牵引变电所接地引下线的选择

2012-06-22于立民

电气化铁道 2012年1期

于立民

0 引言

牵引变电所接地引下线是牵引变电设备与地网的连接导体，是变电设备安全可靠运行的根本保障。随着电力系统的发展，地方电网的短路容量越来越大，同时越来越多的牵引变电所采用 220 kV甚至330 kV的较高电压等级供电，牵引变电所一次侧故障时经接地引下线流入地网的短路电流愈来愈大。而在牵引变电所设计过程中，接地引下线的设计容易被忽视。沿袭以往设计选择的接地引下线截面偏小造成工程验收时无法通过的情况也屡有发生。为此，特对接地引下线设计做以下浅析。

1 接地引下线设置一般规定

接地体宜采用铜或其他防腐性能较好的材质，也可采用钢材质，但应根据其腐蚀性质采取相应防腐措施。

铁路电力牵引供电设计规范要求接地装置的导体截面应符合热稳定与均压要求[1]。当采用钢材质时，其接地体的规格不应小于表1规定。

2 接地引下线的选择

2.1 材质选择

国内，普速电气化铁路牵引变电所通常采用110 kV电压等级供电，负荷电流和短路电流一般较小，接地装置主要采用普通碳钢，局部易受腐蚀。

表1 接地装置导体的最小尺寸表

近年来，高速铁路及客运专线普遍采用220 kV及以上电压等级供电，负荷电流和短路电流较大，接地引下线和地网开始采用铜接地装置，铜材的性能比钢材好，导电率高、热容量大、耐腐蚀性强，但其成本相对较高。因此，实际工程中，因地制宜地进行技术经济比较，腐蚀性强的场所可考虑采用铜接地装置。

2.2 接地引下线截面选择

在电气设备发生短路时，流经牵引变电所接地引下线的短路电流高达几千安甚至上万安。由于短路持续的时间较短，所产生的热量来不及散入周围介质中，这些热量将使接地引下线的温度急剧升高。DL/T621-1997《交流电气装置的接地》[2]6.2.7条规定：电气设备接地线的截面，应按照接地短路电流进行热稳定校验。

根据热稳定条件，未考虑腐蚀时，接地引下线的最小截面应符合式（1）要求：

式中，Sg为接地线的最小截面，mm2；Ig为流过接地线的短路电流稳定值，A（根据系统5～10年发展规划，按系统最大运行方式确定）；te为短路的等效持续时间，s；c为接地线材料的热稳定系数，根据材料的种类、性能及最高允许温度和短路前接地线的初始温度确定。

在校验接地线的热稳定性能时，钢、铝、铜3种材料的热稳定系数c分别取70，120，210。

牵引变电所短路等效持续时间te为

式中，t0为断路器开断时间，s；tr为第一级后备保护装置的动作时间，s。

接地线的初始温度，一般取 40℃。在爆炸危险场所，应按专用规定执行。

2.3 考虑腐蚀

当采用钢材质接地引下线时，考虑到钢材在土壤和空气中会出现腐蚀现象，在热稳定校验结果所要求的接地线截面的基数上，应增加腐蚀部分的截面或采取防腐蚀措施。对不同面积、不同形状的钢材，其腐蚀面积应根据腐蚀深度进行计算。腐蚀深度为年腐蚀深度（即腐蚀率）与计算腐蚀年限的乘积。扁钢的腐蚀深度取其一侧及对侧的腐蚀深度之和，圆钢的腐蚀深度即为其腐蚀直径。对于无防腐蚀措施的腐蚀，可参考表2数值。

表2 无防腐蚀措施的接地装置腐蚀深度表

对于敷设在屋内或地面上的接地线，一般均应采取防腐措施，如镀锌、镀锡或刷防腐漆。这样可不必按埋于地下条件考虑，只适当留有裕量即可。

3 计算实例

邯济线为客货共线普速电气化铁路，采用带回流线的直接供电方式，新建高唐牵引变电所、聊城北牵引变电所、冠县牵引变电所、大名牵引变电所和肥乡牵引变电所，各牵引变电所均采用V/v结线形式，额定电压均为 110 kV，分别由地方谭庄变电站、蒋庄变电站、石村变电站、大寨变电站和馆陶变电站提供电源，该地变电站供电母线短路容量分别为 2 102，2 695，1 859，1 170和 1 573 MV·A，各牵引变电所主要技术资料见表3。