關于牽引變回流電流對輸電線路的故障分析與處理

劉寧暢 吳貴 胡榮俊 呂江江

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伴隨我國的城市化建設規模日益增大，鐵路、高鐵、地鐵都在不斷地新建，從而提高人民生活水平，降低城市與城市之間的距離。然而在這一背后的支撐非輸電線路莫屬，輸電線路就是縮短城市之間距離的“大動脈”。輸電線路與鐵路牽引變的連接方式為“變電站-輸電架空線路-鐵路牽引變”。

1 輸電線路與鐵路牽引變連接圖

上圖為某地區110kV輸電線路與牽引變的連接方式，輸電線路與鐵路牽引變通過架空地線和架空導線來連接，架空地線的作用為保護輸電線路避免受到雷擊的災害，而架空導線就是為牽引變輸送電能，保證鐵路的正常運行[1]。

而鐵路的接線方式如下圖：

2 牽引變與輸電線路之間的矛盾，故障分析

牽引變為高速通過的列車供電，而列車要具備速度快的特點，當速度越大，車本身就要克服更大的空氣阻力進行運行，這樣就加大了牽引變的負荷，這一負荷通常能達到幾百A。

由圖2我們可以清楚看到鐵路的連接圖為兩相使用，一相接入鋼軌使用，而鋼軌和大地相連，所以這一相有部分電流能被鐵路使用 部分電流就不能被使用進而直接進入了大地，而且授電時間長，如果牽引變的接地不符合標準，這大量的負荷電流就不能及時通過牽引變接地體進行泄流，就會通過大地從牽引變構架下方回流到輸電線路架空地線上[2]。這樣就會使輸電線路架空地線流過很大的泄漏電流，一般可達到幾十A到上百A。如下圖：

2017年初至2018年12月03日區間，110kV某某鐵路牽引線故障跳閘十多次，跳閘保護情況均大致一致，跳閘時間均為夜間20時至次日凌晨08時期間。說明多次跳閘故障均為一個故障原因。進過鉗形表測量和紅外線測溫判斷，鐵路牽引變站內110kV某某鐵路牽引線構架下方接地不良好，鉗形表測量該處接地引下線最高時有270A電流，導致地線有電流通過，該站構架地線上多次發生燒斷情況[3]。測量110kV某某鐵路牽引線靠近牽引變最近一基桿塔接地引下線，電流最大有100A。輸電線路作業人員查找110kV某某鐵路牽引線故障原因，長期對臨近牽引變的輸電線路地段進行蹲點守候，一次在天氣潮濕的夜間22時，發現輸電線路最后一基桿塔靠近牽引變檔距中間，發生弧光短路故障，進一步確定故障地段，次日通過無人機進行故障精細化巡視，發現檔距中間導地線均有多處電弧燒傷痕跡，如下圖：

該檔距200米，經過測量A相導線距地線凈空距離達到2．5米，按照常規情況這一距離是滿足運行要求的，但是在地線攜帶的有電流運行時這一距離就會發生一定的變化。輸電線路的電流方向和牽引變回流的方向如圖3，根據電流的特性，“同向電流相互排斥異向電流相互吸引”，的特性。這樣就會使輸電架空導線與輸電架空地線之間存在相互吸引的力，電流越大力越大，這樣架空地線與架空導線之間的凈空安全距離大大的減小，進一步就會引發線路放電跳閘[4]。

由上圖知當地線存在電流經過時，產生“同向電流相互排斥異向電流相互吸引”，的特性。

F=BIL

F：兩相導線之間的吸引力

B：導線產生磁場的強度

L：導線長度

由圖和公式知F和地線與導線之間的距離D成反比（F越大D就越小），根據電流特性（及上訴公式），電流I越大，他們之間的力F就越大，D就越小。當空氣潮濕或者空氣中雜質比較多的情況下，這樣的空氣距離就會被擊穿，形成通道發生接地跳閘。跳閘過后輸電線路沒有電流流過，他們之間的力F就消失不見，它們之間的距離D就恢復到正常值（正常運行時的安全距離）。當運行人員進行故障巡視時，線路已經跳閘停電了沒有電流經過，地線與導線之間的距離D，符合運行規范。運行人員若缺乏類似的故障經驗就不能輕易發現該故障位置。這樣故障就一直存在我們的線路上，如果長期存在不給予解決，那么就大大的降低了輸電線路的可靠運行，還會對架空地線和架空導線帶來不可修復的傷害[5]。

3 結語

由故障分析可知，要杜絕這樣的故障，就要對其架空地線電流進行處理，故需要在輸電架空地線大小號側進行絕緣并加裝防雷放電間隙處置來阻隔牽引變泄漏電流回流到地線。該特點就可以阻斷地線電流形成的回路，沒有電流經過它們之間的力F就隨之消失不見。

而防雷放電間隙處置不僅可以阻斷牽引變回流，而且不影響雷電流的通道，因為雷電流的幅值比較大，當有雷電流經過時，就可以擊穿該間隙形成通道，達到泄流的效果。從而就可以杜絕地線帶電運行的缺陷方式。