V形天窗感应电与穿越电流产生和防护研究.pdf

广西铁道2023年增刊V形天窗感应电与穿越电流产生和防护研究王涛，刘白剑，张斌（南宁局集团公司柳州供电段，工程师，广西柳州545007）摘要：结合感应电和穿越电流成因和危害，分析V形天窗作业时防护感应电和穿越电流存在问题，提出有针对性防护，有效杜绝作业安全事故的发生。关键词：V形天窗；感应电；穿越电流；防护1引言湘桂线是繁忙运输干线，为满足日常铁路运输要求，减少对运输生产影响，接触网设备检修采取V形天窗作业模式，即一行接触网停电，另一行接触网正常供电。在这种作业模式下，由于停电接触网和正常供电接触网之间存在着电磁感应和静电耦合效应，在停电接触网上会产生感应电，正常供电接触网上回流电流通过牵引回流系统流过停电接触网。现场接触网检修作业人员缺乏产生原理和特征的了解，对V形天窗作业时产生感应电和穿越电流认识不清，安全作业存在严重威胁。2感应电的组成感应电分为静电感应电和电磁感应电，两种感应电重叠形成 V形天窗作业中停电接触网上的感应电。2.1静电感应电的产生正常供电接触网会在其周围空间产生电场，电场会使临近停电接触网上产生静电感应电，大小与上、下行接触网线路距离、平行长度及环境状况有关，与正常供电接触网电压成正比，与正常供电接触网水平长度平方和两线路接触网距地面高度平方之和成反比，有时可达几千伏。静电感应电示意图如图1所示，导线1为正常供电接触网，导线2为停电接触网，由此得出静电感应电的计算方式为：EC=KUj（bc/a2+b2+c2）L1/L2式中，EC是停电接触网上产生的静电感应电；K是一般数；Uj是正常供电接触网电压，一般为25kV；L1是正常供电接触网平行长度；L2是停电接触网平行接近长度；a是正常供电与停电接触网间水平距离；b是正常供电接触网距地面距离；c是停电接触网距地面距离。图1静电感应电示意图2.2电磁感应电的产生正常供电接触网负荷电流会在周围空间产生交变电磁场，交变电磁场会使停电接触网上产生电磁感应电。湘桂线采取直接供电加回流线的供电方式，则在停电接触网上产生的电磁感应电计算公式为：Ej=2fMLIgh式中2f是正常供电接触网中电流频率；M是正常供电接触网与停电接触网间互感系数；L是正常供电接触网与停电接触网平行长度；I是正常供电接触网上流过电流；gh是回流线与钢轨共同作用下的屏蔽系数，数值为0.55。2.3现场实测湘桂线V形天窗感应电湘桂线V形天窗作业中现场实测，如表1所示，4在不同条件下接触网产生的感应电。可以看出在未安装接地线的情况下，现场接触网感应电可达3100V以上，在两端安装接地线后，接地线区段之间感应电明显下降。表1现场实测不同条件下的感应电序号123456现场不同条件情况停电接触网无接地线，正常供电接触网无电力机车运行停电接触网无接地线，正常供电接触网有1台电力机车运行停电接触网接地线间距500m，正常供电接触网有1台电力机车运行停电接触网接地线间距750m，正常供电接触网有1台电力机车运行停电接触网接地线间距1000m，正常供电接触网有1台电力机车运行停电接触网接地线间距2000m，正常供电接触网有1台电力机车运行停电接触网上的感应电3100V3320V1.5V1.7V1.9V6.2V3穿越电流3.1牵引回流在我国电气化铁路中，接触网中产生的电流经电力机车后先流至钢轨，再流过大地、回流线，最后回到相关牵引变电所，称此电流为牵引电流；从电力机车流回牵引变电所的电流，称此电流为牵引回流，如图2所示。图2电气化铁路牵引回流通路示意图3.2牵引回流并联通路湘桂线是双线电气化铁路，上、下行线路钢轨在车站两端及渡线处，通过钢轨短接线相互连接。钢轨通过装设的吸上线与沿线路架设的回流线相连通，致使上行线路钢轨与回流线和下行线路钢轨与回流线都相互连通在一起，都是牵引回流并联通路，如图3所示。1：扼流变压器；2：钢轨绝缘节；3：钢轨；4：吸上线；5：钢轨短接线；6：回流线图3 湘桂线车站与区间轨道电路连接示意图3.3穿越电流类型当湘桂线进行接触网V形天窗作业时，上或下行线路接触网停电检修作业，而下或上行线路接触网正常供电且有电力机车通过。正常供电接触网线路上电力机车一但取流，在钢轨中就会形成钢轨回流，产生两种不同的穿越电流。3.3.1穿越电流与有无装设接地线无关双线电气化铁路上、下行线路钢轨、回流线都是牵引回流并联通路，导致未停电接触网钢轨中牵引回流一部分分流到已停电检修作业接触网线路钢轨和回流线中。3.3.2穿越电流与有无装设接地线有关在V形天窗检修作业时，在作业区两端装设接地线后，接地线变成短接线将钢轨与接触网短接并联起来，当有电力机车通过正常供电接触网线路时，已停电接触网中会流过一部分牵引回流。4感应电与穿越电流的特征4.1感应电的特征从感应电产生原理和公式可以得出，电气化铁路接触网距地面高度是不变的，静电感应电大小与上、下行接触网线路距离、平行长度及环境状况有关。V形天窗感应电与穿越电流产生和防护研究5广西铁道2023年增刊4.2穿越电流的特征穿越电流与牵引回流系统中诸多因素有关。例如作业区段两端装设接地线的位置和连接状态、电气参数、电力机车的功率和运行位置等，当进行接触网设备开口检修作业时，会造成通畅的接触网设备出现断口或所检修设备如隔离开关等设备本身就是一个断点，接触网检修作业人员会充当导体串入牵引回流通路里，形成两种典型穿越电流伤人模式，如图4所示。4.2.1串入牵引回流通路接触网检修作业人员串入牵引回流通路，这时停电检修接触网中的电流会从检修作业人员的身体流过，造成作业人员穿越电流伤害，如图4（A）所示。4.2.2串入作业区段一端的牵引回流通路接触网检修作业人员串入作业区段一端的牵引回流通路，当有电流从检修作业人员的身体流过时，也会造成穿越电流伤害，如图4（B）所示。（A）（B）图4穿越电流对检修人员伤害示意图5感应电与穿越电流的危害5.1感应电测量利用感应电检测装置对湘桂线V形天窗作业时的感应电测量，测量结果如表1所示，在停电接触网线路作业区两端无接地线情况下感应电有3.1kV以上，当正常供电的接触网线路上有电力机车运行时，感应电会急剧变大。5.2危害在湘桂线V形天窗作业时，常规装设接地线防护后，牵引回流电流会从钢轨、回流线、接触网中经过，沿线架设回流线通过吸上线与钢轨相连接，接地线将检修作业区端两端接触线与钢轨相连接。根据上述分析钢轨、回流线、接触网构成牵引回流通路，正常情况下检修作业人员不会有人身安全威胁，因检修作业需要断开主导电回路时，接触网检修作业人员就会充当导体串入牵引回流通路里，如图4所示，流经检修作业人员身体电流与正常供电接触网电流、主导电回路电气参数、检修作业人员身体条件和工具材料电阻相关，此电流与主导电回路里电流相比较，可忽略不计。但当流过正常人体电流超过10mA时就会出现生命危险，由此湘桂线V形天窗作业时感应电和穿越电流会对现场接触网检修作业人员人身安全造成威胁。6既有防护措施及存在问题6.1既有感应电防护措施根据 普速铁路接触网安全工作规则 规定当V形天窗作业时，接地线保护范围保证在 1km 范围内，当超过1km时，需增设接地线，结合表1，作业区段两端装设接地线后，电磁感应电数值为1伏多，作业区段两端装设接地线后可以很好防护静电感应电。目前湘桂线V形天窗作业时采取作业区两端按规定装设接地线进行有效防护和消除感应电。6.2既有穿越电流防护措施隐蔽性和不确定性是停电接触网上穿越电流重要特点，通常接触网检修作业人员注重防护感应电，容易忽视穿越电流防护，甚至将感应电和穿越电流防护混为一谈，认为防护感应电就可以防护穿越电流。但事实却非如此，牵引回流通路电流中有一小部分是穿越电流，确保牵引回流通路完整和通畅是防护穿越电流重点，在湘桂线V形天窗检修作业过程中严禁接触网检修作业人员串入牵引回流通路即6可有效防护穿越电流伤害。6.3既有防护措施不足6.3.1湘桂线禁V区段不明晰供电示意图未准确清晰标出禁V区段，现场作业区段防护时，易出现纰漏，造成牵引回流存在断开点，检修作业人员盲目串入牵引回流通路中，存在人身安全隐患。6.3.2作业区两端接地位线跟随作业组移动现场根据作业内容不断迁移两端接地线位置，在频繁拆除及装设接地线过程中存在不可控环节，当确认不及时或未复核时，检修作业人员处在无接地线防护下，易发生穿越电流伤害事件。6.3.3接触网作业车平台未做绝缘处理接触网作业车是接触网检修时主要检修动力设备，作业平台未做绝缘处理，当检修作业人员感知到感应电时，身体直接与大地相连通并充当导线与大地导体，造成感应电伤害事件。6.3.4未穿戴劳保用品检修作业人员未按要求穿戴胶面劳保手套和10kV等级的绝缘劳保鞋，自身绝缘性不足，当误串入牵引回流通路时，易增大自身损伤程度。6.3.5电力机车临线通过未停止作业临线有电力机车通过，牵引回流增大，产生风扰，当作业人员检修作业时，身体某部位易超出限界与临线间距变小，存在穿越电流伤害隐患。7有效应对措施7.1标注禁V区段针对湘桂线特殊区段和站场设备要在供电示意图上标出禁V区段。例如有些接触网设备直接连接于上、下行间，来宾站上、下行渡线上方分段绝缘器、软横跨上隔断绝缘子，区间上、下行接触网均采用反定位处所，这些设备很难在在V形天窗作业中检修，须采用垂直天窗检修作业，从源头卡控好V形天窗作业条件，保障检修作业人员人身安全。7.2固定接地线位置湘桂线V形天窗作业中，固定接地线位置，不能随意改变，如作业需要，另行增加接地线，让作业区段时刻处在接地线防护内，避免因装设接地出现防护真空期，引起检修作业人员伤害事件。7.3接触网作业车平台绝缘处理湘桂线V形天窗所使用接触网作业车平台做绝缘处理，对作业车平台铺设绝缘胶垫，增大接触网检修作业人员对地电阻，降低检修作业人员感应电伤害程度，有效防护穿越电流伤害。7.4按要求穿戴劳保用品湘桂线V形天窗检修作业人员按要求穿戴胶面劳保手套和10kV等级绝缘劳保鞋，增大接触网检修作业人员自身电阻，降低检修作业人员感应电伤害程度，有效防护穿越电流伤害。7.5临线机车通过停止作业湘桂线V形天窗检修作业中，如未停电接触网线路有电力机车通过时，所有检修作业人员停止检修作业，待电力机车全部通过作业区段后，再进行检修作业，有效避免作业人员误碰临线带电设备，保障作业人员人身安全。8其他注意事项湘桂线V形天窗作业时使用接地线须状态良好，不能有断股、散股、接头等问题，截面积不小于25mm2软铜绞线。湘桂线V形天窗检修作业区两端接地线须连接可靠，当与钢轨连接时，须对连接处钢轨打磨，确保接触良好。感应电要依靠作业区段两端装设接地线进行防护，但不能阻止穿越电流，短接线可以有效防护穿越电流。湘桂线特殊区段和对断口设备检修作业时，接地线和短接线装设要有顺序，要先装设作业区两端接地线后再装设短接线，拆除时，顺序相反。9结束语在湘桂线V形天窗作业中，通过控制源头、固化防护措施、增加绝缘电阻、严肃作业纪律等措施，有效做好感应电和穿越电流的防护，杜绝感应电和穿越电流伤害事件，保障检修作业人员的人身安全，维护供电设备平稳运行。V形天窗感应电与穿越电流产生和防护研究7