电气化铁路接触网短路对临近１０ＫＶ贯通线路设备损坏分析及应对方法

摘要:电气化铁路接触网在其周围空间产生交变磁场，从而在临近的低压线路中感应纵向电动势。对于电压等级比较低的低压线路，电气化铁路接触网短路时，很大的短路电流将使纵向电动势达到危险的程度，损坏低压线路上的设备。本文针对这种情况进行分析并提出应对方法。

关键词:电气化铁路接触网；纵向电动势；低压线路；损坏

一、故障现象

2007年，神朔线某车站接触网分段器绝缘击穿，造成变电所馈线断路器跳闸。电流3420A，天气情况小雨。此次短路造成车站低压线路上的多台电器设备烧坏，离短路点200米左右的灯塔电缆绝缘击穿。经查，接触网钢柱上同杆架设的低压线路瓷绝缘件绝缘正常，无放电痕迹，证明不是外部高电压将低压线路绝缘击穿侵入造成设备损坏。

二、原因分析

车站货线隔离开关处于分闸位置，按规定不用时应处于合闸位。分段器脏污，遇小雨时绝缘下降，分段器绝缘闪络经隔离开关地刀接地短路。短路电流在低压线路中感应的纵向电动势可以表示为：

E=2πfMjdlIjλg

式中：Mjd－接触网与低压线路的互感系数（H/km）

l－两者的平行长度（km）

Ij－接触网电流（A）

λg－轨道的反磁效应，称为钢轨的屏蔽系数

f－电流频率（Hz）

j2πfMjd即单位阻抗zjd,电流频率为f时，我们有

zjd＝π2f×10-4+ j0.029 f lg(Dg/djd)Ω/km

式中Dg－等效地回线入地深度，取930m

djd－接触网与低压线路的平均接近距离

低压线路与接触网平行平均间距5米，长度1000米。

zjd＝3.142×50×10-4+ j0.0029×50×lg(930/5)＝0.049+ j0.329

由于接触网钢柱接地线被盗（经测量钢柱的接地电阻为15欧），使短路电流没有按正常短路模式分配流回牵引变电所，钢轨中的回流很小，减少了对通信和低压输电线路的屏蔽作用。λg可近似认为1。

E =2πfMjdlIjλg＝0.33×3420×1＝1125 V

短路后第一周期内，冲击电流最大有效值可以达到短路电流的1.61倍，即：

Ich＝1.61Ij

短路瞬间的冲击电压Ech＝2πfMjd Ich lλg＝1.61 E ＝1812 V

相对于380V低压线路，短路时这样大的电磁感应电势达到低压线路电器设备额定电压值的5倍，造成了低压线路电器设备受损。

经查，车站上行线4年内无短路故障，但其它线路曾多次发生短路，电流大小相同，为什么没有对上述的低压电器设备造成损害呢？这是因为接触网钢柱接地线完好，有钢轨回流，对低压线路产生了屏蔽作用。复线时，钢轨的屏蔽系数λg为0.33，低压线平行接触网的距离为10米，互感抗为0.285欧，低压线路中(下转71页)(上接70页)的电磁感应电势：

E=2πfMjdlIjλg＝ 0.285×3420×1×0.33=322V

冲击电压：Ech＝0.285×3420×10.33×1.61=518V

在0.1秒内这一电压是相对安全的，因此未对低压线路设备造成损坏。

三、应对措施

（一）加强接地线的检查，避免接地线被盗的情况发生。

钢轨与钢柱接触良好时，低压线路的纵向感应电动势E由两部分组成：一部分是接触网电流在低压线路中的纵电动势Ej，另一部分是钢轨电流在低压线路中的纵电动势Eg,接触网电流和钢轨电流方向相反，产生的纵向电动势是相互抵消的。因此存在一个钢轨屏蔽系数λg：

λg＝Eg/Ej

对于50HZ牵引电流，一般单线可取0.5，复线可取0.33。如果车站接触网分段器短路时，接触网钢柱的接地线是完好的，纵向电动势：

E ＝2πfMjdlIjλg＝0.33×3420×1×0.33=372V

冲击电压：Ech＝0.33×3420×1×0.33×1.61=599V

与没有接地线的情况比较，电压仅为三分之一，完全可以避免车站低压线路电器设备被烧毁的后果。

（二）加强对接触网分段器和隔离开关支持瓷瓶的绝缘清扫以减少绝缘击穿或闪络的情况发生。

（三）要求车站按规定在货物线不装卸，隔离开关不用时，将隔离开关处于合闸位置。切断接触网分段器闪络时短路电流经过隔离开关地刀接地短路的途径。

（四）与接触网平行距离较长并离接触网较近的低压线路，应有防过电压措施或采用屏蔽电缆埋入地下。380V低压线路与电气化铁道平行距离应尽可能短或避免与电气化铁道平行架设。

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