综合接地研究样本

一、采用综合接地系统的可行性研究

1、国内外接地系统的方案及综合接地系统需重点研究的内容

电气化牵引铁路的接地工程是复杂的系统工程, 为防止因电磁感应现象对人员和设备产生的危险采取了一系列的防护措施, 从涉及到的专业来看, 有信号、通信( 有线、无线) 、信息、电气化、电力、机械、桥梁、隧道、路基、环评等专业, 从接地的种类来看, 主要包括建筑物的防雷、强弱电设备系统的工作接地、保护接地、防过电压接地、防静电接地、屏蔽接地等, 在当前中国常规铁路的设计中大多采用的是各专业的地线分开设置。

从80年代起, 国际、国内的大型公用建筑物和民用建筑物、地铁、轻轨的接地大多采用综合接地, 欧洲国家以及韩国的高速铁路也采用了综合接地系统。

在高速铁路中, 由于各专业采用的电子设备的增多, 地线的种类和数量也大量增加, 为减少各专业单设地线对路基的稳定性等造成破坏, 如何将各种接地有机、合理的结合起来, 又能处理好它们之间的相互影响, 保证高速铁路各系统、各设备之间实现等电位连接, 减少不同设备、不同系统之间存在的电位差及可能造成的人身和设备的安全隐患( 特别是信号和接触网专业) , 是综合接地系统需要重点研究和解决的问题。

2、当前中国常规铁路中各专业的地线种类及接地方案

( 1) 常规铁路中信号专业的地线方案

当前在采用UM系列轨道电路的自动闭塞区段, 信号专业沿铁路线敷设了一条截面积为25mm2的铅包铜缆或35mm2的裸铜缆, 称为贯通地线, 接地电阻要求不大于1Ω。信号专业室外的箱、盒及信号机等所有金属设备的安全地线、防雷地线及电缆的屏蔽地线都与贯通地线可靠连接。同时为了防止雷击及电气化牵引电流的干扰、平衡上、下行线路之间各两根钢轨内的牵引电流, UM系列轨道电路需加装横向等电位线, 横向等电位线分为完全等电位线或简单等电位线, 完全等电位线所连接的空心线圈直接与信号贯通地线相连, 简单横向连接经过防雷器件与信号综合贯通地线相连。

( 2) 常规铁路中接触网专业的地线方案

常规铁路中接触网的杆塔地线都是经火花间隙接至钢轨, 平常无雷电或接触网回流正常时, 是没有电流经过火花间隙流向钢轨, 对信号设备无危害; 但在雷电、接触网回流故障等情况下, 接触网经过火花间隙向单侧钢轨闪络放电, 在单侧钢轨中产生的瞬态不平衡电流可达数百安甚至上千安, 持续时间虽短, 但因瞬态能量极大, 可能引起信号设备烧毁, 因此随着列车运行速度的提高, 为提高信号设备的可靠性、安全性, 不允许接触网的杆塔地线经火花间隙接钢轨, 要求接触网单设地线。

在电气化铁路区段, 由于接触网对临近通信线路、信号设备会产生电磁影响和干扰影响, 为降低干扰影响, 在供电系统中架设了一条回流线, 接触网的回流线除了在两端与牵引变电所的地网相连接外, 在区间是经过吸上线与信号轨道电路的完全横向连接的空心线圈中点或扼流变压器的中点相连接, 目的是分流钢轨的回流, 降低轨电位; 由于接触网中的电流与回流线中的电流方向相反, 加强了接触网和回流线之间的互感耦合, 大大减少了对通信、信号设备的干扰影响, 同时架设回流线后使由钢轨---大地返回牵引变电所的电流, 改为由回流线---钢轨---大地三部分返回牵引变电所, 改进了牵引供电的回流系统, 在直供+回流供电方式下这三部分的电流分配比大致为40%、 40%、 20%。

为解决接触网支柱的地线问题, 在有回流线( 或PW线) 的区段, 接触网把回流线兼作支柱地线, 即把保护地和工作地合二为一, 对于一些成排无回流线

的支柱, 接触网单独架设了一条架空地线( 架空地线的规格一般为GJ-70) , 架空地线两端与接地极连接, 零散支柱单独设接地极, 接地极接地电阻不大于10Ω。

回流线兼作架空地线方案的最大优点就在于节约了一条架空地线, 节约工程造价, 缺点在于当回流线被偷盗或断裂等情况时, 接触网的杆塔就没有安全地, 当遇到接触网短路或强大的雷电时, 可能会对人身造成伤害。

3) 常规铁路中通信的地线种类和技术要求

各处通信站设备合设接地体≤1Ω, 电缆屏蔽地线≤1Ω;

各处中间站通信机械室合设接地体≤4Ω, 电缆屏蔽地线≤4Ω;

沿长途电缆线路每间隔4km设一处电缆屏蔽地线。

无线中继电台地线≤10Ω, 设置地点根据无线中继电台的设置而定。

4) 常规铁路中电力的地线种类和技术要求

沿线电力电缆的电缆保护地线≤1Ω;

电力架空线路的接地电阻要求较低( 10～30Ω) ;

电力变压器必须设地线, 此地线是将变压器的工作接地和保护接地合二为一, 接地电阻≤4Ω。

( 3) 常规铁路中接触网和信号地线关系的分析

常规铁路中接触网回流线( 或PW线) 和地线的设计中, 回流线( 或PW线) 是起到回流兼地线的作用, 接触网的回流线( 或PW线) 除了在两端与牵引变电所或AT所的地网相连外, 在区间是经过吸上线接到信号轨道电路的完全横向连接的空心线圈中点或扼流变压器的中点, 而信号完全等电位线所连接的空心线圈中点或扼流变压器是与信号贯通地线相连的。实际上在采用UM系列轨道电路的自动闭塞区段, 信号贯通地线和接触网的回流线( 或PW线) 经过完全横向连接中的空芯线圈中点( 或扼流变压器的中点) , 成为等电位连接体。

信号设备地线与接触网的回流线和地线的关系如附图一、二所示。

附图一、直供+回流供电方式下信号设备地线与接触网的回流线和地线的示意图

附图二、 AT供电方式下信号地线与接触网的回流线( 或PW线) 的示意图经过以上分析, 初步认为除另有规定和特殊要求的设备( 或系统) 地线外( 如电力变压器的地线, 因流经的电流较大, 若都接到一个地网内, 容易造成

接入点瞬间电压增高, 电流反串到接入地网的设备中引起设备损坏等危险考虑单独设置地线, 且该地线与信号等弱电设备的工作地还必须有一个保护距离) , 其余沿着铁路线路两侧不同用途和不同电压的电气化、电力、通信、信号设备及其它金属构筑物的地线, 采用总的接地体的方案是现实可行的, 因此在客运专线推荐采用综合接地系统。

二、综合接地系统的方案

( 1) 、接地原则

除另有规定和特殊要求的设备( 或系统) 地线外, 距铁路线路两侧的电气化、电力、通信、信号、车辆等专业的设备及其它金属构筑物的地线, 使用一个总的接地体。

( 2) 、综合接地系统的范围:

a、信号: 沿线信号设备的安全地线和屏蔽地线、工作地线均接入综合贯通地线。

b、通信: 沿线长途通信电缆地线、电缆槽支架、漏泄电缆悬吊钢索等的屏蔽地线均接入综合贯通地线。对于无线区间设备( 含GSM-R基站、光纤直放站、干线放大器、无线中继电台的杆塔等) 的地线能够接入综合地线, 但由于这些设备一般都设在路堤以下, 而且接地电阻的要求也不太高( 小于4Ω) , 因此从工程的可实施性和投资上综合比较, 推荐单设地线, 此地线与综合贯通地线之间的距离应不大于20m。

c、环评: 声屏障的金属构件可接入综合贯通地线, 声屏障长度500m以下两端各接一处, 超过250m, 每250m接一处。

d、电力: 电力电缆的金属外皮与综合贯通地线相连。电力变压器离线路较远, 数量较少, 推荐单设地线, 此地线与综合贯通地线之间的距离不小于20m。

e、电气化: 路基地段接触网的回流线( 或PW线) 经过吸上线接到信号轨道电路的完全横向连接的空心线圈中点或扼流变压器的中点, 再经过完全横向连接线或扼流变压器的中点接入综合贯通地线。对于桥梁和隧道内, 为保证接触网钢支柱的可靠接地, 接触网的回流线( 或PW线) 每隔600m左右需要接地一次,