淺析鐵路牽引變電所接地網故障原因及對策

朱文杰

摘 要：電氣化鐵路有環保、高效、節能等的優點，目前這種方式被全世界認為是一種很理想的交通運輸方式。國務院也對中國鐵路進行長遠的規劃，不斷的統籌人口、資源、土地等各方面的需要 。并在2008年國務院進一步調整鐵路的規劃方案，不斷完善鐵路的布局。根據最近幾十年運行的數據分析，電氣化鐵路的可靠性變得越來越高，但是牽引供電系統是整個電氣化鐵路的核心設備，并且接地網是其重要的組成部分，具有保障電氣設備正常運行、人身和設施安全、防止雷電和靜電危害等重要作用，其性能良好是確保電氣化鐵路安全運行的一個重要因素。所以研究電氣化鐵路牽引變電所接地網的故障原因和措施是至關重要的。

關鍵詞：變電所；接地網；對策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.185

1 研究現狀

國外的很多的發電廠或者接地網的鋪設材料都是用的銅材料，所以他們的腐蝕問題不是很嚴重的，所以對于我們接地網腐蝕嚴重的故障分析是沒有可以借鑒的技術和方案。近年來，銅材料的成本費用很高，所以歐洲、北美等國家開始也采用鍍鋅鋼材作為接地網的鋪設材料，但是這些新鋪設的接地材料運行的時間比較短，腐蝕的現象還不是很嚴重的，并沒有引起國家的高度關注，所以相關的資料和報告較少。我們國內的學者和科學家對接地網腐蝕故障的研究并取得了一定的成果。目前，最主要的是基于電路網絡理論或者電磁場理論的接地網故障檢測方法，并沒有涉及腐蝕故障的相關內容，也就是只有參考文獻是針對牽引變電所接地網的腐蝕故障的研究問題。現在，比較成熟的是應用電網理論的分析和方法對接地網腐蝕故障進行診斷，將接地網的腐蝕故障問題轉化成檢測方程的求解問題，相比較來說是一種靈活運行并且容易實現的一種診斷方法，但是在求解檢測方程中不同的解題算法都有一定的優缺點，還需要研究一種簡捷和可靠的求解檢測方程的算法。

2 研究意義

接地網由大型的網狀接地裝置和埋在地下的金屬導體相互垂直組成，所以這些導體被叫做水平接地體和垂直接地體。埋在地下的相互垂直的接地網由排放電流、雷電或者其他方面的電流和穩定電位差的作用，但是由于地下的環境潮濕和空氣的作用，金屬導體經常會出現電化學腐蝕或者造成焊接不良、虛焊、漏焊等故障，導致接地網的供電性能嚴重下降，可靠性飛速下降，從而影響電網設備的正常供電，導致牽引供電系統不能正常運行，進一步嚴重影響電氣化鐵路的正常運行，耽誤乘客的時間。當然，有很多的方面都是造成接地網產生故障的原因，但是主要的影響因素是接地網腐蝕。我國在鐵路上主要是使用普通的鋼材作為接地網的鋪設材料，為了提高鋼材的防腐的性能，于是也開始逐漸的使用鍍鋅鋼材。雖然使用了鍍鋅的鋼材，但是有時施工的環境或者焊接處的防腐受到環境的限制，沒有辦法達到預計的防腐蝕的效果，經過對鋼材的很多年的數據的分析，得出一般在9年左右就會出現很嚴重的腐蝕情況，這就大大降低了接地網和均壓的性能，也對設備維護人員和運行在該線路上火車構成很嚴重的威脅。通過近幾十年鐵路事故分析，造成事故的很大原因就會因為焊接處或者接地網的電阻不合格引起的，

事故發生之后，鐵路相關部門就會開始大規模的排查接地網的狀況，但是這種方式盲目性和工作量都是很大的，在進行排查之前必須停電，這就對牽引電力系統的正常運行帶來很大的隱患。為了避免上述盲目排查的最原始的檢查方式，提高牽引變電所接地網腐蝕故障診斷的精度和效率，進行其腐蝕故障診斷方法的研究對于正確掌握接地網的運行狀況、及時發現隱患并采取相應措施具有重要意義。

3 牽引變電所接地網腐蝕故障原因分析

因為牽引變電所接地網故障會引起變電所發生接地故障，會產生很大的短路電流流入大地，并由此可能會產生很大的接地電壓，從來影響鐵路的正常運行。

（1）土壤腐蝕的電化學機理，土壤中有很多的礦物質和有機鹽構成電解質溶液，會跟金屬材料發生原電池發生進而逐漸的腐蝕金屬材料。

（2）牽引變電所地回流的影響。由于鐵路的不斷延伸，鐵路的牽引負荷電流增加很大，給牽引變點所的返回電流也就隨之增大，這就給接地網帶來點位不平衡和電磁兼容性的問題。如果接地網內的電壓是不一樣，不僅會影響接觸電壓的不穩定，也會影響火車內部人員和設備的生命安全。也會加劇接地網金屬材料的腐蝕程度。

4 牽引變電所接地網腐蝕故障診斷模型

在牽引變電所接地網的任意兩點之間加上直流或者工頻電流時，因為電阻的原因，會引起電感變小。接地網的導體段對地電容及泄漏電導比導體段本身的電阻則大得多，因此牽引變電所接地網的電容和電感均可以忽略，將其等效成一個純電阻網絡。另一當面，土壤中的電阻率是遠遠低于牽引變電所接地網的導體電阻的，所以在進行接地網的故障檢查的時候，可以忽略土壤中的相關因素，只需要研究金屬體本身的電阻率。建立牽引變電所接地網腐蝕故障診斷模型的過程，我們需要優化理論的基礎知識，將牽引電力所接地網的故障檢測化解成一個最優化的問題。在這個過程中必須要用到能量最低原理，也就是一些自然變化的方式都是能量逐漸變低，能量較低呈現穩定的狀態。我們在工頻電流或者直流電流在土地中流動就會形成一個恒穩定流場，也就滿足能量最低原理的條件。

5 結論

本文研究鐵路牽引變電所接地網故障原因和相應的對策，根據電路和網絡的知識利用計算機建立相關的數學模型，對這類的故障進行分析，可以得出下面的結論，鐵路牽引變電所接地網的工作壞境和工作方式是比較特殊的，經常跟土壤進行接觸，但是導致接地網發生腐蝕的原因主要由兩點，第一是土地中的電化學物質進行反應，第二就是地下水回流的原因使接地網的腐蝕更加嚴重。雖然本文也給出了相應的措施，但是還是有很多需要改進和優化的地方，本文所研究的牽引變電所接地網只是利用計算機進行模擬的，并沒有考慮土壤、水分等其他的一些因素的影響，下一步就是結合這些因素進行全面的分析，相信會得到更加詳細的數據和防范措施。

參考文獻：

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