趙大偉 上海鐵路局調(diào)度所

鐵路電力系統(tǒng)是為鐵路內(nèi)除牽引供電外各設(shè)施供電的。鐵路供配電系統(tǒng)一般是從地方變電站接引兩路10 kV（35 kV）電源,通過鐵路變配電所向鐵路車站、區(qū)間負(fù)荷供電。鐵路變配電所的間距為40 km～60 km,個(gè)別區(qū)段長(zhǎng)達(dá)70 km～80 km。高速鐵路區(qū)間每隔3 km左右有一處負(fù)荷點(diǎn),負(fù)荷類型為通信、信號(hào)、牽引變電所所用變、接觸網(wǎng)開關(guān)、防災(zāi)設(shè)備、區(qū)間攝像機(jī)、照明等。從電力變配電所送出2條10 kV電力線路,沿鐵路敷設(shè)向其供電。該電力線路一條稱一級(jí)負(fù)荷貫通線,另一條稱綜合負(fù)荷貫通線。

鐵路電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式,是指電力系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)與地的連接方式(三相星形連接的點(diǎn))。根據(jù)中性點(diǎn)接地方式不同，共分為中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地、中性點(diǎn)直接接地四種方式。中性點(diǎn)的運(yùn)行方式不同,其技術(shù)特性和工作條件也不同,對(duì)運(yùn)行的可靠性、設(shè)備絕緣、保護(hù)措施等的影響和要求也不一樣。

目前我局合武線電力系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不接地方式，合寧線采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，甬臺(tái)溫、溫福、滬寧、滬杭客專線采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式。中性點(diǎn)直接接地方式，單相接地時(shí)可能發(fā)生感應(yīng)電壓危及工作人員人身安全或引起信號(hào)裝置誤動(dòng)作，對(duì)弱電流通訊系統(tǒng)干擾大等缺點(diǎn)，且無明顯的優(yōu)點(diǎn)，因此客運(yùn)專線不采用直接接地系統(tǒng)，故本文對(duì)此系統(tǒng)不做分析。本文就局管內(nèi)其它三種不同接地方式在運(yùn)行中的特點(diǎn)做一比較和探討。

1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)

如圖1（合武線）所示，"不接地"是指電力系統(tǒng)中性點(diǎn)與地之間沒有任何形式的實(shí)質(zhì)性連接。但實(shí)際上系統(tǒng)的三相與地之間是存在分布電容的,也就是說中性點(diǎn)不接地是經(jīng)過集中于電力變壓器的等值電容接地。

圖1 合武線中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)示意圖

該電力系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)發(fā)生單相接地故障時(shí)，單相接地不形成短路回路，線電壓仍保持對(duì)稱不變，接地電流小，對(duì)用戶用電不產(chǎn)生影響。按照《鐵路電力管理規(guī)程》規(guī)定可以繼續(xù)運(yùn)行2 h，從而獲得排除故障的時(shí)間，相對(duì)地提高了供電的可靠性。

(2)因接地電流小，對(duì)鐵路系統(tǒng)通訊干擾比較小。

但也有如下的缺點(diǎn)：

(1)單相接地故障時(shí)，非故障相對(duì)地工頻電壓升高1.73倍，若不能及時(shí)檢出故障點(diǎn)，系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在線電壓下，設(shè)備極易損壞。在間歇性電弧接地故障時(shí)，產(chǎn)生弧光過電壓，其值可達(dá)很高的倍數(shù)，對(duì)設(shè)備絕緣造成威脅。

(2)電纜發(fā)生單相接地時(shí)，不能及時(shí)斷開故障線路，可能引起火災(zāi)或引起人身觸電事故。

(3)不接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)電位升高。不接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí),非故障電壓上升為線電壓,中性點(diǎn)電壓上升為相電壓。需要中性點(diǎn)具有相電壓的絕緣水平，由于目前很多主變選用的是分級(jí)絕緣變壓器，這樣就增加了一次投資。

2 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

圖2 合寧線中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地示意圖

如圖2（合寧線）所示，消弧線圈是一臺(tái)帶有間隙的分段鐵芯可調(diào)線圈。中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地是指在電力系統(tǒng)中性點(diǎn)和地之間串接一可調(diào)電抗器。

該電力系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)能自動(dòng)跟蹤網(wǎng)絡(luò)電容電流，確保故障點(diǎn)接地殘流小于10 A，從而使故障點(diǎn)電弧可以自熄。在電容電流100 A以下的系統(tǒng)中，容易得到理想的補(bǔ)償效果（消弧線圈補(bǔ)償效果好壞的關(guān)鍵在于消弧線圈對(duì)系統(tǒng)電容電流的跟蹤性能）。

(2)單相接地時(shí)不破壞系統(tǒng)對(duì)稱性，可以帶故障運(yùn)行，以便查找故障線路。消弧線圈接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時(shí)可繼續(xù)運(yùn)行2 h。

(3)因降低了接地殘流和地電位升高，跨步電壓和接觸電壓較小，對(duì)人身安全的危害較小。

但也有如下的缺點(diǎn)：

(1)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，宜采用專用變壓器構(gòu)成中性點(diǎn)。因此要設(shè)置單獨(dú)的接地變壓器，增加投資。但目前合寧線上采用的是接地變壓器兼做所用變。

(2)消弧線圈接地系統(tǒng)的有約2倍于正常工作電壓的操作過電壓；同時(shí)不能排除3～4倍于正常工作電壓的弧光過電壓；單相接地故障時(shí)，非故障相對(duì)地電壓升高至線電壓或更高，對(duì)于全電纜系統(tǒng)，可能在電纜絕緣老化處或輕微受損處造成擊

穿，產(chǎn)生新的故障。

(3)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，由于單相接地故障電流較小，實(shí)現(xiàn)選擇性接地繼電保護(hù)比較困難，零序保護(hù)動(dòng)作不靈敏，難于快速切除故障線路。

(4)采用消弧線圈接地,10 kV電纜采用8.7/10型 ,而采用小電阻接地，10 kV電纜可采用6/10型,每公里電纜多投資大約1.2萬元。小于線電壓，且持續(xù)時(shí)間很短。

(3)在中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地方式中，一般選擇的電阻值較?。ㄈ鐪伎蛯Ｒ蟊ＷC配電所接地網(wǎng)電阻值不大于1 Ω，電阻柜電阻值小于10 Ω），在系統(tǒng)單相接地時(shí)，系統(tǒng)中的小電阻是阻尼元件，小電阻與故障線路之間形成回路，充分利用小電阻的耗能功能,將系統(tǒng)中的電容電流迅速泄放，同時(shí)回路中的電流將迅速啟動(dòng)零序保護(hù)，準(zhǔn)確及時(shí)（0.2 s～2 s）地將故障線路中的斷路器跳閘,將線路故障從系統(tǒng)中切除。這將大大降低人身接觸故障部位的機(jī)會(huì)，避免發(fā)生人身傷害事故。

但也有如下的缺點(diǎn)：

(1)小電阻接地運(yùn)行方式，顯著增加了跳閘次數(shù)（因?yàn)闊o論是永久性還是瞬時(shí)的，都跳閘），降低了供電可靠性。然而由于客運(yùn)專線電力系統(tǒng)，把一級(jí)貫通和綜合貫通饋出的重合閘和備自投功能都取消了，且電纜故障多為永久性故障，故采用小電阻接地方式的電纜線路不會(huì)使跳閘次數(shù)明顯增加，能保證供電可靠性。

(2)在小電阻接地系統(tǒng)單相接地時(shí)，接地電流較大，系統(tǒng)中單相接地故障電流會(huì)對(duì)通信產(chǎn)生干擾。電力電纜應(yīng)避免與通訊電纜同溝敷設(shè)（主要是磁場(chǎng)耦合）。

綜上所述，三種接地方式的比較詳見表1。

表1 三種接地方式的技術(shù)比較

3 中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)

圖3 滬寧、滬杭客專中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)示意圖

如圖3（滬寧、滬杭客專）所示，中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地系統(tǒng)即在中性點(diǎn)和大地之間接入一定電阻值的電阻（采用調(diào)壓器副邊中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地）。

該電力系統(tǒng)具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

(1)諧振過電壓較中性點(diǎn)不接地和中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方案都低。

(2)可以降低工頻過電壓，單相接地故障時(shí)非故障相電壓

到目前為止，我局幾條已經(jīng)投入使用的客運(yùn)專線鐵路電力貫通系統(tǒng)均發(fā)生過電纜單相接地等故障，但造成的后果卻不盡相同。合武客專采用不接地方式，電纜單相接地后，斷路器不跳閘，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行在故障狀態(tài)下，發(fā)生過燒毀電纜或燒毀電力變壓器的事件，擴(kuò)大了事故范圍。溫福、甬臺(tái)溫客專采用經(jīng)小電阻接地方式，貫通電纜單相接地后，斷路器迅速跳閘，事故沒有進(jìn)一步擴(kuò)大。上述所有電纜接地故障事后檢查確認(rèn)均為永久性故障，均需進(jìn)行停電搶修。而外局武廣客專10kV電力系統(tǒng)早期采用經(jīng)消弧線圈的接地方式，也發(fā)生過電纜單相接地，系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行在非正常狀態(tài)下燒毀變壓器的事件，后武廣客專改為小電阻接地方式。

在此要著重講的是，以上三種接地方式在我局客運(yùn)專線中都有應(yīng)用，在工作中要區(qū)分三種方式的異同，避免相互混肴。特別是既有所與新建所接地方式不同又相互備供的要格外引起注意。如合寧線上的新建的黃庵10 kV配電所和既有合肥東35/10 kV變配電所，黃庵10 kV配電所為消弧線圈接地系統(tǒng)，合肥東35/10 kV變配電所為不接地系統(tǒng)，因此黃庵至合肥東貫通線無法簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)投切。當(dāng)合肥東（至黃庵所）為二貫主供時(shí)，采用不接地系統(tǒng)運(yùn)行方式，在黃庵至合肥東二貫線路上設(shè)有四套分散設(shè)置的固定電抗器以補(bǔ)償電容電流。二貫上采用不接地系統(tǒng)時(shí)，固定電抗器接線方式為星性接線，中性點(diǎn)接地。當(dāng)黃庵所（至合肥東）為二貫主供時(shí)，采用消弧線圈接地系統(tǒng)運(yùn)行方式，固定電抗器接線方式為星形接線，中性點(diǎn)不接地。

4 結(jié)束語

經(jīng)調(diào)壓器供電的10kV貫通線路：

（1）根據(jù)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》(DL/T620-1997)規(guī)定：3 kV～10 kV不直接連接發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)和35 kV、66 kV系統(tǒng)，當(dāng)單相接地故障電容電流不超過下列數(shù)值時(shí)，應(yīng)采用不接地方式；當(dāng)超過下列數(shù)值又需要在接地條件下運(yùn)行時(shí)，應(yīng)采用消弧線圈接地方式：3 kV～10 kV電纜線路的系統(tǒng)，30A。當(dāng)系統(tǒng)接地故障電容電流小于30 A時(shí)，為節(jié)省投資，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)接地電抗器補(bǔ)償。但客專電力接地故障時(shí)故障記錄表明，電容電流都在50 A以上，故中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)不適合客專電力系統(tǒng)。

（2）當(dāng)系統(tǒng)接地故障電容電流小于150 A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)電容電流大于150 A時(shí)，宜采用低電阻接地方式（參考GB《城市配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范》（送審稿）規(guī)定，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)）。但現(xiàn)在新建的鐵路客運(yùn)專線一級(jí)貫通、綜合貫通一般采用單芯電纜形式,單芯電纜優(yōu)勢(shì)就是彎曲半徑小,適合客運(yùn)專線橋梁及路基的預(yù)制電纜溝內(nèi)敷設(shè),缺點(diǎn)就是容易發(fā)生單相電纜故障，接地時(shí)電容電流大，和消弧線圈接地方式供電系統(tǒng)相比，小電阻接地裝置的引入,有效地防止了電纜單芯出現(xiàn)故障時(shí)造成的損失擴(kuò)大,因此客運(yùn)專線電力系統(tǒng)安裝小電阻接地裝置極大地提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。故采用全單芯電纜線路的客運(yùn)專線鐵路10 kV電力貫通系統(tǒng)宜采用中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地的方式。中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地時(shí)，可采用調(diào)壓器副邊中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式。