牵引变电所亭接地系统测试的改进建议

曲云飞

（中铁电气化局京沪高铁维护管理公司，工程师，北京 100000）

0 导言

在铁路牵引供电系统中牵引变电所是整个供电系统的核心，起着承前启后的作用，但由于其进线系统和馈线系统的主体架构都为架空线路结构，且高压设备一般采取室外布置模式，容易受到外界环境的影响，尤其是受雷电大气过电压的侵扰，成为发生设备故障、影响铁路安全运输的潜在因素。因此，探索提升牵引变电所亭接地系统测试客观性、准确性、科学性方法，确保所亭接地网状态良好，是一道需要铁路高铁牵引供电维护检修和管理人员努力破解具有现实性、重要性和实践性的研究课题。笔者结合工作体会和思考略陈管见，期待起到抛砖引玉、集思广益的作用。

1 国家和行业标准

《接地装置特性参数测量导则》（DL/T475）规定接地电阻测试方法一般采用电流-电压表三极法，分别为直线法和夹角法，但对于大型接地系统来说一般采用夹角法，线路布置方法见图1即大型接地系统接地电阻测试示意图。

其中dc≈dp，一般取4D～5D,

接地阻抗修正公式为：

θ为电流线和电压线的夹角；

Z′为接地阻抗的测试值。

如果土壤电阻率均匀，可采用dc=dp=2D相等的等腰三角形布线，此时使θ约为30°，dc=dp=2D。

图1 大型接地系统接地电阻测试示意图

2 现状调查

根据铁路总公司《高速铁路牵引变电所检修规则》（铁总运［2015］50号），牵引变电所亭应每年雷雨季节之前对接地网进行接地电阻测试，以保证所亭设备安全。但根据设计规范要求，牵引变电所亭的设计接地电阻是根据地质调查中的土壤电导率和土壤结构确定初步拟定的接地电阻值，然后再结合理论最大短路电流，得出运营中安全的地表的接触电位差和跨步电位差，最终综合计算得出接地电阻值。

由于在实际运营以后，牵引变电所亭的接地网是和线路综合接地网及220 kv进线架空地线是直接相连的，因此采用传统的测试方式得出的结论虽具有一定的参考性，但无法对所亭自身的接地系统的状态进行准确的判断。新建铁路变电所在施工建设期，由于不受外部条件和环境的影响，施工和测试可以完全遵照国家和行业的相关规定进行，程序和布骤可控，测试数据真实有效，但当铁路线路开通运营后，牵引变电所接地网会与综合接地网和进线架空地线公网相连接，从而使得接地电阻测试所得数据和设计值不具有可比性，客观上失去了测试的意义。

在全国运营线路中曾多次发生因牵引变电所亭接地电阻不符合标准要求，雷电大气过电压造成的大范围的设备烧毁，形成长时间中断行车的恶性故障。（1）2013年7月29日，京沪高铁德州东牵引变电所，因雷击德州东站22#正馈线绝缘子，接地电阻不良造成212馈线保护装置损坏，引起主变201（202）断路器越级跳闸，直接影响了29列高铁动车组的正常运输。（2）2016年6月1日，宁安高铁池州牵引变电所供电线遭受雷击，造成供电线绝缘子、架空地线、高压电缆、接地引下线、网隔开机构箱、电源分支箱等设备损坏，并形成工频供电回路短路故障，全所停电，退出运行。（3）2017年7月6日，津霸线永清分区所发生一起因所外网隔受雷击、高电压、大电流通过网隔机构箱电缆侵入永清分区所，造成部分交、直流设备烧损的故障。上述实例说明保持所亭接地网技术参数达标且工作状态良好，是确保铁路运输正常进行的重要环节之一。

3 原因分析

高速铁路牵引变电所亭的接地电阻测试方法和电流分布如图2所示。结合图2分析：所亭接地电阻为恒定值，接地电阻测试设备所产生的电流为，由于存在图2中的电流分布，电流分布规律遵循基尔霍夫电流定律（KCL节点定律）：

测试点产生的感应电势为：

因此测试设备最终得出的测试电阻为：

由公式（2）可知，可知，即测试所得电阻值等于或小于牵引变电所亭实际接地电阻值。

图2 接地测试接线方式和电流分布示意图

4 改进措施

由公式2和公式4可知，当时，测试电流不从进线架空地线和综合接地网分流时，即和，则可得，依据此推论可得出如下改进措施建议：

1）牵引变电所亭接地电阻测试时，测试线应尽量远离综合接地网和架空进线的方向，以增大此方向上的电阻值，使电流分量和尽量缩小，减少对接地电阻的干扰。此方法适用于变电所亭接地网与综合接地网和进线架空地线无法解列，并且所亭外具备广阔的空间条件下使用，测试得出的接地电阻数据存在有一定的误差。

2）如果可以断开牵引变电所亭接地网与综合接地网和进线架空地线的连接，则应该在三者解列状态对所亭接地网进行接地电阻测试。此方法测试手段简单，抗干扰能力强，测试条件符合设计要求，所得测试数据与设计接地电阻值可比较，是最优的测试方法。

3）如果测试空间条件无法满足测试要求，且变电所亭接地网与综合接地网和进线架空地线由于运营条件限制无法解列，则可以在各回路或关键节点处设置高精度电量采集设备，采集和，得出电流分布图，取其有效值，排除其干扰值，然后手动计算得出实际接地电阻值。

5 现场测试

利用某新建城际铁路线路牵引变电所进行接地电阻测试试验验证。在此验证过程中测试设备采用保定斯锐特型号为SR2308抗干扰异频接地电阻测试仪，测试接地极位置和接点设备测试点保持不变，测试环境情况保持基本一致的情况下进行。为确保测试结果具有客观性、准确性和科学性，从以下四个方面进行验证。

1）验证一：即验证变电所亭接地网与综合接地网和进线架空地线解列与否，对接地电阻数据测试结果的差别，测试数据见表1。

表1 验证一所得测试数据

2）验证二：即验证远离综合接地网和架空进线的方向对测试接地电阻的影响，测试数据见表2。

表2 验证二所得测试数据

3）验证三：即解列变电所亭接地网与综合接地网和进线架空地线的连接，测试数据见表3。

表3 验证三所得测试数据

4）验证四：即验证空间条件无法满足测试要求，且变电所亭接地网与综合接地网和进线架空地线由于运营条件限制无法解列，测试数据见表4。

表4 验证四所得测试数据

综上所述，实际测试接地电阻值与改进措施中的预计值相符，即变电所亭接地网与综合接地网和进线架空地线的连接方式对接地电阻的测试影响较大；测试时可以通过远离综合接地网和进线架空地线减小接地电阻的测试误差；如果所亭具备条件，尽量采用解列法测试；如不具备条件可以采用电量采集法手动进行计算，以获取符合条件的接地电阻数据。

6 结束语

高速铁路已经作为中国对外宣传的名片，社会影响和政治影响重大。但由于高铁近十年来的跨越式发展，数据和经验的积累明显滞后，不可避免的会出现很多意料之外的问题，因此需要广大的铁路技术工作者对各类问题进行系统的分析归纳，不断总结和积累经验，以确保供电安全稳定。