的短路电流巨大，往往导致电位很高，要求安全等效接地阻抗在0.07Ω以下（以武广高速铁路为例），单一专业往往难以实现，必须同时考虑土建、信号、电气化等多专业金属接地体的过程利用，方可实现等效接地阻抗的低值安全标准。

客运专线相关专业设施应设计并保证合理的回流接地及等电位平衡控制措施，形成可靠的钢轨工作回流并联通道、大电流安全闪络保护接地系统，以确保接触网系统运行时各系统的正常运行，使轨道电位降至安全标准范围内，并在发生闪络接地或其他故障接地时能可靠跳闸。大电流工作接地和安全接地无法隔离时，必须考虑与零电位的等电位可靠连接。局部隔离时应考虑相应的绝缘配合。

接地控制相关接口专业设施包括：接触网、变电所、无砟轨道、整体道床、桥梁、隧道、跨线建筑物、车站结构、声屏障、电缆及电缆槽、信号设施、地下油气管道、沿线其他钢或钢筋混凝土结构设施等。

2 客运专线接触网闪络保护及回流接地系统设计

为保障人身和设备安全，保障接触网可靠性和可用性，通过与回流PW线的连接，把沿线的桥梁、隧道区段和牵引变电所接地设备、车站电力设备接地和接触网支柱基础连接起来，与轨道等形成整体接地系统，同时保证回流线路接地（见图1）。

3 接触网专业回流接地措施

根据计算结果，结合系统综合接地设计，并考虑工程的经济性和可操作性，接触网回流接地的基本措施如下。

（1）全线架设作为工作回流的并联通道，同时兼作闪络保护接地相应贯通的附加导线。

（2）作为钢轨回流的并联通道及工作接地的回流线或保护线，每300 m上下行设过轨并联一次，并接入综合接地系统一次。每1 500 m内必须接钢轨（扼流圈中点）一次，具体接入点经信号专业检算。

（3）车站内贯通的PW或NF线绝缘架设。车站范围内设置单独架空地线GW，如有综合接地体则可利用综合接地。PW或GW线间经绝缘配合和阻抗匹配后连接综合接地系统。

图1 客运专线接触网回流接地系统构成

4 主要接口专业回流接地措施建议

（1）接触网和受电弓接地范围内的等电位连接。接触网和受电弓接地区域内的安全接地（如桥栏杆、声屏障等金属构件）均应接至贯通地线，实现等电位连接。无法确保等电位可靠连接的，应采取绝缘隔离措施并各自单独可靠接地，但彼此独立的绝缘区之间应有绝缘配合。

（2）混凝土建筑物。混凝土建筑物钢筋网中的预埋闪络接地钢筋可用作回流、接地和等电位连接。在线路上或线路内铺设的钢筋混凝土或预应力混凝土建筑物中的非预应力钢筋，必须与闪络接地通路连接。需要强调的是，预应力混凝土建筑物中的预应力钢筋由于存在电腐蚀危险，不可作为电流通道。巡视通道、人行通道、避车台等处的地面下应铺设10 mm厚沥青（绝缘层）或5 mm厚橡胶或塑料（绝缘层），混凝土覆层厚度不小于50 mm。

（3）站台。开放的站台必须采取绝缘或电位平衡措施。一般情况下，在行人站立处距站台边缘2.5 m范围内，应采取可靠的绝缘隔离措施和闪络保护接地系统。不能与综合接地系统等电位连接的独立接地系统（如扶手），应设置至少2.5 m间距的绝缘节，与综合接地系统绝缘隔离。

（4）铁路桥。在挡砟梁混凝土表层下最大100 mm处，埋设不小于120 mm2接地扁钢或直径至少16 mm钢筋棒，并在每一个接缝上配备连接用的接头。每隔100 m引出接入综合接地系统。桥梁内结构钢筋和桥墩至少应通过一个接地连接体连接到一起。桥梁内的非预应力钢筋，应在每个桥墩处采用单点接地，并接贯通地线。

（5）隧道。隧道内采用筐式接地网结构，由上部接地网、下部接地网、纵向接地体和带状接地体共同组成。隧道衬砌的钢筋网和架空接触网部件都连接到筐式接地网上，并与PW线及综合接地系统相连，以降低钢轨电位，并提供金属闪络保护接地通道。

（6）整体道床。因为整体道床结构形式特殊，在回流、钢轨接地和电位平衡的结构形式方面也具有特殊性，应单独设计闪络接地钢筋及其实施方案。接触网、信号专业的设计资料，包括回流和轨道接地必须在整体道床施工前报送，以便在整体道床开工前进行基础施工和电气横向连接。

（7）信号技术规定。在两轨绝缘的线路上，由于轨道电路不能直接在钢轨上进行接地，所以要敷设接地母线（截面与接地线相同），轨道接地部件要在接地母线上连接，并连接到信号的扼流圈中点上。接地母线允许电缆敷设在信号和远动电缆沟中。接地线应直接接在线路扼流变中点，这些连接可作为直接回流接地。对信号设备有影响的接地线应开路连接，即通过（氧化锌）火花间隙或LC阻抗线圈进行连接。

（8）回流接地的连接要求。在露天、地下和混凝土中敷设地线所使用的电缆，在必要的连接点处（尤其在地下），要采取有效防腐措施。预埋的金属闪络接地线在地下或道砟中敷设时，其埋深不应大于100 mm。

铜电缆或钢带（裸露或镀锌）接地线埋设在钢筋混凝土建筑物下，与外界的连接处必须是人员容易到达的地方。混凝土中接地线间的连接必须进行可靠焊接，不允许采用绑扎方式。钢筋之间的连接处无需特殊防腐保护。

所有接地极安装应考虑对沿线通信、信号电缆的影响。防雷接地极应单独接地，并与综合地线适当绝缘或间隔20 m以上。