淺析鐵路牽引變電所接地網(wǎng)故障原因及對(duì)策

朱文杰

摘 要：電氣化鐵路有環(huán)保、高效、節(jié)能等的優(yōu)點(diǎn)，目前這種方式被全世界認(rèn)為是一種很理想的交通運(yùn)輸方式。國(guó)務(wù)院也對(duì)中國(guó)鐵路進(jìn)行長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃，不斷的統(tǒng)籌人口、資源、土地等各方面的需要 。并在2008年國(guó)務(wù)院進(jìn)一步調(diào)整鐵路的規(guī)劃方案，不斷完善鐵路的布局。根據(jù)最近幾十年運(yùn)行的數(shù)據(jù)分析，電氣化鐵路的可靠性變得越來(lái)越高，但是牽引供電系統(tǒng)是整個(gè)電氣化鐵路的核心設(shè)備，并且接地網(wǎng)是其重要的組成部分，具有保障電氣設(shè)備正常運(yùn)行、人身和設(shè)施安全、防止雷電和靜電危害等重要作用，其性能良好是確保電氣化鐵路安全運(yùn)行的一個(gè)重要因素。所以研究電氣化鐵路牽引變電所接地網(wǎng)的故障原因和措施是至關(guān)重要的。

關(guān)鍵詞：變電所；接地網(wǎng)；對(duì)策

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.185

1 研究現(xiàn)狀

國(guó)外的很多的發(fā)電廠或者接地網(wǎng)的鋪設(shè)材料都是用的銅材料，所以他們的腐蝕問(wèn)題不是很嚴(yán)重的，所以對(duì)于我們接地網(wǎng)腐蝕嚴(yán)重的故障分析是沒(méi)有可以借鑒的技術(shù)和方案。近年來(lái)，銅材料的成本費(fèi)用很高，所以歐洲、北美等國(guó)家開(kāi)始也采用鍍鋅鋼材作為接地網(wǎng)的鋪設(shè)材料，但是這些新鋪設(shè)的接地材料運(yùn)行的時(shí)間比較短，腐蝕的現(xiàn)象還不是很嚴(yán)重的，并沒(méi)有引起國(guó)家的高度關(guān)注，所以相關(guān)的資料和報(bào)告較少。我們國(guó)內(nèi)的學(xué)者和科學(xué)家對(duì)接地網(wǎng)腐蝕故障的研究并取得了一定的成果。目前，最主要的是基于電路網(wǎng)絡(luò)理論或者電磁場(chǎng)理論的接地網(wǎng)故障檢測(cè)方法，并沒(méi)有涉及腐蝕故障的相關(guān)內(nèi)容，也就是只有參考文獻(xiàn)是針對(duì)牽引變電所接地網(wǎng)的腐蝕故障的研究問(wèn)題。現(xiàn)在，比較成熟的是應(yīng)用電網(wǎng)理論的分析和方法對(duì)接地網(wǎng)腐蝕故障進(jìn)行診斷，將接地網(wǎng)的腐蝕故障問(wèn)題轉(zhuǎn)化成檢測(cè)方程的求解問(wèn)題，相比較來(lái)說(shuō)是一種靈活運(yùn)行并且容易實(shí)現(xiàn)的一種診斷方法，但是在求解檢測(cè)方程中不同的解題算法都有一定的優(yōu)缺點(diǎn)，還需要研究一種簡(jiǎn)捷和可靠的求解檢測(cè)方程的算法。

2 研究意義

接地網(wǎng)由大型的網(wǎng)狀接地裝置和埋在地下的金屬導(dǎo)體相互垂直組成，所以這些導(dǎo)體被叫做水平接地體和垂直接地體。埋在地下的相互垂直的接地網(wǎng)由排放電流、雷電或者其他方面的電流和穩(wěn)定電位差的作用，但是由于地下的環(huán)境潮濕和空氣的作用，金屬導(dǎo)體經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電化學(xué)腐蝕或者造成焊接不良、虛焊、漏焊等故障，導(dǎo)致接地網(wǎng)的供電性能嚴(yán)重下降，可靠性飛速下降，從而影響電網(wǎng)設(shè)備的正常供電，導(dǎo)致?tīng)恳╇娤到y(tǒng)不能正常運(yùn)行，進(jìn)一步嚴(yán)重影響電氣化鐵路的正常運(yùn)行，耽誤乘客的時(shí)間。當(dāng)然，有很多的方面都是造成接地網(wǎng)產(chǎn)生故障的原因，但是主要的影響因素是接地網(wǎng)腐蝕。我國(guó)在鐵路上主要是使用普通的鋼材作為接地網(wǎng)的鋪設(shè)材料，為了提高鋼材的防腐的性能，于是也開(kāi)始逐漸的使用鍍鋅鋼材。雖然使用了鍍鋅的鋼材，但是有時(shí)施工的環(huán)境或者焊接處的防腐受到環(huán)境的限制，沒(méi)有辦法達(dá)到預(yù)計(jì)的防腐蝕的效果，經(jīng)過(guò)對(duì)鋼材的很多年的數(shù)據(jù)的分析，得出一般在9年左右就會(huì)出現(xiàn)很嚴(yán)重的腐蝕情況，這就大大降低了接地網(wǎng)和均壓的性能，也對(duì)設(shè)備維護(hù)人員和運(yùn)行在該線路上火車構(gòu)成很嚴(yán)重的威脅。通過(guò)近幾十年鐵路事故分析，造成事故的很大原因就會(huì)因?yàn)楹附犹幓蛘呓拥鼐W(wǎng)的電阻不合格引起的，

事故發(fā)生之后，鐵路相關(guān)部門就會(huì)開(kāi)始大規(guī)模的排查接地網(wǎng)的狀況，但是這種方式盲目性和工作量都是很大的，在進(jìn)行排查之前必須停電，這就對(duì)牽引電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行帶來(lái)很大的隱患。為了避免上述盲目排查的最原始的檢查方式，提高牽引變電所接地網(wǎng)腐蝕故障診斷的精度和效率，進(jìn)行其腐蝕故障診斷方法的研究對(duì)于正確掌握接地網(wǎng)的運(yùn)行狀況、及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并采取相應(yīng)措施具有重要意義。

3 牽引變電所接地網(wǎng)腐蝕故障原因分析

因?yàn)闋恳冸娝拥鼐W(wǎng)故障會(huì)引起變電所發(fā)生接地故障，會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流流入大地，并由此可能會(huì)產(chǎn)生很大的接地電壓，從來(lái)影響鐵路的正常運(yùn)行。

（1）土壤腐蝕的電化學(xué)機(jī)理，土壤中有很多的礦物質(zhì)和有機(jī)鹽構(gòu)成電解質(zhì)溶液，會(huì)跟金屬材料發(fā)生原電池發(fā)生進(jìn)而逐漸的腐蝕金屬材料。

（2）牽引變電所地回流的影響。由于鐵路的不斷延伸，鐵路的牽引負(fù)荷電流增加很大，給牽引變點(diǎn)所的返回電流也就隨之增大，這就給接地網(wǎng)帶來(lái)點(diǎn)位不平衡和電磁兼容性的問(wèn)題。如果接地網(wǎng)內(nèi)的電壓是不一樣，不僅會(huì)影響接觸電壓的不穩(wěn)定，也會(huì)影響火車內(nèi)部人員和設(shè)備的生命安全。也會(huì)加劇接地網(wǎng)金屬材料的腐蝕程度。

4 牽引變電所接地網(wǎng)腐蝕故障診斷模型

在牽引變電所接地網(wǎng)的任意兩點(diǎn)之間加上直流或者工頻電流時(shí)，因?yàn)殡娮璧脑?，?huì)引起電感變小。接地網(wǎng)的導(dǎo)體段對(duì)地電容及泄漏電導(dǎo)比導(dǎo)體段本身的電阻則大得多，因此牽引變電所接地網(wǎng)的電容和電感均可以忽略，將其等效成一個(gè)純電阻網(wǎng)絡(luò)。另一當(dāng)面，土壤中的電阻率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于牽引變電所接地網(wǎng)的導(dǎo)體電阻的，所以在進(jìn)行接地網(wǎng)的故障檢查的時(shí)候，可以忽略土壤中的相關(guān)因素，只需要研究金屬體本身的電阻率。建立牽引變電所接地網(wǎng)腐蝕故障診斷模型的過(guò)程，我們需要優(yōu)化理論的基礎(chǔ)知識(shí)，將牽引電力所接地網(wǎng)的故障檢測(cè)化解成一個(gè)最優(yōu)化的問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中必須要用到能量最低原理，也就是一些自然變化的方式都是能量逐漸變低，能量較低呈現(xiàn)穩(wěn)定的狀態(tài)。我們?cè)诠ゎl電流或者直流電流在土地中流動(dòng)就會(huì)形成一個(gè)恒穩(wěn)定流場(chǎng)，也就滿足能量最低原理的條件。

5 結(jié)論

本文研究鐵路牽引變電所接地網(wǎng)故障原因和相應(yīng)的對(duì)策，根據(jù)電路和網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)利用計(jì)算機(jī)建立相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)這類的故障進(jìn)行分析，可以得出下面的結(jié)論，鐵路牽引變電所接地網(wǎng)的工作壞境和工作方式是比較特殊的，經(jīng)常跟土壤進(jìn)行接觸，但是導(dǎo)致接地網(wǎng)發(fā)生腐蝕的原因主要由兩點(diǎn)，第一是土地中的電化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，第二就是地下水回流的原因使接地網(wǎng)的腐蝕更加嚴(yán)重。雖然本文也給出了相應(yīng)的措施，但是還是有很多需要改進(jìn)和優(yōu)化的地方，本文所研究的牽引變電所接地網(wǎng)只是利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬的，并沒(méi)有考慮土壤、水分等其他的一些因素的影響，下一步就是結(jié)合這些因素進(jìn)行全面的分析，相信會(huì)得到更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)和防范措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]范小楷.牽引變電所接地網(wǎng)腐蝕故障診斷算法研究[D].蘭州交通大學(xué)，2013.

[2]王歡.牽引供電系統(tǒng)地回流分析及接地網(wǎng)交流電腐蝕問(wèn)題研究[D].北京交通大學(xué)，2015.

[3]劉渝根，田資，錢國(guó)超等.基于遺傳算法的接地網(wǎng)腐蝕故障診斷研究[J].高壓電器，2013（07）：18-24.