南京地鐵接觸網(wǎng)感應電壓分析及應對措施

俞席元

摘要：地鐵接觸網(wǎng)在電容耦合或者電磁感應耦合的作用下產(chǎn)生感應電壓，并對地鐵線路工作人員的日常工作帶來安全風險。這種現(xiàn)象雖然不是經(jīng)常發(fā)生，但危害很大。本文根據(jù)南京地鐵部分線路上發(fā)生的接觸網(wǎng)感應電壓現(xiàn)象來分析其內在成因，在此基礎上形成應對措施。

關鍵詞：地鐵;接觸網(wǎng);感應電壓;預防

引言

南京地鐵寧和城際部分區(qū)段的未帶電接觸網(wǎng)在上下行線路或者臨近線路的干擾下產(chǎn)生高達數(shù)百伏的感應電壓，這對地鐵工作人員造成安全威脅。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)出現(xiàn)感應電壓與送電方式、絕緣子絕緣性能具有非常密切地聯(lián)系，南京地鐵公司針對這些問題做出了技術改進。

一、 感應電壓形成機理

第一， 電容耦合。地鐵接觸網(wǎng)在帶電和停電的情況下都會存在一定的電荷儲藏量，接觸網(wǎng)上未停電的部分和停電的部分之間會產(chǎn)生電容差，而未帶電的接觸網(wǎng)和地面之間也會產(chǎn)生一個電容差[1]。停電的接觸網(wǎng)在帶電接觸網(wǎng)的電場作用下對地面形成一個感應電壓。

第二， 電磁感應耦合。地鐵在運行過程中要借助牽引變壓器和接觸網(wǎng)為電力機車提供充足的電力能源，而牽引變壓器、接觸網(wǎng)、軌道以及大地等為雜散電流提供了一個閉合的回路，由此便可能產(chǎn)生交變電磁場，而儲存了一定電荷量的停電的接觸網(wǎng)在這種交變電磁場的作用下也會產(chǎn)生感應電壓。

二、 南京地鐵接觸網(wǎng)感應電壓分析

（一）現(xiàn)象描述。南京地鐵寧和城際在運營過程中出現(xiàn)了接觸網(wǎng)存在感應電壓的不安全現(xiàn)象，經(jīng)過測量，發(fā)現(xiàn)停電側的接觸電網(wǎng)上產(chǎn)生了500伏特到800伏特不等的感應電壓，這一電壓值顯然已經(jīng)超過了人體的安全電壓，具有較大的安全風險。根據(jù)產(chǎn)生感應電壓的外在條件來判斷，這種不安全的現(xiàn)象一般多發(fā)于秋冬季的露天區(qū)域（地鐵運行區(qū)間上），而且霧霾天的發(fā)生概率也比優(yōu)良空氣環(huán)境下高出不少。

（二） 原因分析。如圖1所示，地鐵接觸網(wǎng)上設置的絕緣組件是確保其在通電或者停電情況下保持安全的主要措施，而且這些絕緣組件在功能正常的情況下也可有效的預防接觸網(wǎng)未帶電部分產(chǎn)生感應電壓。然而外界環(huán)境的干擾會導致這些絕緣組件在長期的使用過程中逐漸出現(xiàn)性能下降的問題，這在很大程度上增加了感應電壓的發(fā)生率。

南京地鐵寧和城際上的感應電壓是在遠程電力調度送電后發(fā)生的，感應電壓的情況發(fā)生在相鄰的線路上，其中一條線路送電運行，另一條未送電，正常情況下未送電的線路上不應存在較高的電壓[2]。由此產(chǎn)生一個推測，未送電的地鐵接觸網(wǎng)是在相鄰線路送電后產(chǎn)生的某種作用下形成了感應電壓，南京地鐵管理人員隨即針對這一猜測制定了驗證方案。技術人員將某個車站的上行線路和下行線路作為感應電壓的對比組，上行線路送電后在下行線路中檢測到感應電壓，上行斷電后則消失。

根據(jù)南京地鐵的實際情況，霧霾天氣也對感應電壓的形成起到一定的作用，推測原因是潮濕的霧霾天氣會導致空氣的懸浮顆粒物變成帶有一定水分的半導體介質，這些顆粒物以及其他可導電的物質共同沾染在接觸網(wǎng)的絕緣組件上，部分接觸網(wǎng)的絕緣性能就因此而受到較大的影響，為感應電壓的形成創(chuàng)造了條件。其內在原理是上下行線路上先送電的部分通過空氣中的半導體介質對未帶電的線路產(chǎn)生干擾，使其帶上電壓[3]。

三、 預防措施

事實上國內不同城市的地鐵線路在實際運營過程中也發(fā)生過相同的問題，各地的地鐵企業(yè)采用的應用方法大致可總結為三個方面。

第一， 優(yōu)化地鐵接觸網(wǎng)管理。地鐵供電系統(tǒng)在設計過程中要充分考慮到電氣安全距離方面的技術要求和規(guī)范，在處理地鐵線路感應電壓的問題時也可從表1中規(guī)定的三個電氣安全距離來優(yōu)化線路設計。地鐵接觸網(wǎng)上本來就設置有絕緣子，但是這些絕緣裝置在使用的過程中難免會附著一些具有導體或者半導體性質的鹽分和粉塵顆粒物。雖然南京地鐵每年都會組織管理人員清洗這些具有重要保護功能的絕緣子，但總體的清洗次數(shù)還是偏少，不能完全滿足絕緣安全的需要。為此，在原有基礎上繼續(xù)增加地鐵接觸網(wǎng)絕緣組件的清洗次數(shù)就成為有效的預防措施。后經(jīng)驗證，清洗次數(shù)增加之后的絕緣子有效地將感應電壓降低了近100V。地鐵線路比較長，不同分段所處的環(huán)境特點也存在差異，根據(jù)環(huán)境條件選擇更加合適的絕緣組件也可減少感應電壓。

第二， 改進技術。接觸網(wǎng)的感應電壓對地鐵電力系統(tǒng)工作人員（尤其是電壓測量人員）的安全形成了較大的威脅，為此，改進電壓測量環(huán)節(jié)的技術條件就變得非常迫切。地鐵接觸網(wǎng)上都設置有專門的對地絕緣電阻，安全對地電阻值是規(guī)制這種電阻阻值的條件之一，在滿足安全對地電阻值的基礎之上適當?shù)亟档痛嬖诟袘妷旱慕佑|網(wǎng)的對地絕緣電阻值，然后再通過驗電器臨時性地檢測相關區(qū)段的電壓值，這樣就可為工作人員提供準確的電壓預警[4]。

第三， 改進送電方案。傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)送電方案容易在上下行線路以及臨近線路上產(chǎn)生感應電壓，南京地鐵在實踐過程中逐漸總結出一套可有效避免感應電壓安全風險的送電方法，在退出直流保護電驛的情況下送電，完成之后在將直流保護電驛投入使用，采用上下行分閘送電。

四、 結束語

南京地鐵線路部分區(qū)段的接觸網(wǎng)在未帶電的情況下會出現(xiàn)感應電壓，這種偶發(fā)情況實際上嚴重地干擾了地鐵管理人員的日常工作。空氣中的半導體介質粘附在接觸網(wǎng)的絕緣子上會損害其絕緣效果，進而導致部分已經(jīng)停電的接觸網(wǎng)在臨近帶電線路的電場或者磁場作用下產(chǎn)生感應電壓，南京地鐵針對這些問題采取增加絕緣組件日常清洗次數(shù)以及改善供電方式等策略。

參考文獻：

[1]陳熱民.淺析接觸網(wǎng)感應電[J].數(shù)字化用戶，2019（18）.

[2]王婷婷.動車運行區(qū)段接觸網(wǎng)感應電壓理論分析研究[J].科技與企業(yè)，2015， 000（011）：183-183.

[3]魏巍.地鐵車輛段接觸網(wǎng)感應電壓研究[J].智能建筑電氣技術，2019， 13（01）：102-103.

[4]徐寶星.接觸網(wǎng)停電作業(yè)感應電的分析與預防措施[J].建筑工程技術與設計， 2016，000（032）：1268.

（作者單位：南京地鐵運營有限責任公司）