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正文內(nèi)容

電氣化鐵道預(yù)防感應(yīng)電知識讀本(編輯修改稿)

2025-02-04 09:49 本頁面
 

【文章內(nèi)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(xiàn)靜電感應(yīng);有電流就有電磁場存在,就會在附近電線路上產(chǎn)生感應(yīng)電,這是一種客觀存在 的現(xiàn)象 。 26 電氣化鐵道接觸網(wǎng)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(yīng)和電磁感應(yīng)遠(yuǎn)勝于電力系統(tǒng),對附近電線路的影響非常 大 ,必須給予高度重視。 第一節(jié) 接觸網(wǎng)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(tǒng)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(tǒng),當(dāng)牽引電流流過接觸網(wǎng)時,接觸網(wǎng)導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的強電場和強磁場,必將對附近的通信線路和設(shè)備產(chǎn)生干擾和影響,使通信質(zhì)量下降,嚴(yán)重時能危及設(shè)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(shè)計到施工、運用已 采取了防干擾和消除感應(yīng)電的技術(shù)措施,這里不再進行過多贅 述 。 27 第二節(jié) 接觸網(wǎng)線路對 其附近 電線路的影響及危害 牽引電流流過接觸網(wǎng)時,在接觸導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的強電場和強磁場不僅僅對通訊線路產(chǎn)生電磁感應(yīng),對其附近的一切電線路都會產(chǎn)生電磁感應(yīng)。 如圖 11 所示 , 在 有電力機車運行的接觸網(wǎng)線路 ,接觸網(wǎng)上施加的電壓為 25kv、機車運行時接觸網(wǎng)上的電流通常在 1000A 以上。根據(jù)電磁感應(yīng)原理,必然會在附近的電線路上產(chǎn)生靜電感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電壓。 1.靜電感應(yīng)的影響和危害 當(dāng)接觸網(wǎng)加上 25kv 工頻交流工作電壓以后,就在 28 接觸網(wǎng)導(dǎo)線(包括承力索和接觸線)的四周建立起垂直于導(dǎo)線表面的交變電場。由于靜電感應(yīng)作用,處于該電場內(nèi)的各類架空電線路將產(chǎn)生對地感應(yīng)電壓 uc2。 當(dāng)接觸網(wǎng)線附近一條停電檢修的電線路處于懸空狀態(tài)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(gòu)成通路 時 ,人體電阻 R 人 與耦合電容 C2形成并聯(lián)電路,由于人體電阻 R人 遠(yuǎn)小于耦合電容C2的容抗,靜電感應(yīng)的電流絕大部分將通過人體分流,這一分流遠(yuǎn)大于耦合電容電流,會對作業(yè)人員的人身安全造成嚴(yán)重危害,必須采取措施來消除。 要消除靜電感應(yīng)對作業(yè)人員 的 危害影響,只要在該電線路與大地間設(shè)置一條電阻遠(yuǎn)小于人體電阻 R 人 的接地線,形成與人體電阻并聯(lián)的支路就可以達(dá)到目的。因為,用接地線構(gòu)成的并聯(lián)支路將電線路與大地間直接溝通,靜電感應(yīng)電流基本上全部由其分流,作業(yè)人員處于同一電位,不再承 受感應(yīng)電壓,對作業(yè)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(yīng)電流就會增加。當(dāng)通過人體的電流超過所能承受的最大電流(一般規(guī)定為 50mA)時,就會對人身造成傷害。 2.電磁感應(yīng)的影響和危害 當(dāng)接觸網(wǎng)線路上有電力機車運行時,接觸網(wǎng)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(yīng)作用,這種交變磁場會在與其平行的附近電線路上 29 感應(yīng)出沿電線路縱向分布的感應(yīng)電動勢 U。如果電線路是懸空的,未構(gòu)成閉合回路, 受影響的電線路中 就 只 有感應(yīng)電 動勢存在 。如果構(gòu)成 了 閉合回路,就必定有電磁感 應(yīng)電流 i產(chǎn)生。 假 如受影響的是一條停電檢修的線路,線路上產(chǎn)生的感應(yīng)電 動勢 對作業(yè)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(yīng)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(gòu)成通路,不會遭受電磁感應(yīng)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(gòu)成兩條通路,就會構(gòu)成回路,產(chǎn)生感應(yīng)電流, 有 遭受電磁感應(yīng)的危害 可能 ; ( 2) 當(dāng) 停 電線路上只有一點與大地連通時, 雖 構(gòu)不成閉合回路,不會有感應(yīng)電流 ,但有感應(yīng)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(gòu)成回路,產(chǎn)生感應(yīng)電流,遭受電磁感應(yīng)的危害; ( 3) 當(dāng)有兩點與地連通時,兩地線間就構(gòu)成了閉合回路,回路中就會有 固定的 感應(yīng)電流產(chǎn)生。若 此時不慎將 閉合回路 斷開,檢修中 就 會隨時發(fā)生 作業(yè)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(chǎn)生感應(yīng)電的特點 綜上所述, 要消除檢修線路上的電磁感應(yīng)電影響,必須要為被檢 修 線路人為構(gòu)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(shè)置的接地 線,對感應(yīng)電而言,恰巧構(gòu)建了一個人為的閉合回路,為感應(yīng)電流提供了通路。地線的設(shè)置不同,產(chǎn)生的感應(yīng)電影響也不同。其特點如下: ( 1)如果 被 檢修線路兩端設(shè)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(yè)人員不串入斷口,兩地線間電線路中的感應(yīng)電就達(dá)不到威脅作業(yè)安全的程度,作業(yè)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(shè)置的接地線位置不合理,超出相關(guān)規(guī)定,兩地線間電線路中 產(chǎn)生的 感應(yīng)電就會 遠(yuǎn) 高于安全 電壓值 。作業(yè)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(yīng)電流通路,威脅作業(yè)安全,甚至造成傷害。 ( 3)如果 被 檢修線路設(shè)置的接地線接觸不牢固,有一端斷開了(或未設(shè)置接地線),作業(yè)人員接觸時,就會直接通過人體形成閉合回路,使感應(yīng)電流流過人體。這種情況下,通過人體的感應(yīng)電流最大,威脅作業(yè)安全最嚴(yán)重,最容易發(fā)生人身傷亡。 第三節(jié) 感應(yīng)電對附近不同電線路電磁影響的區(qū)別 上述分析表明:感應(yīng)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(guān)。當(dāng)停電的線路與帶電的接觸網(wǎng)線路或電線路距離不遠(yuǎn),平行長度又較長時,在線路中感應(yīng)的 感應(yīng) 電動勢可 以達(dá)到危險的程度。 早年 我國在觀音壩單線區(qū)段的 就曾做過試驗, 當(dāng) 接觸網(wǎng)和架空線 間 的平行距離為 250m,平行長度為 ,接觸網(wǎng)短路電流為 1140A時 ,實測得 感應(yīng) 電動勢為 787~ 824V。如此高的感應(yīng)電壓,在作業(yè)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(yīng)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(wǎng)線路對通訊線路的影響 特點 在光纜通訊技術(shù)未使用以前干擾影響很大。由于通訊線路采用光纜技術(shù)不產(chǎn)生電磁影響,架空通訊明 線改造為地下敷設(shè)電纜后電磁感應(yīng)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(wǎng)線路對電力線路的影響特點 在電化區(qū)段,對沿鐵路線架設(shè)的電力貫通線 ,尤其是 電力貫通、 自閉線路,與接觸網(wǎng)線的平行長度較長,兩線間距在 50~ 100m 范圍內(nèi),可感應(yīng)出較高的電壓。特別 是 一些區(qū)段的 電力貫通 或 自閉 線與接觸網(wǎng)同桿合架,這時兩線距離很小,其上感應(yīng)電壓很高,足以危及人的生命安全。若停電作業(yè)時采取的安全措施不完善,未采取消除感應(yīng)電措施,有可能發(fā)生人員遭感應(yīng)電電擊的傷亡事故 。 1.靜電感應(yīng)電壓的特點: 由靜電感應(yīng)計算 公 式可知靜電感應(yīng)電壓的大小主要取決于: ( 1) 接觸網(wǎng)與電力貫通 (自閉 )線間平行距離。平行距離越小,產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓越大。 ( 2) 接觸網(wǎng)線路的電壓。接觸網(wǎng)線路的電壓越高,則產(chǎn)生的靜電感應(yīng)電壓越大;靜電感應(yīng)電壓與接觸網(wǎng)中有無電流無關(guān)。 2. 感應(yīng)電動勢的特點: 33 由電磁感應(yīng) 計算公式 可知電磁感應(yīng)電動勢大小主要取決于: ( 1) 接觸網(wǎng)牽引電流。牽引電流越大,則產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電動勢越大。 ( 2) 兩線平行距離。兩線平行距離越小,則產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電動勢越大。 ( 3) 兩線平行長度。兩線平行長度越長,則產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電動勢越大。 3. 兩線平行距離與感應(yīng)電壓的關(guān)系 ( 1)根據(jù)實測數(shù)據(jù), 二線平行距離與靜電感應(yīng)電壓的對應(yīng)關(guān)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(yīng) 電壓( V) 1860 650 310 120 30 5 1 ( 2) 兩線平行距離與電磁感應(yīng)電動勢的對應(yīng)關(guān)系 設(shè) Ij=500A, L=18km, K=,兩線平行距離與感應(yīng)電動勢的對應(yīng)關(guān)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(yīng) 電壓( V) 1225 1044 938 806 630 407 266 三、單線 區(qū)段 接觸網(wǎng)對自身的影響特點 電氣化鐵路 單線區(qū)段 , 接觸網(wǎng) 停電檢修時自身不產(chǎn)生 感應(yīng)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(chǎn)生的感應(yīng) 34 電壓比較小, 自電氣化鐵路開通以來幾乎 未 發(fā)生過 威脅接觸網(wǎng)停電檢修時作業(yè)人員的安全 情況 , 一直 沒有引起接觸網(wǎng)檢修運行人員的 普遍重視。 四、復(fù)線區(qū)段帶電接觸網(wǎng)對停電接觸網(wǎng)的影響特點 35 電氣化鐵路 復(fù)線 區(qū)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(dǎo)率較小,這些結(jié)構(gòu)上明顯的不同之處,決定了接觸網(wǎng)一行對另一行接觸網(wǎng)線產(chǎn)生的感應(yīng)電要遠(yuǎn)高于對附近其他電線路產(chǎn)生的感應(yīng)電。 若上、下行間距離為 10m,接觸網(wǎng)導(dǎo)高為 6m,接觸網(wǎng)電壓為 ,根據(jù)靜電感應(yīng)電壓公式,則此時靜電感應(yīng)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(yīng)長度為1000m,則最小電磁感應(yīng)電壓為 )(653211101 0 4 03 1 41 0 0 6vlMIU pj???????????? 但實際中機車牽引電流遠(yuǎn)大于 100A,作業(yè)中,如發(fā)生裝設(shè)接地線程序錯誤或在接地線未掛好 的情況下作業(yè)人員接觸停電的接觸網(wǎng)設(shè)備時,平行感應(yīng)長度也遠(yuǎn)大于 1000m,假設(shè)通過的牽引電流在 1000A 以上 ,平行感應(yīng)長度為 10km 以上,則產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓為 : )(32651011010403141000 6vlMIU pj??????????? 此時產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 40v 的人體安全電壓,就會導(dǎo)致人員觸電。因此,作業(yè)區(qū)兩端設(shè)置保護接地線,且兩地線間距離不大于 1000m是一項確保作業(yè)安全的有效措施。 單線改復(fù)線后,由于作業(yè)人員對復(fù)線區(qū)段接觸網(wǎng)兩行線路間產(chǎn)生感應(yīng)電危害的認(rèn)識不足,作業(yè)中不自覺的將多年來在單線檢修中養(yǎng)成的作業(yè)習(xí)慣帶入 V 形天窗作業(yè)中,不按規(guī)定設(shè)置接地線、減少接地線設(shè)置組數(shù),簡化作業(yè)程序、違章蠻干,有著 非常 深刻的教訓(xùn)。 37 五、 帶回流線或架空地線時感應(yīng)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(wǎng)線路中流過的電流方向相反,對停電的接觸網(wǎng)線路而言,其產(chǎn)生的電磁感應(yīng)與帶電接觸網(wǎng)線路產(chǎn)生的電磁感應(yīng)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(chǎn)生的電磁感應(yīng)低于無回流線的情況,前述分析結(jié)論完全適合帶回流線或架空地線時的情況。 六、 感應(yīng)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(yīng)電問題在雙線接觸網(wǎng)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(yīng)電進行了一系 列 的測試,測試的結(jié)論也對其得到了印證。測試結(jié)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(cè)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(wǎng)感應(yīng)電壓較 高 ( 3600v 以上),大小主要跟該供電臂長度有關(guān),長度越長,感應(yīng)電壓越大,該電壓受 鄰 線機車取流影響較??; 3. 停電的接觸網(wǎng)在兩端加掛接地封線后(接地線距離 300m),接觸網(wǎng)感應(yīng)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(wǎng)感應(yīng)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(wǎng)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(wǎng)加掛地線(鋼軌)后,如果變電所閉合接地刀,天 水~ 蘭 州區(qū)段 、蘭 州~ 武 威區(qū)段 、武 威~嘉 峪關(guān)區(qū)段 都存在牽引回流通過接地線-接觸網(wǎng)-變電所接地刀回流的問題,且大小相當(dāng)于饋線電流的 1/3; 6. 在軌道絕緣節(jié)較多的車站(或有軌縫絕緣、扼流變的區(qū)間),存在軌道回流從供電臂遠(yuǎn)端地線流向接觸網(wǎng),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。
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