牵引供电设备接地装置故障分析及其修试

张永春

（太原轨道交通集团有限公司，山西 太原 030000）

1 课题背景、目的

1.1 课题背景与问题的提出

在电气化铁道牵引变电站施工中,接地网敷设一般属前期隐蔽工程,在工程建设中占有很重要的地位，但是,在后期的运营维护中却未引起相关部门的高度足够重视。

某型号开关是德国进口的接触网专项设备，在德国已经有多年的使用经验。中国的环境气候条件不能满足运行条件，多次烧损，多次跳闸。某条线路上安装的德国某型号隔离开关运行不到一年，已经发生了多次由隔开引起的断路器跳闸，安装100多处，烧损27台，成为设备运行中的一大隐患。

2017年6月25日02时某变电所2号B差动保护跳闸，自投不成功。跳闸瞬间，变电所值守员听到室外强烈的雷电声，变电所内17BL避雷器动作。

1.2 研究的目的和意义

本文旨在分析电气化铁路供电系统接地装置设备投入运行后，在雨季降雨较强、地基出现多处塌陷情况下，以故障频繁发生的电气工程为实例，通过系统研究与实践，对即将开通的电气化铁路或者已经运行的线路起到一定的借鉴和参考作用。

2 牵引供电系统接地装置设计原理及其现状

牵引供电系统是电气集中的场所，运行和检修人员须经常接近和接触这些设备。为了确保设备和人身安全，牵引供电设备必须装设可靠的接地装置[1-5]。

2.1 接地装置的装设位置

电气设备接地装置一般应在以下列位置进行装设：

1）变压器、电器、携带式或移动式用电器具的金属底座和外壳。

2）电气设备的传动装置。

3）户内外配电装置的金属或钢筋混凝土构架以及靠近带电部分的金属遮栏和金属门。

4）配电、控制、保护用的屏及操作台等的金属框架和底座。

5）交、直流电力电缆的接头盒、终端头的金属外壳和电缆的金属护层、可触及的电缆金属保护管和穿线的钢管。

6）电缆的架桥、支架和井架。

7）装在接触网线路杆上的电力设备。

8）封闭母线的外壳及其他裸露部分的金属部分。

9）六氟化硫（SF6）封闭式组合电器和箱式变电站的金属箱体。

2.2 牵引变电站接地装置中地网平面布置情况

地网接地电阻值，一年中任何季节不得超过0.5Ω。接地体采用50 mm×50 mm×5 mm的角钢，长2.5 m，埋设深度0.5 m。

近几年部分变电站采用铜覆钢接地材料，埋设于冻土层之下，水平接地装置的材料选用95 mm2镀铜钢绞线，接地电阻≤0.5Ω，并满足相应跨步电压和接触电势的要求。

3 原因分析

通过试验分析牵引供电设备烧损原因，找到可行的维护改进经验，提高运行的可靠程度。

现场调查和照片比对，同时询问走访跳闸烧损现场见证人，收集资料比对，对烧损、跳闸原因进行结构、环境、接地方式、安装方式、接线工艺和土质情况等的分析。

对于某型号开关机构烧损故障原因进行分析，其主要原因是遭遇了持续强降雨天气，电力设施遭受到严重的损坏。由于雨季较长，受水害影响，环境污染严重，开关绝缘击穿，形成第二条泄流回路，检修工艺有缺陷，不能应对运行要求。

认真分析2017年6月25日某变电所2号B差动保护跳闸原因。变电所馈线近端遭受雷击，短路电流非常大，在雷电的作用下，避雷器虽然动作。但是，由于接地网接地电阻不合格，不能完全释放雷电能量，造成主变低压侧电流互感器二次保护线圈产生磁饱和现象，导致故障电流波形发生畸变。说明避雷器虽然动作，但是能量未完全泄露。

4 制定对策

针对以上原因，制定了相应的对策：

1）开关绝缘不能满足要求。清扫处理后，进行绝缘试验，更换瓷瓶、瓷柱，开关满足绝缘要求。

2）接地极不能满足泄漏电流。接地试验和测量，挖开接地极检查，保证埋深、接地极接地数量。

3）对XX铁路牵引变电站内所有避雷设备进行一次全面高压试验，监测所内接地装置设备，确认其状态。

4）提高自然灾害防治能力。要增强关键领域的实力，提升防治自然灾害的能力。摸清风险隐患的底数，增强预报预警的能力，编制检修工艺、制定抢修预案以及接地装置检修方案。

5 实施阶段

5.1 进行绝缘试验

开关瓷瓶更换为大爬距绝缘子，清扫箱内瓷柱，更换不符合要求的瓷柱。

积极与厂家联系，要求厂家提供大爬距绝缘子或大爬距开关，在封闭点内进行开关更换，对操作箱瓷柱进行耐压试验，对于不符合绝缘要求的瓷柱进行更换（经计算和厂家提供的数据，达到50 kV时可以满足要求），清扫操作箱绝缘子。

5.2 接地试验和测量

挖开接地极检查，保证埋深，保证接触面积和接地极接地针数量，整治基础沉降[6-10]。

经设计院联系指导并进行试验，接地极接地电阻≤10Ω，接地针要求至少3个，接地针间距≥2 m，接地长度≥5 m，接地针长度≥2.5 m，埋深≥1 m。达不到要求时对接地装置进行从新施工，对每一个接地极进行挖开试验。

对于水害严重的室外场地，地基被雨水冲击后产生大面积塌陷的现象，组织人员进行回填、夯实。

5.3 改变试验方法，排查出多处隐患

将传统的选点接地电阻测试方法改为选点加导通测量方法，对站内地面设备逐一排查。

5.4 排查出的典型接地网隐患

因近几年我国北方部分地区降雨频繁，远远超过当初设计值，接地网经过排查发现多处断裂现象，逐一进行整治。

检修人员在对XX变电所巡视排查过程中发现隐患情况。XX变电所后台机2号B（运行）地回流显示数值为0，查看2号B差动保护装置地回流数值同样显示为0。经现场测试确认2号B地回流二次回路正常，判定地回流接地存在问题。经检修人员现场挖掘发现，2号B地回流母排与主地网连接铜包钢线腐蚀断裂（如图1所示），且3BL、5BL接地圆钢未于主地网连接，将其重新焊接后恢复正常，如图2所示。

图1 地回流母排与主地网连接铜包钢腐蚀断裂照片

图2 避雷器及主变地回流接地断裂扁钢后重新焊接恢复照片

5.5 制定接地装置检修作业方案

5.5.1 设备清扫

接地线清扫：用抹布或扫帚对接地线进行清扫直至干净，如图3所示。

图3 清扫接地线

5.5.2 设备检修

5.5.2.1 接地线

1）检查设备接地线、电缆沟内的接地线等，完整无锈蚀、烧伤、断裂及其他异状。对缺少、断裂的设备接地线进行重新连接，同时对生锈部位进行除锈涂漆，并对脱漆或未刷黑漆的部位进行刷漆。

2）检查设备接地应牢固且接触良好。对开断、漏焊、点焊的接地线应进行重新焊接。同时，对搭接时焊接面搭接长度不符合要求的要重新进行补强。圆钢搭接长度为直径的6倍，扁钢搭接长度为2倍宽度，且三面焊接。

3）检查接地端子应焊接牢固、无锈蚀。对接地螺栓开断、漏焊、点焊的重新进行焊接，并将其生锈的螺栓切除，重新焊接热镀锌螺栓。

4）检查接地线应与接地体相连，无断开现象。用万用表测量各设备接地间的导通状态，对不导通的设备接地要查明原因，并进行处理。

5.5.2.2 接地

常见的不同接地方式如图4所示。

图4 不同的接地方式

1）检查水平接地体及垂直接地体无锈蚀、烧伤及断裂。对已锈蚀、烧伤及断裂的接地体，重新敷设焊接。

2）检查水平接地体与垂直接体连接处无锈蚀、开断，防腐层良好。对开焊的部位重新焊接，并进行除锈涂漆。

3）检查接地体搭接部位的焊接长度及焊接面应满足要求。对搭接时焊接面不够，应进行补强，其圆钢搭接长度为直径的6倍；扁钢搭接长度为2倍宽度且三面焊接。

4）检查接地网的接地电阻应满足要求。牵引变电站接地装置的接地电阻不能大于0.5Ω。独立避雷针接地装置的接地电阻不宜大于10Ω。

6 效果检查

6.1 技术效益

根据现场巡视情况统计，有效地控制了雨、雾、冰、雪等恶劣天气下的供电设备运行状态，设备排查、监测、整治完成后，以此项分析、研究活动为契机，系统编制生产技术管理文件并且得到具体实施。

6.2 社会效益

整条线供电设备整治、改造完成后，在后期运行中同样遇到强降雨天气，未发生一起开关跳闸事故，减少了事故抢修，保证了牵引供电设备安全正常的供电要求，极大地提高了供电质量，保证了设备的安全运行，保证了铁路运输正常运营。