浅析铁路牵引变电所接地网故障原因及对策

朱文杰

摘 要：电气化铁路有环保、高效、节能等的优点，目前这种方式被全世界认为是一种很理想的交通运输方式。国务院也对中国铁路进行长远的规划，不断的统筹人口、资源、土地等各方面的需要 。并在2008年国务院进一步调整铁路的规划方案，不断完善铁路的布局。根据最近几十年运行的数据分析，电气化铁路的可靠性变得越来越高，但是牵引供电系统是整个电气化铁路的核心设备，并且接地网是其重要的组成部分，具有保障电气设备正常运行、人身和设施安全、防止雷电和静电危害等重要作用，其性能良好是确保电气化铁路安全运行的一个重要因素。所以研究电气化铁路牵引变电所接地网的故障原因和措施是至关重要的。

关键词：变电所；接地网；对策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.185

1 研究现状

国外的很多的发电厂或者接地网的铺设材料都是用的铜材料，所以他们的腐蚀问题不是很严重的，所以对于我们接地网腐蚀严重的故障分析是没有可以借鉴的技术和方案。近年来，铜材料的成本费用很高，所以欧洲、北美等国家开始也采用镀锌钢材作为接地网的铺设材料，但是这些新铺设的接地材料运行的时间比较短，腐蚀的现象还不是很严重的，并没有引起国家的高度关注，所以相关的资料和报告较少。我们国内的学者和科学家对接地网腐蚀故障的研究并取得了一定的成果。目前，最主要的是基于电路网络理论或者电磁场理论的接地网故障检测方法，并没有涉及腐蚀故障的相关内容，也就是只有参考文献是针对牵引变电所接地网的腐蚀故障的研究问题。现在，比较成熟的是应用电网理论的分析和方法对接地网腐蚀故障进行诊断，将接地网的腐蚀故障问题转化成检测方程的求解问题，相比较来说是一种灵活运行并且容易實现的一种诊断方法，但是在求解检测方程中不同的解题算法都有一定的优缺点，还需要研究一种简捷和可靠的求解检测方程的算法。

2 研究意义

接地网由大型的网状接地装置和埋在地下的金属导体相互垂直组成，所以这些导体被叫做水平接地体和垂直接地体。埋在地下的相互垂直的接地网由排放电流、雷电或者其他方面的电流和稳定电位差的作用，但是由于地下的环境潮湿和空气的作用，金属导体经常会出现电化学腐蚀或者造成焊接不良、虚焊、漏焊等故障，导致接地网的供电性能严重下降，可靠性飞速下降，从而影响电网设备的正常供电，导致牵引供电系统不能正常运行，进一步严重影响电气化铁路的正常运行，耽误乘客的时间。当然，有很多的方面都是造成接地网产生故障的原因，但是主要的影响因素是接地网腐蚀。我国在铁路上主要是使用普通的钢材作为接地网的铺设材料，为了提高钢材的防腐的性能，于是也开始逐渐的使用镀锌钢材。虽然使用了镀锌的钢材，但是有时施工的环境或者焊接处的防腐受到环境的限制，没有办法达到预计的防腐蚀的效果，经过对钢材的很多年的数据的分析，得出一般在9年左右就会出现很严重的腐蚀情况，这就大大降低了接地网和均压的性能，也对设备维护人员和运行在该线路上火车构成很严重的威胁。通过近几十年铁路事故分析，造成事故的很大原因就会因为焊接处或者接地网的电阻不合格引起的，

事故发生之后，铁路相关部门就会开始大规模的排查接地网的状况，但是这种方式盲目性和工作量都是很大的，在进行排查之前必须停电，这就对牵引电力系统的正常运行带来很大的隐患。为了避免上述盲目排查的最原始的检查方式，提高牵引变电所接地网腐蚀故障诊断的精度和效率，进行其腐蚀故障诊断方法的研究对于正确掌握接地网的运行状况、及时发现隐患并采取相应措施具有重要意义。

3 牵引变电所接地网腐蚀故障原因分析

因为牵引变电所接地网故障会引起变电所发生接地故障，会产生很大的短路电流流入大地，并由此可能会产生很大的接地电压，从来影响铁路的正常运行。

（1）土壤腐蚀的电化学机理，土壤中有很多的矿物质和有机盐构成电解质溶液，会跟金属材料发生原电池发生进而逐渐的腐蚀金属材料。

（2）牵引变电所地回流的影响。由于铁路的不断延伸，铁路的牵引负荷电流增加很大，给牵引变点所的返回电流也就随之增大，这就给接地网带来点位不平衡和电磁兼容性的问题。如果接地网内的电压是不一样，不仅会影响接触电压的不稳定，也会影响火车内部人员和设备的生命安全。也会加剧接地网金属材料的腐蚀程度。

4 牵引变电所接地网腐蚀故障诊断模型

在牵引变电所接地网的任意两点之间加上直流或者工频电流时，因为电阻的原因，会引起电感变小。接地网的导体段对地电容及泄漏电导比导体段本身的电阻则大得多，因此牵引变电所接地网的电容和电感均可以忽略，将其等效成一个纯电阻网络。另一当面，土壤中的电阻率是远远低于牵引变电所接地网的导体电阻的，所以在进行接地网的故障检查的时候，可以忽略土壤中的相关因素，只需要研究金属体本身的电阻率。建立牵引变电所接地网腐蚀故障诊断模型的过程，我们需要优化理论的基础知识，将牵引电力所接地网的故障检测化解成一个最优化的问题。在这个过程中必须要用到能量最低原理，也就是一些自然变化的方式都是能量逐渐变低，能量较低呈现稳定的状态。我们在工频电流或者直流电流在土地中流动就会形成一个恒稳定流场，也就满足能量最低原理的条件。

5 结论

本文研究铁路牵引变电所接地网故障原因和相应的对策，根据电路和网络的知识利用计算机建立相关的数学模型，对这类的故障进行分析，可以得出下面的结论，铁路牵引变电所接地网的工作坏境和工作方式是比较特殊的，经常跟土壤进行接触，但是导致接地网发生腐蚀的原因主要由两点，第一是土地中的电化学物质进行反应，第二就是地下水回流的原因使接地网的腐蚀更加严重。虽然本文也给出了相应的措施，但是还是有很多需要改进和优化的地方，本文所研究的牵引变电所接地网只是利用计算机进行模拟的，并没有考虑土壤、水分等其他的一些因素的影响，下一步就是结合这些因素进行全面的分析，相信会得到更加详细的数据和防范措施。

参考文献：

[1]范小楷.牵引变电所接地网腐蚀故障诊断算法研究[D].兰州交通大学，2013.

[2]王欢.牵引供电系统地回流分析及接地网交流电腐蚀问题研究[D].北京交通大学，2015.

[3]刘渝根，田资，钱国超等.基于遗传算法的接地网腐蚀故障诊断研究[J].高压电器，2013（07）：18-24.