施 麒 上海鐵路局調(diào)度所

在普速?gòu)?fù)線和高速（客專）電氣化鐵路接觸網(wǎng)檢修、搶修中，為了減少對(duì)運(yùn)輸能力的影響，供電部門一般都利用V形天窗進(jìn)行作業(yè)，即一線停電而鄰線正常供電。在這種供電模式下，鄰線會(huì)對(duì)停電線路產(chǎn)生感應(yīng)電壓，鄰線的回流電流也仍然會(huì)流過(guò)停電線路的回流系統(tǒng)。

感應(yīng)電壓與穿越電流在V形天窗作業(yè)中對(duì)作業(yè)人員的安全都會(huì)產(chǎn)生很大威脅，特點(diǎn)又各有不同。對(duì)感應(yīng)電壓和穿越電流的防護(hù)，規(guī)章有不同的規(guī)定，但現(xiàn)場(chǎng)檢修中存在互相混淆的情況，其主要原因是對(duì)感應(yīng)電壓及穿越電流的成因及危害認(rèn)識(shí)不清。

1 感應(yīng)電壓與穿越電流的產(chǎn)生

1.1 感應(yīng)電壓

鄰線帶電接觸網(wǎng)作用于停電線路上的感應(yīng)電分為兩種。一種是由于線路與大地、空氣之間存在耦合電容，從而產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓。另一種是帶電線路在周圍產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)，通過(guò)電磁感應(yīng)作用在停電線路上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。兩種感應(yīng)電的疊加形成V形天窗區(qū)段停電線路上的感應(yīng)電壓。

1.1.1 靜電感應(yīng)電壓的計(jì)算

如圖1，導(dǎo)線1為帶電接觸網(wǎng)導(dǎo)線，導(dǎo)線2為停電接觸網(wǎng)導(dǎo)線，導(dǎo)線1′為導(dǎo)線1以大地為平面的鏡像，由此可得:

上二式中，d為兩條接觸網(wǎng)導(dǎo)線間水平距離，b為接觸網(wǎng)對(duì)地垂直高度。R為接觸網(wǎng)導(dǎo)線等效半徑，τ為接觸線上單位長(zhǎng)度的電荷，ε為介質(zhì)的介電常數(shù)。

圖1 靜電感應(yīng)電壓示意圖

由于環(huán)境因素，還需乘以一個(gè)屏蔽系數(shù)。由于式（1）計(jì)算的是單位長(zhǎng)度的電壓，還應(yīng)乘以并行長(zhǎng)度l，才能得到并行長(zhǎng)度電壓。

1.1.2 電磁感應(yīng)電壓的計(jì)算（帶回流線）

目前在我局普速鐵路中，基本都采用直供加回流的供電方式，停電接觸線感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為

式（2）中，為電流的頻率，M為上下行接觸線間互感系數(shù)，l為上下行接觸線平行長(zhǎng)度，I為帶電接觸線上流過(guò)的電流。λgh為回流線和鐵軌共同作用下的屏蔽系數(shù)，一般取λgh=0.53。

1.1.3 實(shí)際接觸網(wǎng)V形天窗感應(yīng)電壓

在實(shí)際V形天窗作業(yè)中，測(cè)得如表1所示在不同條件下的接觸網(wǎng)感應(yīng)電壓的值?？梢钥闯鲈跓o(wú)接地情況下，實(shí)際接觸網(wǎng)感應(yīng)電壓高達(dá)3000 V以上，在兩端接地后，接地線之間的感應(yīng)電壓顯著下降。

表1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)不同條件下的感應(yīng)電壓

1.2 穿越電流

在電氣化鐵路中，牽引電流從牽引變電所經(jīng)過(guò)接觸網(wǎng)流入電力機(jī)車，再?gòu)碾娏C(jī)車經(jīng)過(guò)鋼軌、大地、回流線回到牽引變電所。從電力機(jī)車流回牽引變電所的電流稱為牽引回流。如圖2所示。

圖2 接觸網(wǎng)牽引回流示意圖

在V形天窗作業(yè)時(shí)，鄰線不停電線路仍然有電力機(jī)車取流，回流系統(tǒng)中就會(huì)有牽引回流出現(xiàn)，停電線路與不停電線路的接觸網(wǎng)利用絕緣裝置可以隔開，但由于上、下行鋼軌通過(guò)車站渡線及道岔、扼流變壓器以及大地互相連通，所以牽引電流通過(guò)鋼軌回流時(shí)，上、下行鋼軌均有牽引回流經(jīng)過(guò)。

當(dāng)停電線路的接觸網(wǎng)作業(yè)裝設(shè)接地線（通常是要和鋼軌相聯(lián)）時(shí)，作業(yè)區(qū)兩端的接地線將鋼軌與接觸網(wǎng)并聯(lián)，于是接觸網(wǎng)成為回流系統(tǒng)的一條支路，接觸網(wǎng)上產(chǎn)生分流，現(xiàn)場(chǎng)將其叫做穿越電流。

2 感應(yīng)電壓與穿越電流的特點(diǎn)與危害

2.1 感應(yīng)電壓的特點(diǎn)

從對(duì)感應(yīng)電壓的計(jì)算分析可以知道，由于接觸線水平間距和垂直高度是一定的，靜電感應(yīng)電壓的大小與帶電接觸線電壓大小、天氣環(huán)境因素造成的靜電屏蔽系數(shù)有關(guān)。而電磁感應(yīng)電壓的大小與天氣環(huán)境、導(dǎo)線上流過(guò)的電流、接觸網(wǎng)并行長(zhǎng)度有密切關(guān)系。

2.2 穿越電流的特點(diǎn)

影響穿越電流的因素比較復(fù)雜，其存在與回流系統(tǒng)中導(dǎo)流設(shè)備的裝設(shè)位置和連接狀態(tài)以及檢修時(shí)接地線的裝設(shè)設(shè)置有關(guān)，其大小與回流系統(tǒng)的電氣參數(shù)、電力機(jī)車的取流大小和運(yùn)行位置有關(guān)。圖3為典型的穿越電流傷人示意圖。

圖3 穿越電流造成人身傷害示意圖

2.3 危害

感應(yīng)電壓的實(shí)際大小如表1，在不裝設(shè)接地線的情況下可以達(dá)到3 kV以上的高電壓。在帶電的鄰線接觸網(wǎng)有電力機(jī)車運(yùn)行時(shí)，感應(yīng)電壓的數(shù)值會(huì)更大，在發(fā)生金屬性接地短路的情況下，感應(yīng)電壓則會(huì)瞬間急劇升高。

在進(jìn)行V形天窗檢修時(shí)，采取裝設(shè)接地線等防護(hù)措施后，盡管鋼軌、回流線、接觸線中有穿越電流經(jīng)過(guò)，由于鋼軌和回流線通過(guò)吸上線連通、作業(yè)區(qū)端兩端接觸線和鋼軌通過(guò)接地線可靠連接，所以正常情況下穿越電流都是從鋼軌、回流線、接觸網(wǎng)流過(guò)，不會(huì)對(duì)作業(yè)人員造成危害，但是，一旦有其它因素造成這些主導(dǎo)電回路開路，穿越電流就會(huì)從正在斷開點(diǎn)位置作業(yè)的人員身體流過(guò)（如圖3所示）。

穿越電流通過(guò)作業(yè)人員身體所分流的電流值與帶電鄰線的牽引回流大小、回流系統(tǒng)的電氣參數(shù)以及人員自身和所持機(jī)具的阻抗等因素有關(guān)，且數(shù)值與鋼軌、回流線中的牽引回流相比，所占比例非常小。但是，人體所能承受的電流值一般不超過(guò)15 mA，否則即有生命危險(xiǎn)。

所以，不論是感應(yīng)電壓還是穿越電流，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全都是嚴(yán)重的威脅。

3 感應(yīng)電壓與穿越電流的防護(hù)措施

感應(yīng)電壓和穿越電流都是在V形天窗接觸網(wǎng)停電后，在停電接觸網(wǎng)和設(shè)備中存在的安全隱患。所不同的是，感應(yīng)電壓存在的形式單一，而穿越電流就比較復(fù)雜。

3.1 感應(yīng)電壓的防護(hù)

靜電感應(yīng)電壓雖然電壓數(shù)值比較高，但由于是通過(guò)空氣介質(zhì)感應(yīng)而來(lái)，通常能量有限，采取接地措施就可消除。電磁感應(yīng)電壓通過(guò)接地后，電壓有效值即趨于零。所以，對(duì)于感應(yīng)電壓的最有效的手段是可靠接地。

從對(duì)感應(yīng)電壓的計(jì)算公式可以知道，感應(yīng)電壓與并行接觸線的長(zhǎng)度密切相關(guān)，其電壓大小與接觸線并行長(zhǎng)度成正比。因此，為了確保安全，必須在作業(yè)區(qū)段的兩端分別裝設(shè)可靠地接地線，從而將接觸線的有效并行長(zhǎng)度盡可能減少到最小，僅一端接地并不能對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行防護(hù)，還可能同時(shí)被穿越電流擊傷，如圖3中b圖所示。在作業(yè)范圍較大的情況下，隨車地線是比較重要的防護(hù)措施，《接觸網(wǎng)檢規(guī)》中也有如作業(yè)范圍超過(guò)1000 m需增設(shè)接地線的規(guī)定。

在任何情況下，作業(yè)區(qū)兩端掛有可靠連接的接地線是確保防止感應(yīng)電壓傷害的絕對(duì)有效手段，但更應(yīng)當(dāng)考慮在檢修過(guò)程中的設(shè)備狀態(tài)變化后是否仍然滿足兩端接地的條件，這需要作業(yè)前進(jìn)行充分的安全預(yù)想。

3.2 穿越電流的防護(hù)

穿越電流具有隱蔽性、路徑和大小很難確定，對(duì)人的傷害具有較大偶然性，因而容易被忽視。目前現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員對(duì)于感應(yīng)電壓有很高的重視程度，往往對(duì)于穿越電流的認(rèn)識(shí)較為薄弱，甚至將對(duì)于感應(yīng)電壓的防護(hù)和對(duì)于穿越電流的防護(hù)互相混淆，這是非常危險(xiǎn)的。2011年8月鐵道部就通報(bào)了某局發(fā)生一起拆除負(fù)荷隔離開關(guān)引線作業(yè)，由穿越電流造成作業(yè)人員觸電死亡的惡性事故。

穿越電流其實(shí)就是牽引回流的某一條支路，所以對(duì)于穿越電流的防護(hù)關(guān)鍵點(diǎn)在于保證回流系統(tǒng)中主導(dǎo)電回路的完整與暢通，在檢修作業(yè)過(guò)程中禁止人為地在導(dǎo)電回路上制造新的斷開點(diǎn)，或者用身體機(jī)具將已斷開點(diǎn)導(dǎo)通。采取旁路措施（如設(shè)置短接線連接）是針對(duì)穿越電流進(jìn)行防護(hù)的有效手段。在檢修特殊設(shè)備特殊點(diǎn)時(shí)，如隔離開關(guān)、分段絕緣器、電分段錨段關(guān)節(jié)、吸上線、扼流變相關(guān)設(shè)備等，必須先采取旁路措施，將可能在檢修中產(chǎn)生斷開點(diǎn)的兩端短接。在進(jìn)行斷線接續(xù)、絕緣子檢修，和將導(dǎo)線連接后會(huì)造成新回流支路的作業(yè)時(shí)，必須先用短接線連接，使可能會(huì)產(chǎn)生斷開點(diǎn)的設(shè)備等電位，以此進(jìn)行穿越電流的防護(hù)。

3.3 主要防護(hù)措施和注意事項(xiàng)

（1）裝設(shè)接地線只能消除感應(yīng)電壓，并不能防護(hù)穿越電流，穿越電流必須要用短接線來(lái)進(jìn)行防護(hù)。

（2）在需要同時(shí)設(shè)置接地線和短接線防護(hù)的作業(yè)，必須先在作業(yè)地點(diǎn)兩端裝設(shè)接地線，并在有可能產(chǎn)生感應(yīng)電的中性區(qū)段加裝接地線，再用短接線將端口短接；作業(yè)結(jié)束，先拆除短接線，再拆除中性區(qū)段接地線，最后拆除兩端接地線。

（3）在電分段、軟橫跨等處作業(yè)，中性區(qū)及一旦斷開開關(guān)有可能成為中性區(qū)的停電設(shè)備上均應(yīng)接地線。

（4）在檢修隔離開關(guān)（特別是常閉的隔離開關(guān)）時(shí)，必須在隔離開關(guān)閉合狀態(tài)下裝設(shè)短接線。

（5）除非作業(yè)結(jié)束，中途不得改變接地線和短接線的狀態(tài)位置。

（6）短接線必須使用不小于25的銅質(zhì)導(dǎo)線。

4 結(jié)束語(yǔ)

鐵路電氣化快速發(fā)展至今，在積累生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程中，不乏血的教訓(xùn)，并以此換來(lái)了如今嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?guī)章守則。對(duì)于感應(yīng)電壓和穿越電流的防護(hù)，思想上的重視是第一位的，要嚴(yán)格按照規(guī)章規(guī)定采取安全措施，切不可心存僥幸而忽視規(guī)章。

在目前客運(yùn)專線AT供電的運(yùn)行模式下，一般禁止利用V形天窗進(jìn)行作業(yè)，然而在不得不利用V形天窗進(jìn)行搶修作業(yè)時(shí)，其供電回路較之普速鐵路更為復(fù)雜，這就需要作業(yè)人員有更為扎實(shí)的業(yè)務(wù)理論知識(shí)和更強(qiáng)烈的現(xiàn)場(chǎng)安全意識(shí)，從而確保現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的安全。