接触网不同安装方式下接地保护的动作分析

王志荣

接触网不同安装方式下接地保护的动作分析

王志荣

介绍了跨座式单轨交通接触网接触轨在轨道梁上的不同安装方式及接地保护的动作原理，对正极接触轨支持绝缘子在不同安装方式下发生闪络或击穿故障时引起接地保护动作的工况及对行车造成的影响进行了分析，给出了接触网接触轨在轨道梁上安装方式的建议。

跨座式单轨；接触网；安装方式；接地保护；动作分析

0 引言

跨座式单轨交通不同于传统的轮轨交通，车辆依靠橡胶轮胎在混凝土预制的轨道粱上运行，运行过程中车体与地绝缘。接触网系统除设置正极接触轨外，还设置专门用于回流的负极接触轨。正、负极接触轨分别通过支持绝缘子安装于轨道梁两侧。

跨座式单轨交通牵引系统为不接地系统，接触网电压等级为DC 1 500 V，由于车辆在运行过程中车体与负极接触轨为同一电位，为了保证列车到站后乘客的安全，所有的车站都必须安装车体接地装置，列车到站后将车体可靠接地。同时为了能快速切除故障，必须在每座牵引变电所设置过电压接地保护装置[1]。

接触网的安装方式与接地保护表面上没有直接的关系，但在不同的安装方式下，接触网正极绝缘子闪络或击穿时，引起接地保护装置动作的工况不同，造成接触网失电的范围不同，对正常的行车造成的影响也不同。因此，在确定接触网在轨道梁上的安装方式时，除了考虑雷电防护及绝缘子维护检测的方便性，有必要对接触网不同安装方式下接地保护的动作工况进行分析。

1 接触网的安装方式

1.1 接触网结构组成

跨座式单轨接触网系统由正极接触轨、负极接触轨、上网和回流电缆组成。正、负极接触轨结构相同，包括伸缩单元（锚段）、典型支持结构、锚段关节、中心锚结、供电分段、道岔等[2]。

接触轨的典型支持结构包括支持绝缘子、T型汇流排、汇流排压板及接触线等。如图1所示。

图1 接触轨典型支持结构示意图

1.2 接触轨的几种安装方式

跨座式单轨接触网正、负接触轨对称布置在轨道梁两侧，轨道梁一般采用预应力混凝土结构，高度为1.5 m，宽度为0.85 m。为了不破坏轨道梁内的预应力钢索及结构钢筋，一般在轨道梁内预埋安装绝缘子的预埋件，通过预埋件将支持绝缘子固定在轨道梁上。

根据预埋件是否与轨道梁内钢筋绝缘、支持绝缘子底座是否设置贯通的接地线等，接触轨一般有以下4种安装方式。

（1）安装方式A：在轨道梁内预埋金属套管或底板，用螺栓将绝缘子底座固定在轨道梁上。金属套管或底板与轨道梁内的结构钢筋不绝缘，绝缘子底座不设置贯通接地线。

（2）安装方式B：绝缘子在轨道梁上的固定方式同安装方式A，不同的是在轨道梁上设置贯通的接地线，将全线的绝缘子金属底座可靠接地。

（3）安装方式C：在轨道梁内预埋内螺纹尼龙套管，螺栓与轨道梁内的结构钢筋是绝缘的，绝缘子底座不设置贯通接地线。该安装方式是目前重庆市已建设开通运营的轨道交通二号线、三号线接触轨在轨道梁上的安装方式。

（4）安装方式D：绝缘子在轨道梁上的固定方式同安装方式C，不同的是在轨道梁上设置贯通的接地线，将全线的绝缘子金属底座可靠接地。

安装示意图见图2。

图2 接触轨安装方式示意图

2 接地保护的设置及原理

接地保护装置（以下简称64D保护）设置于牵引变电所直流负极母线与地之间，其接线原理图如图3所示[3]。为了防止同一区间一列车启动造成另一列车内过电压继电器GR的误动作，64D保护还需串联一个单向导通装置。

图3 64D接地保护接线原理图

64D保护装置由接地电阻R、逆流二极管VD、电压继电器KA、阻尼电阻R1、电压传感器SV、电流传感器SA及微机控制系统组成。保护装置原理图如图4所示[4]。

图4 64D保护装置原理图

接地电阻R的阻值可以在2.5 Ω档至10 Ω档之间进行调节，一般设在5 Ω档。在正常的运行条件下，漏电流在接地电阻R上产生的电压降，远小于接地保护的整定值（一般为200 V），64D保护不会动作。

当正极对地短路或正极接触轨绝缘子对地闪络或击穿时，流过64D保护的故障电流在R上产生的压降达到整定的跳闸电压值时，64D保护就会动作。不同的安装方式下，绝缘子损坏造成64D保护动作的工况不同，对行车造成的影响也不同。

3 不同安装方式下接地保护的工况

3.1 安装方式A

该安装方式下，预埋的金属套管或底板与轨道梁内的结构钢筋是连通的。由于每个车站设置了车体接地板，接地板通过预埋在轨道梁内的金属套管固定在轨道梁上，金属套管与轨道梁结构钢筋是不绝缘的，因此，可以认为轨道梁结构钢筋在车站范围内通过车站接地板是接地的。64D保护原理接线图及等效电路图如图5、图6所示。

图6 安装方式A等效电路图

当正极绝缘子对地闪络或击穿时，Rjz值近似为零；假设负极绝缘子绝缘正常，Rjf阻抗近似为无穷大，为计算方便，按开路考虑。

64D保护对地电压U64D可用以下公式计算：

R64D一般设为5 Ω，64D保护装置跳闸电压整定值一般为200 V，U64D取200 V，代入公式计算可得Rdj为32.5 Ω。

该安装方式下，当正极绝缘子对地闪络或击穿时，64D保护装置是否动作存在不确定性。当通过结构钢筋形成的接地回路接地过渡电阻小于32.5 Ω时，64D保护才会动作。以线路的某个正极绝缘子闪络或击穿为例，对保护动作工况及对行车造成的影响分析如下：

（1）正极绝缘子发生污闪的情况。

a.当流过表面的泄漏电流较小时，64D保护一般不会动作，不影响行车。

b.当流过表面的泄漏电流较大时，相当于正极接触轨对地泄漏，从上面的计算可知流过64D接地保护装置的泄漏电流大于40 A时，U64D将大于64D保护的整定值200 V，64D保护就会动作，如果是瞬时故障，则接触网可以通过直流馈线开关的重合闸功能恢复供电，但故障原因难以查找，对正常的行车会造成一定影响。

c.当流过表面的泄漏电流增加产生局部电弧，局部电弧逐渐发展成完全闪络时，会造成绝缘子永久损坏，64D保护动作，启动牵引所直流馈线开关跳闸，接触网失电。如果保护不退出或故障没消除，该绝缘子受损区间接触网无法靠直流馈线开关的重合闸功能及人工操作恢复供电，造成列车停运，对行车影响较大。

（2）正极绝缘子因雷电发生闪络。

a.当绝缘子遭受雷电过电压造成闪络时，绝缘子表面会流过瞬时的短路电流，64D保护动作，启动牵引所直流馈线开关跳闸，接触网失电。若绝缘子非永久性损坏时，绝缘子受损区间接触网可通过直流馈线开关的重合闸功能恢复供电，一般列车会失电1～3 min，对正常的行车影响不大[5]。

b.当绝缘子遭受雷电过电压造成闪络，绝缘子永久性损坏时，64D保护动作，引起牵引所直流馈线开关跳闸，接触网失电。如果保护不退出或故障没消除，该绝缘子受损区间接触网无法靠直流馈线开关重合闸功能及人工操作恢复供电，会造成列车停运，对行车影响较大。

3.2 安装方式B

该安装方式同安装方式A，不同的是在轨道梁上设置了全线贯通的接地线，将全线的绝缘子金属底座可靠接地。64D保护原理接线图及等效电路图如图7、图8所示。

64D保护对地电压U64D可用以下公式计算：

由于绝缘子底座设置了全线贯通的接地线，当正极绝缘子发生污闪或雷电过电压闪络时，64D接地保护会马上动作，接地线可起到保护绝缘子的作用。但是，如果64D保护不退出或故障未消除，该绝缘子受损区间接触网无法靠直流馈线开关重合闸功能及人工操作恢复供电，会造成列车停运，对行车影响较大。

图7 安装方式B保护原理图

图8 安装方式B等效电路图

3.3 安装方式C

安装方式C相当于接触轨通过绝缘子及尼龙套管，实现了接触轨对梁内结构钢筋及对地的双重绝缘。

当正极绝缘子因污闪或雷电过电压造成损坏时，因绝缘子底座与梁内结构钢筋是绝缘的，64D接地保护不会动作，对正常的行车不会造成影响。该安装方式的缺点是损坏的绝缘子不能及时发现，需要在停运后日常的维护中发现并更换。

3.4 安装方式D

该安装方式同安装方式C，不同的是在轨道梁上设置了全线贯通的接地线，将全线的绝缘子金属底座可靠接地。64D保护原理接线图及等效电路图如图9、图10所示。

图9 安装方式D保护原理图

图10 安装方式D等效电路图

64D保护对地电压U64D可用以下公式计算：

由于绝缘子底座设置了全线贯通的接地线，当正极绝缘子因污闪或雷电过电压发生泄漏或损坏时，64D保护动作工况同安装方式B，同样会造成列车停运，对行车影响较大。

4 结语

通过以上的分析可以看出，接触网采用安装方式A，或设置接地线采用安装方式B、D时，当正极绝缘子发生污闪或遭受雷电过电压侵害时，64D接地保护会马上动作，可以起到对绝缘子的保护作用，但损坏绝缘子所在区间接触网无法通过直流馈线开关的重合闸功能及人工进行送电，只有保护退出或更换了损坏绝缘子后才可以恢复供电，造成列车停运时间过长。

而采用安装方式C时，绝缘子因污闪或遭受雷电过电压损坏时，64D接地保护不会动作，不会造成中断行车的事故。因此，在新建跨座式单轨交通线路或其它制式的单轨交通线时，接触网在轨道梁上的安装方式建议借鉴重庆单轨的经验，在考虑接触网防雷措施及绝缘子日常维护检测的方便性时，更应该重视对行车的影响。

[1] GB50458-2008 跨座式单轨交通设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008．

[2] 谢风华．跨座式单轨接触网结构设计[J]．现代城市轨道交通，2005，(4)：12-14．

[3] 周才发．跨座式单轨交通直流牵引系统接地保护设计[J]，都市快轨交通，2010，23（1）：93-94.

[4] 重庆市轨道交通总公司．重庆市轨道交通三号线一期工程供电设备系统招标文件[G]．重庆，2009．

[5] 中铁电气化勘测设计研究院有限公司．城市轨道交通架空接触网防雷设计计算方法及雷电防护推荐导则[R]．天津，2012．

The paper introduces different modes for installation of the OCS contact rail on the track beam and the principles for the earthing protection actions for straddle type monorail system, analyzes the working conditions during the earthing protection actions caused by the arc flashing over or breakdown failure occurred on the supporting insulator of the negative contact rail and the impact to the train operation, proposes the modes for installation of the OCS contact rail on the track beam.

Straddle type monorail; OCS; installation mode; earthing protection; action analysis

U226.8+3

：B

：1007-936X(2016)01-0016-04

2015-11-02

王志荣.中铁电气化勘测设计研究院有限公司，高级工程师，电话：022-58583800。