摘要：鐵路電力系統(tǒng)作為鐵路系統(tǒng)行車供電的重要設(shè)備，同時(shí)又是國(guó)家電力系統(tǒng)的組成部分通過著重分析普速鐵路電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的主要特征和優(yōu)缺點(diǎn)，并圍繞常見中性點(diǎn)接地方式的選擇依據(jù)與方法展開探討，提出了一些實(shí)際可行的合理建議，旨在強(qiáng)化鐵路電力系統(tǒng)的供電可靠性、安全性，提高電能質(zhì)量，促使鐵路電力系統(tǒng)為鐵路運(yùn)輸更好地發(fā)揮作用。

關(guān)鍵詞：普速鐵路電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地調(diào)壓器電抗器

ExplorationofNeutralGroundingMethodsinthePowerSystemofOrdinary-SpeedRailways

WANGZhe

TaiyuanPowerSupplySectionofDaqinRailwayCo.，Ltd.，Taiyuan，ShanxiProvince，030000China

Abstract：Therailwaypowersystemisimportantequipmentfortrafficpowersupplyintherailwaysystemandalsoacomponentofthenationalpowersystem.Thisarticlefocusesonanalyzingthemaincharacteristics，advantagesanddisadvantagesoftheneutral groundingmethodinthepowersystemofordinary-speedrailways，explorestheselectionbasisandmethodsofcommonneutralgroundingmethods，andputsforwardsomepracticalandfeasiblereasonablesuggestions，aimingtostrengthenthereliabilityandsafetyofpowersupplyintherailwaypowersystem，improvepowerquality，andpromotetherailwaypowersystemtoplayabetterroleinrailwaytransportation.

KeyWords：Neutralgroundinthepowersystemofordinary-speedrailways;Neutralgroundthroughsmallresistors;Voltageregulator;Electricreactor

鐵路電力系統(tǒng)主要由自動(dòng)閉塞電線路、電力貫通線路及鐵路變、配電所、電源線路等構(gòu)成，為鐵路行車電務(wù)、通信、車輛等信號(hào)及車站乘降組織、設(shè)備維修部門的生產(chǎn)生活等負(fù)荷提供電力供應(yīng)。鐵路電力系統(tǒng)作為國(guó)家電力系統(tǒng)的重要組成部分，具有明顯的電力和鐵路雙重特征屬性。

加強(qiáng)對(duì)普速鐵路電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的研究，在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等多環(huán)節(jié)綜合考量，合理選擇中性點(diǎn)接地方式，對(duì)于提升鐵路電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平有較大意義。

1鐵路電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式應(yīng)用簡(jiǎn)介

鐵路電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式一般指變壓器的接地方式，是一種工作接地，與電壓等級(jí)、單相接地短路電流、過電壓水平、繼電保護(hù)配置息息相關(guān)，是一個(gè)綜合性技術(shù)問題，可分為中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)（包括不接地、經(jīng)消弧線圈接地、經(jīng)高阻接地）及中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)（包括直接接地、經(jīng)小電阻接地）。

鐵路電力系統(tǒng)從國(guó)家電網(wǎng)取得的電源均采用的是中性點(diǎn)不接地方式，鐵路電力變、配電所的站區(qū)饋出回路一般從二段母線（電源母線之后，調(diào)壓器之前）直接輸出，即采用中性點(diǎn)不接地方式；鐵路電力貫通線路調(diào)壓變壓器可根據(jù)實(shí)際需要選用接地方式。

與高速鐵路電力系統(tǒng)采用經(jīng)小電阻接地方式不同，普速鐵路電力系統(tǒng)普遍采用中性點(diǎn)不接地方式，這種方式雖然具備一定的優(yōu)勢(shì)。但隨著鐵路電力技術(shù)改造的推進(jìn)和更高標(biāo)準(zhǔn)安全的要求，普速鐵路電力系統(tǒng)接地方式在新時(shí)代環(huán)境下有一定的探討空間。

2中性點(diǎn)不接地方式的優(yōu)勢(shì)與局限

根據(jù)《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10008-2015）中關(guān)于供配電系統(tǒng)配置的要求，電力貫通線路的形式應(yīng)根據(jù)供電安全可靠性、工程實(shí)際情況綜合確定采用架空與電纜混合線路，或全電纜線路?；阼F路電力建設(shè)項(xiàng)目投資限制、技術(shù)必要性要求，目前鐵路投運(yùn)的普速鐵路電力貫通線路多為以單一架空線路或以架空線路為主的混合線路，其中性點(diǎn)接地方式多采用中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)和小電流接地系統(tǒng)，按照《鐵路電力管理規(guī)則》第69條此類系統(tǒng)單相接地故障應(yīng)及時(shí)處理，允許故障運(yùn)行時(shí)間一般不超過2h[1]。結(jié)合某局某段普速電力2023年1月至10月的實(shí)際運(yùn)行情況，發(fā)生的152件電力跳閘中，構(gòu)成設(shè)備故障的15件，其中責(zé)任設(shè)備故障2件、非責(zé)任設(shè)備故障13件，外部環(huán)境因素構(gòu)成對(duì)電力架空線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的第一威脅。其中發(fā)生的一起樹木侵入架空線路限界造成邊相對(duì)地虛接的問題，在2h內(nèi)及時(shí)發(fā)現(xiàn)了原因并進(jìn)行了處置，在未對(duì)鐵路行車造成影響的情況下，有效避免了衍生故障。表明在既有的設(shè)備技術(shù)條件下，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)有一定的優(yōu)勢(shì)。

電力電纜線路與架空線路相比，其絕緣裕度相對(duì)較小，不具備很強(qiáng)的過電壓承受能力，當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障，非故障相電壓升高至線電壓以上，非故障相電纜多點(diǎn)擊穿的概率大，且由于電纜線路故障電容電流較大，故障點(diǎn)絕緣迅速燒損，極易造成相間故障。因電纜線路多采用埋設(shè)、穿管、橋架等隱蔽施工方式，故障原因查找困難，限于電纜中間頭制作及電纜敷設(shè)等搶修方式及行車條件的制約，此類故障通常無法在短時(shí)間內(nèi)得到良好處置。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，電力電纜故障基本是絕緣擊穿的問題，因電纜絕緣屬于有機(jī)絕緣形式，此類故障多為永久性，絕緣無法自恢復(fù)，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)不利于及時(shí)斷電，易造成故障區(qū)域絕緣嚴(yán)重?zé)龘p，致使故障范圍擴(kuò)大，將電源屏報(bào)警等問題次生為紅光帶等故障，對(duì)行車造成影響，甚至造成線路長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，帶來嚴(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)，或引發(fā)社會(huì)不良影響。

3普速鐵路電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇

鐵路電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的正確選擇對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行極為關(guān)鍵，其選擇的核心問題是在減少外界環(huán)境不利因素引起的不必要跳閘、加強(qiáng)重要負(fù)荷的不間斷供電與實(shí)現(xiàn)線路有效保護(hù)、控制故障范圍并在故障情況下確保正常設(shè)備的電氣及絕緣可靠性間的權(quán)衡。

按照《鐵路電力設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10008-2015）中關(guān)于供配電系統(tǒng)配置的要求，經(jīng)調(diào)壓器供電的10（20）kV電力貫通線路，其系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的要求是：一是當(dāng)系統(tǒng)單相接地故障電容電流不大于10A時(shí)，應(yīng)采用不接地系統(tǒng)[2]。二是當(dāng)系統(tǒng)單相接地故障電容電流不大于150A時(shí)，可采用低電阻接地方式或消弧線圈接地方式；當(dāng)系統(tǒng)單相接地故障電容電流大于150A時(shí)，宜采用低電阻接地方式。三是全電纜線路宜采用低電阻接地方式。四是低電阻接地方式的接地電阻宜按照單相接地電流200～400A、接地故障瞬時(shí)跳閘方式選擇?！陡咚勹F路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10621-2014）明確要求，當(dāng)系統(tǒng)單相接地故障電容電流不大于30A時(shí)，中性點(diǎn)可采用不接地系統(tǒng)，故障電容電流通過中性點(diǎn)接地的電抗器補(bǔ)償。

按照電力鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)推算常用70mm2、95mm2截面鋁芯電纜在單相接地電容電流值分別為10A、30A、60A、100A、150A情況下對(duì)應(yīng)的電纜長(zhǎng)度（計(jì)算結(jié)果如表1所示），可根據(jù)電纜長(zhǎng)度選擇合理接地方式。

依托于中性點(diǎn)接地的方式，可實(shí)現(xiàn)快速切除故障，通過零序保護(hù)在0.2～2.0s內(nèi)動(dòng)作將故障切除，降低次生永久性電氣事故概率，保護(hù)電力設(shè)備的絕緣可靠性及使用壽命。

4常見中性點(diǎn)接地方式的比較

4.1中性點(diǎn)不接地方式

中性點(diǎn)不接地方式在以架空線路占主導(dǎo)的線路中具有在單相接地故障情況下，可連續(xù)供電1～2h的優(yōu)勢(shì)；但在以電纜線路占主導(dǎo)的線路中，容易造成故障擴(kuò)大。

4.2中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式

相較于中性點(diǎn)不接地方式，該方式利用消弧線圈的電感電流對(duì)電容電流進(jìn)行補(bǔ)償，使得流過接地點(diǎn)的電流減小到能夠自行熄滅，減少弧光過電壓的發(fā)生，同樣具備單相接地故障情況下可連續(xù)供電1～2h的優(yōu)勢(shì)且不會(huì)使得單相故障發(fā)展為相間故障；但該種方式對(duì)于接地保護(hù)的要求較高，無法檢測(cè)出接地的故障線路且易發(fā)生諧振，不能有效釋放線路上的殘余電荷[3]。

4.3中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式在以電纜線路占主導(dǎo)的線路中，單相接地故障情況時(shí)，通過小電阻能良好地控制弧光接地過電壓，并可有效控制系統(tǒng)諧振過電壓，有較好的限流降壓作用，有相對(duì)較高的零序過流保護(hù)性能，有助于及時(shí)消除電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障問題；小電阻接地方式有一定的局限性，尤其是在架空線路段，因跳閘頻率增加，電力系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)受到影響，供電功能相應(yīng)弱化，且在一定程度上增加了設(shè)備維護(hù)難度[4]。

5關(guān)于鐵路電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的探討

（1）加強(qiáng)自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置的利用，此種方式優(yōu)勢(shì)是在電力系統(tǒng)發(fā)生瞬間接地故障的情況下，可自動(dòng)消除系統(tǒng)故障，從而減少跳閘次數(shù)。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，通過利用自動(dòng)跟蹤消弧線圈能產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力線路的再次補(bǔ)償，可減少三相線路間出現(xiàn)的短路故障，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性得到保證[5]。與此同時(shí)，因?yàn)閷?duì)于消弧裝置來說，其存在對(duì)應(yīng)的熄弧臨界值，與此臨界值相比，如果接地電流較小，在消弧裝置的作用下，電壓恢復(fù)速度會(huì)得到提升，有助于在相對(duì)可靠的情況下使電弧熄滅，降低電弧重燃的可能性，進(jìn)而減少電力事故，為中性點(diǎn)接地的正常運(yùn)行提供有效保障。

（2）普速既有貫通、自閉線路改造中，如電纜線路在架空線改造后連通并占到較大比例，建議考慮通過集中或分散補(bǔ)償箱式電抗器的方式對(duì)常態(tài)電容電流下感性無功進(jìn)行補(bǔ)償（計(jì)算結(jié)果如表2所示，工作電容取值為：70mm2鋁芯電纜0.22μF/km，95mm2鋁芯電纜0.24μF/km），并應(yīng)當(dāng)同步考慮配電室的適應(yīng)性改造，同時(shí)對(duì)兩側(cè)配電室調(diào)壓器中性點(diǎn)接地方式按照計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整[6]。

極端的情況是在系統(tǒng)不接地的情況下，電纜如采用高鐵標(biāo)準(zhǔn)的單芯電纜，在單相接地故障情況下2h內(nèi)不會(huì)被切除，會(huì)使得電纜線路持續(xù)燒損，而單芯電纜燒損后對(duì)相鄰相的影響較弱更加劇了這一狀況，無法觸發(fā)跳閘，極易造成系統(tǒng)性故障。

6結(jié)語

普速鐵路電力系統(tǒng)中，中性點(diǎn)接地方式的選擇直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的安全性及穩(wěn)定性，中性點(diǎn)接地方式選擇不合理極易造成次生故障和衍生事故。通過計(jì)算、比較，綜合選擇中性點(diǎn)合理的接地方式，對(duì)于有效切除故障，保護(hù)設(shè)備絕緣，確保運(yùn)輸供電，強(qiáng)化人身、行車安全意義重大。

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