浅谈地铁供电系统的接地方式

浅谈地铁供电系统的接地方式

【摘要】我国地铁供电系统，中性点均采用小电阻接地方式，当故障电流大时，保护灵敏度较高，故在地铁供电系统中广泛采用，但此种接地方式也存在一定的缺点，遂对地铁运行环境下供电系统接地方式进行了一定的探讨。

【关键词】地铁供电系统；地铁接地方式；电阻接地；谐振接地

1 概述

我国电力系统常用的系统接地方式有四种：中性点直接接地、中性点经消弧线圈接地、中性点经电阻器接地、中性点不接地。其中，中性点经电阻器接地，按接地电流大小又分为高电阻接地和小电阻接地。中性点经消弧线圈接地，称为谐振接地系统。对于供电系统中应该采用哪一种中性点接地方式是一个复杂的问题，进行统筹考虑。应该结合不同地区、不同电网、不同发展阶段和不同的受电对象。

1.1 地铁供电系统构成

地铁供电系统由两大部分组成：一部分为由城市电网引入的电源；另一部分为地铁内部供电系统。地铁供电系统对城市电网是用户，对地铁内部的用电设备是电源，作为城市电网的一个重要用户，一般都直接从城市电网取得电能。城市电网对地铁供电的电压等级目前国内有110kV、66kV、35kV和10kV，20kV电压等级也已经作为方案被提出，究竟采用那一种电压等级，由不同的城市电网构成的特点和地铁的实际需要而定。

1.2 主变电所

主变电所的功能是接受城市电网高压电源（通常为110kV或66kV），经降压后为牵引变电所、降压变电所提供中压电源（通常为35kV或10kV），主变电所适用于集中式供电。主变电所接线方式为线变式或桥型接线。

1.3 牵引供电系统

牵引供电系统的功能是将交流中压经降压整流变成直流1500V或直流750V 电压，为地铁列车提供牵引供电，系统包括牵引变电所与牵引网，牵引网包括接触网与回流网。接触网由架空接触网（直流1500V）和接触轨（直流1500V或750V）两种悬挂方式，大多数工程利用走行轨兼作回流网，少数工程单独设置回流轨。

1.4 地铁供电系统采用的接地方式

由于地铁供电系统，均为电缆线路，电缆网络较长，单相接地电容电流较大，

电缆故障多为永久性故障，单相故障时如不及时切除，容易转化为两相故障。地铁车站牵引变电所进线电源均为两路电源，供电可靠性高，当一路电源发生单相故障时继续运行，可及时切除该故障电缆，而由另一路电源供电，不要求供电系统在供电电缆发生单相接地故障时继续运行。由于地铁通信、信号系统的主要传输通道采用了光纤、屏蔽电缆，所以单相接地故障电流对其干扰作用不大。只是要求能迅速断开故障电缆即可，为此需要快速选择性保护能迅速获得必要的足够的短路电流。一般地铁接地故障100～1000A，当故障电流大时，保护灵敏度高，所以地铁供电网络，中性点均采用小电阻接地方式。

且中性点经小电阻接地有以下几个的优点：（1）电阻为耗能元件，是系统对地电容电流的泄放通道。（2）由于电阻显著的阻尼作用，可消耗除由于各种原因引起的系统谐振过电压（如：铁磁、高频、分频谐振等）；（3）与线路零序继电保护配合跳闸使用；（4）绝缘要求低，可使电网建设成本降低10%～20%。主要缺点有以下几点：（1）同小电流系统相似，要求有较高的绝缘水平；（2）同大接地电流系统一样，在发生单相接地故障时，必须断开线路；（3）电阻器的制造有些困难（功率损耗使电阻发热，严重影响其机械强度），花在接地方面的投资也较大。

2 电阻接地与谐振接地的比较

2.1 故障电流的影响

采用电阻接地方式，存在着使环网电缆一路系统处于故障运行状态，由另一路进线承担全部负荷供电状态，若长期运行，由于热负荷效应，会加速电缆老化，影响电缆的寿命问题。为此，需要对系统接地方式这一问题，作进一步分析，保证电缆的安全运行。但要慎重选择，因为接地方式的选择还影响着设备的安全，对于中性点不接地系统，其系统的相间短路时通过相关导体的对地电容形成通路，其总电流值等于非故障线路对接地电容电流的总和；对谐振接地系统，其中性点通过消弧线圈接地，其感抗值与输电线路对地电容值相等或差值甚小，线路对递减的分布电容电流由消弧线圈产生的电感电流来补偿，从而使电弧很小或熄灭。偶然的接地故障是不可避免的。是否引起电气故障或者火灾，直接与通过接地电的故障电流大小有关。中性点电阻接地方式是通过中性点电阻器，把接地电流限制在能使断路器可靠动作的范围之内，其故障电流大小取决于中性点电阻器和故障点处阻抗值大小，最大接地电流只在靠近电源变压器处短路时发生，这种接地方式会对网络中的电气产品带来较大损害。

2.2 继电保护的影响

从继电保护的选择性和灵敏度角度，通常电阻接地系统中继电保护的灵敏度和选择性较好，而谐振接地系统中的接地保护，从前是一个难点，甚至一时成为不远采用谐振接地方式的理由。然而，随着近代微电子技术和单片机技术的发展进步，适用于西镇接地系统的接地选线保护装置已日臻完善，才能够保证保护的选择性和灵敏度。

2.3 对接地网的影响

从作接地网的建设投资看，通常在发电厂或者是变电站中，工作接地与保护接地公用大于接地装置和接地网。在多数情况下，由于电阻接地方式接地电流较大，其用于地网建设的投资要比采用谐振接地方式时昂贵的多的多。

2.4 对中压电缆的影响

电缆品种较多，但是中压以上电缆多为交联电缆。这种电缆的缺点之一是近水性较强。其故障可分为电树枝（由气隙杂质所致）、电化树枝（由气隙间隙里有硫或者其他成分溶液引起）以及水树枝（由于水浸入绝缘层所致）。水树枝是与运行环境天剑密切相关的重要方面，其发展过程是组建的。如果技师进行常规试验，可避免发生这类故障。在电缆接头处、连接处，由于施工质量差，常易近水。变电所离的鼠害，也应是瞬间故障的起因。对水树枝或者是电化树枝故障，谐振接地系统同样能限制其破换程度，防止或减少其发展成为瞬间短路。少数接地故障是由电缆内部开始的。例如，由于电缆制造质量差，有偏心情况发生等。这时，电缆一般表现为电阻性故障，对于这种性质的故障，谐振接地系统能预先显示出来，如果及时发现并做好处理，即可避免这类事故的发生。如果发生单相接地故障，也会因为残余电流小二避免或者减少瞬间故障发生。

3 结束语

在电力系统中，故障的出现时不可避免的，且单相接地故障占全部故障的60%以上，电力系统的安全可靠程度，在其他条件相同的条件下，只取决于电力系统中性点的工作方式。因此，综合考虑供电系统接地方式的安全性、可靠性可用性，是实现供电系统稳定运行的重要因素。