接觸網V形天窗停電作業感應電壓分析與預防

陳爽

摘要：隨著我國鐵路建設的發展，面對鐵路運輸能力的不斷提高，國家對接觸網檢修標準的要求越來越高，為了減少因接觸網設備檢修對運輸產生的影響，在條件具備的情況下，接觸網檢修作業均采用V型天窗形式進行。接觸網檢修過程中存在的感應電、穿越電流等對接觸網檢修人員人身安全構成較大的威脅，日常作業中如不能有效防范就會造成人身傷害。為此，本文主要對接觸網V形天窗停電作業感應電壓進行了分析，并探討出了有效的預防措施，以供參考。

關鍵字：接觸網；V形天窗；停電作業；感應電壓；預防

前言

接觸網施工是電氣化鐵路建設施工的一個重要組成部分。而如何保障施工作業人員在接觸網施工維修過程中的人身安全已經成為電氣化鐵路施工的重要考量。因此，本文對接觸網V形天窗停電作業感應電壓分析與預防的研究具有十分重要的意義。

1 V形天窗概念

天窗概念：為了檢修接觸網，需要接觸網停電，在停電期間就沒有列車通過，這樣在列車運行圖（不同時間列車走行區段）中就會有一段空白（沒有列車走過的線條），故形象地叫“天窗”。而V形天窗指的是在復線電化的區段，上行或者是下行接觸網是以供電臂或者是站場、區間等為停電單位，按照行車的方向以順序停電的方式打開天窗，兩線之間進行的是交互作業，運行的過程中呈現V形狀。

2 V停時上下行接觸導線間的感應電壓

V停時，停電的接觸導線及設備上的感應電主要有兩種：靜電感應電壓和電磁感應電壓。

2.1靜電感應電壓及其計算

靜電感應一般都是由于導體中的自由電荷受到電場力的作用而產生的。通常我國電氣化鐵路接觸網上的額定電壓是25V，一般會在其周圍產生較強大的電場，而根據靜電感應的原理，V停時臨近停電接觸導線上在電場力作用下自由電荷重新分布就會產生較高的靜電感應電壓。圖1為V形天窗作業時靜電感應示意圖。

圖中，A是帶電的接觸導線；A是A相對于地面的鏡像；B是停電檢修的導線；a是接觸導線之間的距離；b是a在地面上的投影距離；c是導線的對地距離；d是停電導線的對地距離；l是停電接觸導線與帶電接觸導線鏡像之間的距離。

對上圖進行分析，我們可以知道，在進行接觸網停電作業時，V是帶電接觸導線電壓，R為接觸導線的半徑，q是不停電接觸導線上單位長度電荷，則有：

式中： 為空氣的介電常數， 是帶電接觸導線上單位電荷在其本身產生的電壓。

若設A對B產生的靜電感應為V2，則有：

整理上述兩個公式得出：

由上面的公式我們可以得出，當帶電接觸電壓V1與R為定值時，接觸導線的對地高度確定靜電感應電壓V2的值。當c值一定時，V2與b成反比，而當b值一定時，V2可忽略不計。因此，當接觸導線對地高度一定時，V2與b的關系如圖2所示。

當b取不同值時，靜電感應電壓V2計算結果見表1。

2.2電磁感應電壓及其計算

V停時，電磁感應電壓指的是帶電的接觸導線中電流由于電感耦合而產生的電壓。我國電氣化鐵路大部分采用的是交流、工頻50HZ、單相的制式，根據電磁場的工作原理，停電導線會在電磁場的作用下產生感應電動勢。因此，在雙線電氣化的區段內，當帶電一側的接觸導線電流較大的時候，停電一側的導線會在磁場力的作用下產生較高的電壓。

直接供電方式和加回流的直接供電方式下，產生的電磁感應電壓會有不同，具體分析和計算如下。

2.2.1直接供電方式下電磁感應電壓的計算

根據電磁感應原理，在V停時，雙線電氣化區域帶電導線中的電流會產生交變磁場，進而做切割磁感線運動，使得停電導線產生感應電動勢，此電動勢產生的電流總是阻礙原磁通的變化。因此，在交變磁場作用下，帶電接觸導線中的電流方向與感應電動勢產生的電流方向是相反的。在磁場的作用下，停電接觸導線上產生的感應電動勢，沿停電接觸導線是縱向分布。該電動勢的大小與帶電接觸導線中電流值的大小有關，而與帶電接觸導線的電壓大小無關。

停電一側接觸導線上產生的感應電動勢可表示為：

上述公式中，f指的是電流頻率，M指的是上下行接觸導線之間的互感系數；L指的是上下行接觸導線之間的接近距離；I指的是帶電接觸導線的電流； 指的是鋼軌屏蔽系數。

分析式子中各個構成元素之間的關系，我們可以發現，當電流頻率f與接近距離L一定時，感應電動勢大小與帶電接觸導線中電流及互感系數和鋼軌屏蔽系數有關，且與每個量都成正比。

2.2.2直供加回流供電方式區段的電磁感應電壓的計算

回流線一般與接觸導線同桿架設在田野側，回流線與接觸導線之間存在互感作用，為了加強兩者間的互感，需盡量使回流線靠近接觸導線，使得鋼軌中的電流盡可能地由回流線流回至牽引變電所，回流線對接觸導線的電磁感應有一定屏蔽能力，此時的感應電動勢為：

其中，是回流線和軌道共同作用下的屏蔽系數。利用該公式，分析計算得出的電磁感應電動勢數值小于無回流線時電磁感應電動勢。因綜合屏蔽系數計算較復雜，這里不再詳細分析。

停電側接觸網電磁感應電壓如表2。

3 V形天窗停電作業潛在危險的預防

3.1預防感應電壓傷害的措施

首先，掛地線。地線是保護檢修人員的重要安全措施，其可以降低電磁感應電壓，防止電壓過大給人帶來的傷害；其次，對導線進行實時監控，及時發現問題，解決問題。確保第一時間發現安全隱患，并采取一定的措施來保證檢修人員的生命安全；再次，接觸網V形天窗停電作業時，作業的范圍一旦超過1000m，需要增設接地線；最后，需要正確的使用和規范勞保用品以及絕緣工具，檢修人員在進行作業時，需要按照規定穿戴有反光標識的防護服和安全帽等。

3.2預防強電侵入的措施

強電入侵一直是威脅檢修工作人員生命安全的重要隱患，為此，就需要檢修人員在檢修之前設置可靠的接地線（作業點的兩端都要設置）。此外，需要行車部門配合檢修人員的工作，在無電區域不要停放電力機車，為了避免這種現象的發生，應在車站行車室設聯絡員，在施工及維修地點設現場防護人員，對無電區域進行實時監控，一旦發現有機車闖入無電區域，立即通知工作領導人，停止作業。同時，檢修人員還需要加強雙線區段站場軟橫跨的上下行隔斷絕緣子的絕緣性，以及站場內分段絕緣器的橋式絕緣子的絕緣水平，以防止作業時絕緣子發生閃絡或擊穿對人身造成傷害。

結束語

綜上所述，本文主要對V停時上下行接觸導線間的靜電感應電壓、電磁感應電壓進行了詳細的分析和計算，并探討了預防感應電壓傷害、強電侵入傷害的有效措施，希望能夠提高檢修人員的安全性，進而促進接觸網V形天窗停電作業的效率。

參考文獻：

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[2]李立.接觸網“V”形天窗作業感應電壓的分析與預防[J].電氣化鐵道，2015，（03）：24-26+30.endprint