牽引變電所接地引下線的選擇

于立民

0 引言

牽引變電所接地引下線是牽引變電設備與地網的連接導體，是變電設備安全可靠運行的根本保障。隨著電力系統的發展，地方電網的短路容量越來越大，同時越來越多的牽引變電所采用 220 kV甚至330 kV的較高電壓等級供電，牽引變電所一次側故障時經接地引下線流入地網的短路電流愈來愈大。而在牽引變電所設計過程中，接地引下線的設計容易被忽視。沿襲以往設計選擇的接地引下線截面偏小造成工程驗收時無法通過的情況也屢有發生。為此，特對接地引下線設計做以下淺析。

1 接地引下線設置一般規定

接地體宜采用銅或其他防腐性能較好的材質，也可采用鋼材質，但應根據其腐蝕性質采取相應防腐措施。

鐵路電力牽引供電設計規范要求接地裝置的導體截面應符合熱穩定與均壓要求[1]。當采用鋼材質時，其接地體的規格不應小于表1規定。

2 接地引下線的選擇

2.1 材質選擇

國內，普速電氣化鐵路牽引變電所通常采用110 kV電壓等級供電，負荷電流和短路電流一般較小，接地裝置主要采用普通碳鋼，局部易受腐蝕。

表1 接地裝置導體的最小尺寸表

近年來，高速鐵路及客運專線普遍采用220 kV及以上電壓等級供電，負荷電流和短路電流較大，接地引下線和地網開始采用銅接地裝置，銅材的性能比鋼材好，導電率高、熱容量大、耐腐蝕性強，但其成本相對較高。因此，實際工程中，因地制宜地進行技術經濟比較，腐蝕性強的場所可考慮采用銅接地裝置。

2.2 接地引下線截面選擇

在電氣設備發生短路時，流經牽引變電所接地引下線的短路電流高達幾千安甚至上萬安。由于短路持續的時間較短，所產生的熱量來不及散入周圍介質中，這些熱量將使接地引下線的溫度急劇升高。DL/T621-1997《交流電氣裝置的接地》[2]6.2.7條規定：電氣設備接地線的截面，應按照接地短路電流進行熱穩定校驗。

根據熱穩定條件，未考慮腐蝕時，接地引下線的最小截面應符合式（1）要求：

式中，Sg為接地線的最小截面，mm2；Ig為流過接地線的短路電流穩定值，A（根據系統5～10年發展規劃，按系統最大運行方式確定）；te為短路的等效持續時間，s；c為接地線材料的熱穩定系數，根據材料的種類、性能及最高允許溫度和短路前接地線的初始溫度確定。

在校驗接地線的熱穩定性能時，鋼、鋁、銅3種材料的熱穩定系數c分別取70，120，210。

牽引變電所短路等效持續時間te為

式中，t0為斷路器開斷時間，s；tr為第一級后備保護裝置的動作時間，s。

接地線的初始溫度，一般取 40℃。在爆炸危險場所，應按專用規定執行。

2.3 考慮腐蝕

當采用鋼材質接地引下線時，考慮到鋼材在土壤和空氣中會出現腐蝕現象，在熱穩定校驗結果所要求的接地線截面的基數上，應增加腐蝕部分的截面或采取防腐蝕措施。對不同面積、不同形狀的鋼材，其腐蝕面積應根據腐蝕深度進行計算。腐蝕深度為年腐蝕深度（即腐蝕率）與計算腐蝕年限的乘積。扁鋼的腐蝕深度取其一側及對側的腐蝕深度之和，圓鋼的腐蝕深度即為其腐蝕直徑。對于無防腐蝕措施的腐蝕，可參考表2數值。

表2 無防腐蝕措施的接地裝置腐蝕深度表

對于敷設在屋內或地面上的接地線，一般均應采取防腐措施，如鍍鋅、鍍錫或刷防腐漆。這樣可不必按埋于地下條件考慮，只適當留有裕量即可。

3 計算實例

邯濟線為客貨共線普速電氣化鐵路，采用帶回流線的直接供電方式，新建高唐牽引變電所、聊城北牽引變電所、冠縣牽引變電所、大名牽引變電所和肥鄉牽引變電所，各牽引變電所均采用V/v結線形式，額定電壓均為 110 kV，分別由地方譚莊變電站、蔣莊變電站、石村變電站、大寨變電站和館陶變電站提供電源，該地變電站供電母線短路容量分別為 2 102，2 695，1 859，1 170和 1 573 MV·A，各牽引變電所主要技術資料見表3。

表3 邯濟線鐵路牽引變電所主要技術資料一覽表

邯濟線處于內陸地區，沿線污染比較輕，材質選用鋼質接地體，根據式（1），在不考慮腐蝕的情況下，取te= 1 s，計算各牽引變電所接地引下線截面見表4。

表4計算的接地引下線截面，適當考慮了腐蝕的預留量，并采用熱鍍鋅防腐處理。由于在工程中充分認識到牽引變電設備接地引下線的重要性，接地引下線的選擇順利通過了電力部門的驗收。

表4 牽引變電所接地引下線計算最小截面表

4 結束語

綜上所述，接地引下線選擇的主要考慮因素為電源側電力系統短路容量和環境腐蝕程度，尤其是電源側電力系統短路容量，對接地引下線截面起決定性作用，即使2個完全相同的牽引變電所，接引地方變電站的系統短路容量不同，接地引下線截面可能相差很大。在實際運行中還應加強接地引下線的檢查和維護，確保牽引變電所安全運行。

[1]TB 10009-2005 鐵路電力牽引供電設計規范[S].中華人民共和國鐵道部.

[2]DL/T 621-1997 交流電氣裝置的接地[S].中華人民共和國電力工業部.

[3]山東電力工程咨詢院有限公司 邯濟鐵路擴能改造供電工程牽引站接入系統設計.

[4]河北省電力建設調整試驗所 邯濟電氣化鐵路河北段牽引變電所接入系統方案研究.