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1、株洲北牵引变电所地回流过大的原因及对策雷小飞（长沙供电段，湖南长沙， 410007 ）摘要：本文对株洲北牵引变电所的地回流过大进行了分析，指出了地回流过大的危 害，提出了减少地回流的对策。关键词： 株洲 牵引变电所 地回流 对策一、前言2001 年武广电化开通后和列车大提速的实施，处在枢纽地带的株洲北牵引变电所牵引 负荷越来越大， 而直供列车的开行， 对牵引供电的可靠性提出了更高的要求。 该所的地回流 过大、 接触电压偏高、接地电阻大、 接地体锈蚀严重等问题日益突出， 严重危及牵引供电设 备和通信信号设备的安全运行， 人身安全也受到了威胁。 针对此问题， 本文提出了减少地回 流过大的对策。二、
2、地回流过大的原因分析株北变电所供电范围广（共有 8 条馈线）、牵引负荷大，地回流过大。经现场检测，全 天监测出的地回流最大为 550A ；超出了电流表 400A 的量程（地回流的 LH 变比为 400/5 ）。 引起地回流过大的原因主要有以下几个方面：1、株洲枢纽接触网结构特殊， 京广客车正线和湘黔正线采用直供 + 回流线的供电方式；牵引电流主要是经回流线流回变压器的C 相 ,只有一小部分经接地网流回变压器的C 相。京广货车正线也采用直供 +回流线的供电方式， 但它的回流线是通过与客 A 线的（京广客车下 行线）回流线并接后才回到牵引变压器的 C 相，增加了回流经路，增大了轨回流回路阻抗， 这
3、也就相对的使地回流部分增大了。而株洲枢纽的株北一场、三场、四场、六场、七场、株 洲机务段和货机折返段及联络线（北转一线、货二线、西机走、南转一、东机走、南环线、 南机走、峰一线、发西线、北联线、峰三线、南转二和北机走线）采用直接供电方式（未装设回流线 ），牵引电流经电力机车处钢轨流入大地，最后通过变电所的接地网流回牵引变压 器的 C 相。这部分的牵引负荷较大，株洲枢纽各场内同时运行的电力机车数量多，取流大， 该牵引负荷电流的回归几乎都是通过接地网回流，这是造成地回流过大的主要因素。2、总的回流电流大2001 年武广电化开通以来，该所的牵引负荷持续增加，现在单条馈线最大牵引电流达900A ；B
4、相瞬时最大牵引电流达 1300A 。2005 年 6 月 18 日 00 ：32 分的过负荷中， 110KV 侧 B 相牵引电流达到了 533.6A ， 27.5KV 侧 B 相牵引电流为 1140A 。据铁二院的设计，预 计浙赣线电气化开通运营后，该所的总受电量将达到 106170000 kwh/ 年，也即日均用电 量将逼近 300000 kwh 。预计届时最大牵引电流将达到 1500A ，地回流最大值将超过 650A 。3、在变电所附近没有设置轨回流点，导致在变电所附近集中的电流从钢轨入地，通过 变电所的接地网流回牵引变压器的 C 相，这是增大地回流的原因之一。4、该所设置的并联电容器补偿
5、装置，总容量为6000Kvar ，其中 A 相 3200 Kvar ， B相为2800 Kvar。正常运行时，A相、B相电容器同时投入运行。电容电流的回流方式是通 过接地网连接到牵引变压器的 C 相，这也是引起株洲北牵引变电所地回流增大的一个方面。三、地回流过大的危害在交流牵引供电系统中， 由于大地与线路的感性耦合和阻性耦合， 大地也成为牵引回流路径的一部分； 部分钢轨回流流过与之相连的接地系统和土壤， 导致非铁路装置受铁路系统 的影响面增大。 流经大地的电流越大，铁路附近的其它装置， 如管道、 电缆和设备等受感性 耦合和阻性耦合影响的危险就越大。地回流过大，对牵引变电所来说主要有以下危害：1
6、、加速电腐蚀接地网 变电所内的接地网是指直埋于室外地下的水平接地体和垂直接地体;接地母线则是指设置于高压室、电容器室等墙壁上或电缆沟、电缆竖井等沟、壁上的明敷接地体。通常接地网 和接地母线按一定方式连结成一个整体， 并通过设备接地线与高低压配电装置连接。 株洲北 牵引变电所内的接地网长期流经大电流， 地网附近的土壤潮湿产生热效应， 造成埋设在地下 的地网扁钢电腐蚀严重， 地网扁钢的表层腐蚀脱落， 使得导流截面积越来越小， 地网通过的 电流的能力降低，使得接地网的接地电阻越来越大（具体数值请参见附件 2 ）。如此恶性循 环，严重威胁牵引供电设备的安全运行。2、接触电压和局部地电位升高接触电压是指
7、直接接触和间接接触电压。 直接接触电压是指可能接触到带电部件而产生 的电压。 直接接触电压的保护措施包括使用绝缘外罩、 绝缘外壳或绝缘网栅并充分加大到可 接触表面的距离。 地电位发生于接地体和远处大地之间。 接地体的对地电阻和流经接地体的 电流决定了地电位的大小。 当牵引电流从车辆流入回流回路时， 将引起该点对地电位的升高。 一方面， 株北变电所内的地回流过大， 局部接地电阻越来越大， 接触电压进一步升高威胁人 身安全（接触电压值应符合表一的要求） 。另一方面，地回流过大，局部地电位升高，现在 该所的远动通道对地网电压有时达到 160V ，大大超过了规定值 30V ，导致经常烧坏远动装 置的
8、GM-R060 、 GM-R070 、 GM-R011 、 GM-R051 插件和无线远动装置的 MODEM ， 严重影响远动设备的安全运行。表一、接触电压的允许值：接触电压U的允许值接触电压U (V)持续时间T (S)运行状态下60>300运行状态下65=300故障状态下842=1003、烧坏地回流电缆，造成系统事故。2004年12月15日，由于轨回流不畅，使得本来就很大的地回流更大，造成地回流电缆(VLV22-3 X185mm 2)烧坏，导致牵引供电系统事故。四、解决方案牵引电流是受电弓通过接触线取流并向铁路牵引车辆供电的电流。交流牵引供电系统中，运行电流从接触网系统流向车辆；而牵引
9、供电的回流以及再生制动的电流，则从车辆流向变电所。回流回路包含运行或故障状态时回流流经的所有导体，在交流牵引系统中， 牵引电流的回流路径主要有： 走行轨、回流线和大地。 总的回流应该等于流经接触线的电流。走行轨 作为回流的导体，轨道敷设在地面上，其长度远远大于宽度， 钢轨与大地之间的电阻又有限， 并且钢轨中存在纵向电阻， 导致部分回流电流流入大地并经大地流回变电所。在变电所附近，这股电流又流回走行轨，并流入变电所的接地系统。流经钢轨、大地及其它所有铁路附近与 铁路并行的金属导体 (如电缆外壳和管道)的电流总值等于流入列车的牵引电流值。单相交流系统中，所有的导体间都存在感性耦合，也就是说，钢轨和
10、大地之间，接触线、加强线和 回流线之间存在感性耦合影响了回流电流在各个导电路径中的分配。在交流牵引系统中， 流经大地的回流部分即地回流取决于回流导线的设计和截面的大小。在简单的回流系统中， 采用走行轨作为回流回路，30%-40%的回流流经土壤；如果沿线路安装了与接触网等高且与大地等电位的回流线， 则通常流经大地的电流几乎有一半经回流线流回变电所，即流经土壤的电流减少至15%-20%。而株洲北牵引变电所的轨回流与地回流之比在1 : ( 0.75-1.25 )之间，大大超出了正常范围。鉴于此，我们特提出如下对策（其改造示意图参见附件1）：1、在变电所附近增加轨回流点。（1）分别在客 A 线、客 B
11、 线离株洲北牵引变电所最近的扼流变压器的中性点上，使用75 扁钢直接引入 1# 、2# 牵引变压器端子箱的轨回流汇流排。（2）从株洲北网工区轨道车专用线上取一个轨回流点，使用75 扁钢直接引入 1# 牵引变压器端子箱的轨回流汇流排。2、加装回流线和吸上线及将既有回流线沟通，以缩短轨回流经路，减少回路阻抗。（ 1）在六场 159 号杆处引一架空回流线到变电所围墙外，通过铜芯铠装电缆直接引入1# 牵引变压器端子箱的轨回流汇流排，从而缩短了京广货车上行线轨回流经路。（ 2）在南机走 13 号杆处引一架空回流线到变电所围墙外， 通过铜芯铠装电缆直接引入 2# 牵引变压器端子箱的轨回流汇流排，从而缩短了
12、京广货车下行线轨回流经路。（3）对现在无回流线（采用直供方式）的株洲枢纽一场、三场、四场、六场、七场及 发西线、南机走线、北机走线、南环线和南转一线等改为直供 + 回流线的供电方式，即增设 回流线和吸上线。（4）为了提高回流回路的可靠性，可在1# 、2# 牵引变压器设置独立的回流路径，即构成双回路闭环回流的形式，需从211 、215 馈线支柱的回流点上各新增一条回流电缆到1# 牵引变压器端子箱的轨回流汇流排。3、对接地网进行部分改造。（1）提高接地网的设计标准，新增铜接地网，增大接地网的回流能力和耐腐蚀能力； 对部分区域接地电阻过高的， 使用降阻剂做降阻处理， 降低其接地电阻值。 调查发现部分
13、户 外设备的接地电阻过大， 需更换户外部分设备的接地母线； 并将新敷设的接地网与既有的接 地网焊接好。（ 2）将地回流的 LH 变比由现在的 400/5 增大到 600/5 ，轨回流的变比由现在的 800/5 增大到 1000/5 。（3 ）将既有的 VLV22-3 X185mm 2铝芯铠装回流电缆全部更换为VV22-3 X185 mm（1KV ）铜芯铠装电缆。（4）拆除A相、B相电容并补装置的电抗器既有接地扁钢，从电抗器的接地处引接回 流电缆到牵引变压器端子箱的轨回流汇流排。（5）根据EN50 122-1 标准，交流牵引系统长作用期接触电压的允许值为60V，因此,还需在接触电压超过 60V
14、的巡视线路处设置均压带。附件 1 ：株洲北牵引变电所回流系统改造示意图附件 2：株洲北牵引变电所户外各设备接地电阻值表附件 1 ：株洲北牵引变电所回流系统改造示意图B相电容并补装置A相电容并补装置变1#B端子箱内汇流排电所处地回地回IIII14>1II44围 墙>114%高压室*211馈线（12 m杆）fn nr串补装置客B线离所最近 的扼流变中性点客A线离所最近的扼流变中性点2#B端子箱内汇流排2#牵引变流直1#牵引变流直215馈线（16 m杆）159接接地网压器接接地网oIV科ItbiIIVIIIrrIIIIm|11him株洲北网工区轨道车专用线变电所围墙处南机走13号杆注：1
15、 双实线为既有需改造为铜芯铠装3 X185mm 2的回流电缆；2 双虚线为新增铜芯铠装 3 X185mm 2回流电缆；3 单虚线为新增1 X50mm 2回流电缆；4 点划线为75的接地扁钢；5 三实线为新增 接地铜排；6新增架空钢芯铝铰回流线。附件2:株洲北牵引变电所户外各设备接地电阻值表设备名称接地电阻值（Q）设备名称接地电阻值（Q）1BL101LH122BL152LH53BL253LH0.74BL34LH85BL55LH116BL56LH149BL231#牵引变1.610BL252#牵引变1027BL71011GK3.829BL11021GK1030BL121012GK1132BL2110
16、22GK0.933BL101001GK1935BL8.51002GK2536BL181003GK2038BL111013GK101#避雷针0.71014GK252#避雷针0.51023GK33#避雷针0.651024GK254#避雷针0.52111GK101YH92121GK12YH72131GK233YH102141GK6.54YH82151GK245YH132161GK66YH222191GK1.57YH4.22101GK38YH59YH5.210YH411YH1.812YH1注：上述各接地电阻的检测时间是2005年6月12日。由于运行中的变电所只能带电进行接地电阻的测量，加上测量工具就是普通的接地摇表，所以上述测量结果存在一定的误差。9