電氣化鐵道預防感應電知識讀本(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 近電線路的影響 帶電線路上有電壓就有電場存在，就會出現靜電感應；有電流就有電磁場存在，就會在附近電線路上產生感應電，這是一種客觀存在 的現象 。 26 電氣化鐵道接觸網線路屬于強電高壓線路，線路中通過的電流也是大電流，因此靜電感應和電磁感應遠勝于電力系統，對附近電線路的影響非常 大 ，必須給予高度重視。 第一節 接觸網線路對 其附近 通信線路的影響 我國電氣化鐵道牽引供電系統采用工頻單相 25kv交流制供電，其牽引供電方式主要有直接供電方式（ DT） 、 BT供電方式、 AT供電方式和直供加回流線 （ DN）四種。 以上幾種 供電方式屬于不平衡供電系統，當牽引電流流過接觸網時，接觸網導線周圍產生的強電場和強磁場，必將對附近的通信線路和設備產生干擾和影響，使通信質量下降，嚴重時能危及設備和人身安全。這方面的研究起步比較早，在電氣化鐵路修建時，從設計到施工、運用已 采取了防干擾和消除感應電的技術措施，這里不再進行過多贅 述 。 27 第二節 接觸網線路對 其附近 電線路的影響及危害 牽引電流流過接觸網時，在接觸導線周圍產生的強電場和強磁場不僅僅對通訊線路產生電磁感應，對其附近的一切電線路都會產生電磁感應。 如圖 11 所示 ， 在 有電力機車運行的接觸網線路 ，接觸網上施加的電壓為 25kv、機車運行時接觸網上的電流通常在 1000A 以上。根據電磁感應原理，必然會在附近的電線路上產生靜電感應電壓和電磁感應電壓。 1．靜電感應的影響和危害 當接觸網加上 25kv 工頻交流工作電壓以后，就在 28 接觸網導線（包括承力索和接觸線）的四周建立起垂直于導線表面的交變電場。由于靜電感應作用，處于該電場內的各類架空電線路將產生對地感應電壓 uc2。 當接觸網線附近一條停電檢修的電線路處于懸空狀態時，耦合電容容抗很大，耦合電容電流很小，其上的對地電壓 uc2 很高，若 人體不慎串入 電線路與大地間將電線路與大地間 構成通路 時 ，人體電阻 R 人 與耦合電容 C2形成并聯電路，由于人體電阻 R人 遠小于耦合電容C2的容抗，靜電感應的電流絕大部分將通過人體分流，這一分流遠大于耦合電容電流，會對作業人員的人身安全造成嚴重危害，必須采取措施來消除。 要消除靜電感應對作業人員 的 危害影響，只要在該電線路與大地間設置一條電阻遠小于人體電阻 R 人 的接地線，形成與人體電阻并聯的支路就可以達到目的。因為，用接地線構成的并聯支路將電線路與大地間直接溝通，靜電感應電流基本上全部由其分流，作業人員處于同一電位，不再承 受感應電壓，對作業人員 形 不成威脅或傷害。如果接地線接觸不可靠，接觸電阻增大或斷開，此時通過人體的感應電流就會增加。當通過人體的電流超過所能承受的最大電流（一般規定為 50mA）時，就會對人身造成傷害。 2．電磁感應的影響和危害 當接觸網線路上有電力機車運行時，接觸網線路中就有交流電流，其周圍就會建立起交變磁場，由于電磁感應作用，這種交變磁場會在與其平行的附近電線路上 29 感應出沿電線路縱向分布的感應電動勢 U。如果電線路是懸空的，未構成閉合回路， 受影響的電線路中 就 只 有感應電 動勢存在 。如果構成 了 閉合回路，就必定有電磁感 應電流 i產生。 假 如受影響的是一條停電檢修的線路，線路上產生的感應電 動勢 對作業人員的安全將是一種致命的 危險隱患。 其影響 情況如 下： （ 1）受影響停電檢修的線路懸空，與大地間無任何連接點時， 該線路中有感應電動勢存在，若只有一人不慎串入線路與大地間將線路與大地間構成通路，不會遭受電磁感應的危害；若有兩人在不同地點不慎串入線路與大地間將線路與大地間構成兩條通路，就會構成回路，產生感應電流， 有 遭受電磁感應的危害 可能 ； （ 2） 當 停 電線路上只有一點與大地連通時， 雖 構不成閉合回路，不會有感應電流 ，但有感應電動勢存在。若有 人與固定連接點相距一定距離 的地方 不慎串入線路與大地間 ， 將線路與大地間 形成 通路，就會構成回路，產生感應電流，遭受電磁感應的危害； （ 3） 當有兩點與地連通時，兩地線間就構成了閉合回路，回路中就會有 固定的 感應電流產生。若 此時不慎將 閉合回路 斷開，檢修中 就 會隨時發生 作業人員身體連通的 可能 ，對 人 身 造成傷害。 30 3．檢修線路上有接地線時產生感應電的特點 綜上所述， 要消除檢修線路上的電磁感應電影響，必須要為被檢 修 線路人為構建成一個閉合回路。停電檢修電線路時，為防止變配電所誤送電， 如圖 12 所示，在被檢 修 線路兩端分別設置的接地 線，對感應電而言，恰巧構建了一個人為的閉合回路，為感應電流提供了通路。地線的設置不同，產生的感應電影響也不同。其特點如下： （ 1）如果 被 檢修線路兩端設置的接地線接觸牢固、位置合理，回路可靠的閉合、不形成斷口或作業人員不串入斷口，兩地線間電線路中的感應電就達不到威脅作業安全的程度，作業人員直接接觸被檢 修 線路時是安全的，就不會造成傷害。 （ 2）如果 被 檢修線路兩端設置的接地線位置不合理，超出相關規定，兩地線間電線路中 產生的 感應電就會 遠 高于安全 電壓值 。作業人員接觸被檢 修 線路時，就 31 會以人體為分界點，形成兩個閉合回路， 將人體串入感應電流通路，威脅作業安全，甚至造成傷害。 （ 3）如果 被 檢修線路設置的接地線接觸不牢固，有一端斷開了（或未設置接地線），作業人員接觸時，就會直接通過人體形成閉合回路，使感應電流流過人體。這種情況下，通過人體的感應電流最大，威脅作業安全最嚴重，最容易發生人身傷亡。 第三節 感應電對附近不同電線路電磁影響的區別 上述分析表明：感應電的大小與兩線間距、平行長度、帶電線路上電壓高低、電流變化及氣候等情況有關。當停電的線路與帶電的接觸網線路或電線路距離不遠，平行長度又較長時，在線路中感應的 感應 電動勢可 以達到危險的程度。 早年 我國在觀音壩單線區段的 就曾做過試驗， 當 接觸網和架空線 間 的平行距離為 250m，平行長度為 ，接觸網短路電流為 1140A時 ，實測得 感應 電動勢為 787～ 824V。如此高的感應電壓，在作業中若停電線路未接地或接地不良，一旦有人 不慎 接觸 ,電流通過人體接地形成回路 ， 使人體遭到電擊觸電。研究部門的實驗表明，電磁感應在相距 100m 以外時，仍有可觀的影響。因此 絕 不容忽視。 32 一、 接觸網線路對通訊線路的影響 特點 在光纜通訊技術未使用以前干擾影響很大。由于通訊線路采用光纜技術不產生電磁影響，架空通訊明 線改造為地下敷設電纜后電磁感應減弱， 加 之兩線間距一般大于 100m以上，因而影響較輕。 二、接觸網線路對電力線路的影響特點 在電化區段，對沿鐵路線架設的電力貫通線 ，尤其是 電力貫通、 自閉線路，與接觸網線的平行長度較長，兩線間距在 50～ 100m 范圍內，可感應出較高的電壓。特別 是 一些區段的 電力貫通 或 自閉 線與接觸網同桿合架，這時兩線距離很小，其上感應電壓很高，足以危及人的生命安全。若停電作業時采取的安全措施不完善，未采取消除感應電措施，有可能發生人員遭感應電電擊的傷亡事故 。 1．靜電感應電壓的特點： 由靜電感應計算 公 式可知靜電感應電壓的大小主要取決于： （ 1） 接觸網與電力貫通 (自閉 )線間平行距離。平行距離越小，產生的靜電感應電壓越大。 （ 2） 接觸網線路的電壓。接觸網線路的電壓越高，則產生的靜電感應電壓越大；靜電感應電壓與接觸網中有無電流無關。 2． 感應電動勢的特點： 33 由電磁感應 計算公式 可知電磁感應電動勢大小主要取決于： （ 1） 接觸網牽引電流。牽引電流越大，則產生的電磁感應電動勢越大。 （ 2） 兩線平行距離。兩線平行距離越小，則產生的電磁感應電動勢越大。 （ 3） 兩線平行長度。兩線平行長度越長，則產生的電磁感應電動勢越大。 3． 兩線平行距離與感應電壓的關系 （ 1）根據實測數據， 二線平行距離與靜電感應電壓的對應關系值如下表所示 : 兩線平行 距離（ m） 10 20 30 50 100 250 500 靜電感應 電壓（ V） 1860 650 310 120 30 5 1 （ 2） 兩線平行距離與電磁感應電動勢的對應關系 設 Ij=500A， L=18km， K=，兩線平行距離與感應電動勢的對應關系值如下表所示 : 兩線平行 距離（ m） 10 20 30 50 100 250 500 電磁感應 電壓（ V） 1225 1044 938 806 630 407 266 三、單線 區段 接觸網對自身的影響特點 電氣化鐵路 單線區段 ， 接觸網 停電檢修時自身不產生 感應電的 影響，只受到電力線路的電磁影響。由于電力線的三相對稱性，加之兩線距離較大，其產生的感應 34 電壓比較小， 自電氣化鐵路開通以來幾乎 未 發生過 威脅接觸網停電檢修時作業人員的安全 情況 ， 一直 沒有引起接觸網檢修運行人員的 普遍重視。 四、復線區段帶電接觸網對停電接觸網的影響特點 35 電氣化鐵路 復線 區段 ，如圖 13 所示，上、下兩行線路雖然都是電線路，但與電力線路相比，上、下兩行線路間距大多不超過 10m，平行長 度很長，線路電導率較小，這些結構上明顯的不同之處，決定了接觸網一行對另一行接觸網線產生的感應電要遠高于對附近其他電線路產生的感應電。 若上、下行間距離為 10m，接觸網導高為 6m，接觸網電壓為 ，根據靜電感應電壓公式，則此時靜電感應電壓為 ： )(2 0 9 32 5 0 0 06610 222222vUcba bcKU j???? ???????? 36 若通過的牽引電流在 100A 以上 ,平行感應長度為1000m，則最小電磁感應電壓為 )(653211101 0 4 03 1 41 0 0 6vlMIU pj???????????? 但實際中機車牽引電流遠大于 100A，作業中，如發生裝設接地線程序錯誤或在接地線未掛好 的情況下作業人員接觸停電的接觸網設備時，平行感應長度也遠大于 1000m，假設通過的牽引電流在 1000A 以上 ,平行感應長度為 10km 以上，則產生的電磁感應電壓為 : )(32651011010403141000 6vlMIU pj??????????? 此時產生的電磁感應電壓遠遠大于 40v 的人體安全電壓，就會導致人員觸電。因此，作業區兩端設置保護接地線，且兩地線間距離不大于 1000m是一項確保作業安全的有效措施。 單線改復線后，由于作業人員對復線區段接觸網兩行線路間產生感應電危害的認識不足，作業中不自覺的將多年來在單線檢修中養成的作業習慣帶入 V 形天窗作業中，不按規定設置接地線、減少接地線設置組數，簡化作業程序、違章蠻干，有著 非常 深刻的教訓。 37 五、 帶回流線或架空地線時感應電壓的影響 在帶回流線或架空地線的直接供電方式中，由于回流線或架空地線中流過的電流與帶電接觸網線路中流過的電流方向相反，對停電的接觸網線路而言，其產生的電磁感應與帶電接觸網線路產生的電磁感應方向也相反，有一定的 抵消作用，即有一定的屏蔽能力。因此，此種情況下產生的電磁感應低于無回流線的情況，前述分析結論完全適合帶回流線或架空地線時的情況。 六、 感應電壓、回流電流測試實例分析 2022 年、 2022 年蘭州供電段針對感應電問題在雙線接觸網停電、不停電或單線停電，變電所饋線接地刀閉合或打開等不同情況下的感應電進行了一系 列 的測試，測試的結論也對其得到了印證。測試結論如下 （測試過程見附錄） ： 1． 架空回流線的電壓隨上下行機車取流影響較大，尤其是受同一側線路的影響大，電壓隨機車取流增加而增大； 2． 停電后的接觸網感應電壓較 高 （ 3600v 以上），大小主要跟該供電臂長度有關，長度越長，感應電壓越大，該電壓受 鄰 線機車取流影響較小； 3． 停電的接觸網在兩端加掛接地封線后（接地線距離 300m），接觸網感應電壓、鋼軌 對地電壓都較低（不大于 10v），并且在 蘭新線 截 河壩 －武 威 上行，距離變 38 電所 2km的地點試驗過程中， 5400v接觸網感應電壓在變電所閉合接地刀后，立即減小到 4v左右（同 300m加掛地線時的電壓相同）； 4． 接觸網加掛 地 線（鋼軌）和回流線接地（接地極）后，兩者間的電壓不超過 10v； 5． 在接觸網加掛地線（鋼軌）后，如果變電所閉合接地刀，天 水～ 蘭 州區段 、蘭 州～ 武 威區段 、武 威～嘉 峪關區段 都存在牽引回流通過接地線－接觸網－變電所接地刀回流的問題，且大小相當于饋線電流的 1/3； 6． 在軌道絕緣節較多的車站（或有軌縫絕緣、扼流變的區間），存在軌道回流從供電臂遠端地線流向接觸網，再從供電臂近端地線流回鋼軌的問題，主要是鋼軌電阻較大造成的； ７． 回流線接地后，地線中沒有電流通過。