京沪高铁综合接地系统

1、京沪高速铁路综合接地系统高速电气化铁路由于列车运行速度高、电流大和行车密度高，而且高速铁路大部分为全封闭高架线路，致使钢轨对地泄漏电阻较大；高速电气化铁路的牵引负荷电流、故障短路电流和钢轨泄漏电阻均较既有普通铁路显著增大，从而造成高速电气化铁路的钢轨电位急剧增高，并对旅客及某些设备的安全构成威胁，因此京沪高速铁路的接地系统必须满足相关标准的要求。高速电气化铁路的钢轨泄漏电阻较大（一般是高架或高路堤区段），一般不能依靠钢轨作为基本接地体；牵引网短路电流和牵引回流对沿线相关电气设施和人身安全产生影响，在高速铁路沿线有限的范围内通过综合接地系统加以防护；接地系统的实现应由电气化、桥梁、隧道、路基、站

2、场、轨道和信号等专业协调完成。一、 接触电压和钢轨电位的安全标准根据欧洲EN50122-1标准，接触电压和钢轨电位在不同情况下的安全标准如表1所示。在该表中，钢轨电位的允许值按与钢轨相距2m作为监测点和防护点。对于各种供电方式，在一般情况下影响钢轨电位的最主要因素在于钢轨对地的泄漏电阻。表1 接触电压和钢轨电位的安全标准工作条件接触电压（V）正常、长期运行60故障、短时运行（0.1s）842降低钢轨电位的措施主要包括：降低钢轨泄漏电阻、在线路的上下行各架设一根保护线、在钢轨与保护线间每隔一定距离作多次横向联结（CPW线）、在复线上下行轨道间作横向联结线（CB）、增设附加地线和附加接地极来加强回

3、流电路、采取等电位联结、在车站站台表面作绝缘处理或设置钢轨电位限制装置、减小故障时开关的跳闸时间等。二、 接地系统的方案构成及其仿真模拟计算1. 总体方案高速牵引网的接地系统包括双重绝缘和直接接地两种方式。牵引网的双重绝缘方式为通过保护线和放电间隙接钢轨来实现闪络保护，保护线每隔35km与钢轨相联结，上下行钢轨间实行多点并联；但这种接地方式存在以下缺点：1）牵引网结构复杂，2）放电间隙成为接地系统中的关键设备，而且接地效果不如直接接地可靠和安全。牵引网的直接接地方式为保护线直接与钢轨相联结且保护线不设绝缘，这种接地方式可为供电设备提供安全、可靠和稳定的接地。为避免接地效果受钢轨泄漏电阻的影响，

4、在钢轨附近敷设一根接地线，保护线和钢轨每隔12km与接地线相联结；若不设该接地线，则保护线每隔1km左右设一处接地极，而且接地电阻一般在10W以下；同时该接地线还可作为京沪高速铁路沿线的综合接地体，统一考虑各类设备的工作接地和安全接地，减少不同系统之间由于地网而引起的相互干扰。建议京沪高速铁路牵引供电系统中接触网的接地系统采用综合接地线的直接接地方式。高速牵引网的综合接地系统主要由钢轨、保护线、接地线、扼流圈、CPW线、CB线、钢轨与接地线间的联结线（GE线）和接地极等部分构成。在车站站台范围内，当钢轨电位仍不能满足安全电位要求时，车站站台表面需作绝缘处理或设置钢轨电位限制装置。2. 计算条件

5、l 电力系统短路容量：4000MVA；l 牵引变压器采用单相接线，次边的中点引出并接于钢轨，额定容量为63MVA，阻抗电压为12；l 牵引网额定电压2×25kV，额定频率50Hz；l 供电臂长度30km，AT所间距为15km；l 土壤电阻率50W·m；l 牵引网导线型号：接触线CuSn-150，承力索THJ-120，正馈线LGJ-240，保护线LGJ-120，钢轨P60，接地线TJ-95(带铅护套)；l 上下行接触网和正馈线分别在供电臂首端、中间AT所和末端分区所处实现并联运行；l CPW线、CB线和GE线的间距均为1.5km。综合接地线初步选用带铅护套的铜绞线，截面为95

6、mm2。从电气化专业角度来说，在线路上行或下行设置一根综合接地线即可满足本专业的要求，上下行是否需要同时设置综合接地线，可视其它专业的要求确定。综合接地线需全线贯通，因此综合接地线必然存在接头，接头宜采用焊接方式。3. 仿真模拟结果在AT供电方式牵引网的T-R、T-F、T-PW和F-PW四种短路型式中，钢轨电位以T-R这一短路情况为最高；而且在牵引网不设置综合接地线的情况下，钢轨最高电位随钢轨泄漏电阻的增大而增大。对于本线的高架桥区段，钢轨泄漏电阻设定为100W·km，当不设置综合接地线、CB线和GE线的情况下，牵引网T-R短路时的钢轨最高电位曲线如图1所示。图1 钢轨最高电位曲线1

7、对于本线的高架桥区段，钢轨泄漏电阻设定为100W·km，综合接地线需按50m的间距作接地极，其接地电阻为4W，此时牵引网T-R短路时的钢轨最高电位曲线如图2所示,高速列车在正常运行时的钢轨最高电位曲线如图3所示。图2 钢轨最高电位曲线2图3 钢轨最高电位曲线3（列车正常运行）对于本线的隧道区段，钢轨泄漏电阻设定为15W·km，综合接地线需按50m的间距作接地极，其接地电阻为4W，此时牵引网T-R短路时的钢轨最高电位曲线如图4所示。图4 钢轨最高电位曲线4对于本线的高路堤区段，钢轨泄漏电阻设定为15W·km，综合接地线需埋置在土壤中，此时牵引网T-R短路时的钢轨最高

8、电位曲线如图5所示。图5 钢轨最高电位曲线5由图1、图2、图4和图5可见，牵引网采取设置综合接地线等措施后，牵引网故障情况下的钢轨最高电位已被显著降低，并在钢轨安全电位的允许范围内；虽然高架区段和隧道、路基区段的钢轨泄漏电阻相差较大，但在采用设置综合接地线来降低钢轨最高电位的措施后，两者已基本接近，这表明此时钢轨最高电位值与钢轨泄漏电阻的大小关系不大；虽然钢轨电位在两CPW线的中部附近较高，但综合接地线的电位已显著降低，如图6所示；另外牵引变电所附近5km范围内为钢轨电位防护的重点区域，在牵引变电所附近的车站站台表面可考虑采取绝缘措施。图6 综合地线最高电位曲线三、 综合接地系统的实施方案1.

9、 综合接地线的设置位置在高架桥和隧道区段，综合接地线为带绝缘外皮的铜绞线，并采用设置于电缆槽中的方式，综合接地线的引出线采用水平引出的方式。对于高架线，将在桥墩处预留的接地端子以一定的间距（约50m）与综合接地线相连；对于地下隧道，利用隧道钢筋的纵横向电气可靠连接作为自然接地体，将在隧道侧壁处预留的接地端子以一定的间距（约50m）与综合接地线相连。需注意的是，预应力钢筋不允许接在接地装置上。在路堤区段，综合接地线为裸铜绞线，并采用直埋于路基土壤中的方式，其埋设深度为路肩以下1米处（暂定，需与土建单位协商），这样综合接地线的接地电阻较小且经济。考虑到电气化接触网支柱基础、电缆槽的施工需在路基碾压

10、成形（此时综合接地线已经施工完毕）之后进行，为减少对接触网支柱基础和电缆槽等的施工影响，建议综合接地线设于接触网支柱基础的外侧，综合接地线的引出线采用水平引出的方式，如图7所示。图7 综合接地系统的初步实施方案（路基区段）2. 综合接地线的引出要求综合接地线应按通信、信号及电气化等专业的接地要求每隔一定距离作出引出线。引出线的一端与综合接地线采用铜材质并沟线夹进行连接；另一端供相关专业电气设备接地用并与之连接。在牵引供电系统中，应保证可靠的牵引回流导向和接触电压防护，高速电气化铁路牵引网的接地系统示意图如图8所示，对于综合接地系统，该接地线在牵引变电所、AT所、分区所和车站动力变电所处应与地网可靠连接，这样综合接地线就为沿线的供电设备和栏杆等提供了接地措施。以上为高速铁路牵引