地铁接触网感应电压分析及应对方法分析

地铁接触网感应电压分析及应对方法分析

李孔勇

  深圳地铁运营集团 518000

摘要：在城市轨道交通系统中，接触式列车牵引供电方式和接触轨供电方式是目前地铁牵引供电系统中的两种主要供电方式。接触网和受电弓的正常运行对地铁正常运营至关重要，一旦出现故障，将造成地铁无法正常运营，需要采取措施对感应电压进行有效应对。基于此，本文简单分析地铁接触网感应电压影响因素，深入探讨应对方法，以供参考。

关键词：绝缘距离；电流强度；感应电压

前言：在地铁系统中，牵引供电系统的电流在变电所内产生的感应电压（或称为感应电势），如果感应电压超过了供电设备允许的安全电压值（一般为75V），则会对变电所内的用电设备造成危害。为了保证安全供电，通常要对其进行保护。

1. 地铁接触网感应电压影响因素

1.1接触网绝缘距离

对于城市轨道交通，轨道结构中的钢轨、接触网等结构相对比较复杂，其绝缘电阻和电位分布也是不均匀的。在运行时，这些部件在电磁干扰作用下会产生感应电压。虽然地铁线路的运行速度一般不高，但是轨道结构复杂，而且受电弓在爬行时会对接触轨进行撞击，因此其绝缘电阻较低，其绝缘距离也不高。一般情况下，城市轨道交通的绝缘距离不低于500 mm，而受电弓的绝缘距离只有100 mm。当受电弓在接触轨上爬行时，其下方会产生感应电压。对于城市轨道交通列车，其运行速度一般较高，且受电弓在爬行时与接触轨之间有一个相对运动的过程。因此，在满足一定条件下，可以适当增大受电弓与接触轨之间的绝缘距离。

1.2牵引电流强度

地铁的牵引电流是由牵引变电所提供，对牵引变电所的影响主要是对其容量和运行效率。牵引电流强度越大，会增大感应电压。因为电力机车通过受电弓与接触网接触时，会产生电流。而电流的大小主要与变压器容量、轨道线路参数和受电弓的质量有关。受电弓的质量越大，则产生的感应电压也越大。根据经验可知，当受电弓弓头半径为35 mm时，其产生的感应电压为150V左右。同时，地铁线路上所使用的电缆截面与接触网距离也会对感应电压产生影响。由于电缆截面不同，接触线与电缆之间距离不同，其产生的感应电压也不同。当接触网与电缆之间距离较近时，由于两者之间存在电弧作用，当电流通过接触线时会产生电弧，在电弧放电时会产生一定的电压。

2.地铁接触网感应电压应对方法

2.1抑制感应电压的方法

地铁牵引供电系统中，由于受电弓与接触网之间存在着一定的距离，所以在接触悬挂处会产生一定的感应电压。当感应电压超过允许值时，将对用电设备造成危害，此时就需要对其进行抑制。牵引供电设备的电磁兼容设计，包括两个方面：电源侧和受电弓侧。当接触网的感应电压超过允许值时，可以通过在接触网和受电弓之间加装一定的防护设备来解决。对于变电所而言，则要考虑是否需要在接触网与受电弓之间加装相应的防护设备，以抑制感应电压。在地铁系统中，一般采用了屏蔽接地、屏蔽电缆等措施来抑制感应电压。目前常用的抑制措施有如下几种：采用接地电抗器、设置滤波器、设置感应电压保护装置、采用屏蔽电缆。设置感应电压保护装置，其主要功能是：当牵引网中感应电压超过允许值时（通常为75V），可以通过在接触网和受电弓之间加装相应的防护装置来解决，保证地铁接触网感应电压能够符合当前实际要求，推动其可持续发展和进步[1]。

2.2接触线接地方式

在地铁直流牵引供电系统中，接触网感应电压保护装置有两种工作原理：一是接触网感应电压保护装置直接接地，另一种是接触网感应电压保护装置采用辅助接地。直接接地是指接触网感应电压保护装置的金属外壳直接接地。由于直接接地方式属于“硬”屏蔽，设备不容易损坏，但由于接触线金属外壳与大地间的电阻很大，因此也会在一定程度上增加变电所内的感应电压。接触线的接地方式主要有三种：与牵引变电所设备、金属管道和金属构件连接。在牵引变电所内，与牵引变电所设备、金属管道和金属构件连接的接触线为接地极，通过接地极和接地网将其与大地相连。将接地极引至隧道内，并在隧道内敷设一定长度的接地排（采用混凝土结构），将接触线引至隧道内，通过连接排将其与大地相连。将接触线引至接触网上，在接触网上敷设一定长度的接地排（采用混凝土结构），并与接触网相连。通过以上三种方式中的任意一种，都可以在一定程度上减小变电所内的感应电压。但是由于地铁直流牵引供电系统中的感应电压值一般都在50V以上，特别是在高架线路中。由于感应电压超过了设备、金属管道和金属构件的绝缘强度而损坏设备和金属构件。因此为了保证设备、金属管道和金属构件的绝缘性及防止感应电压对变电所内用电设备造成危害，需要在变电所内敷设一定长度的接地排（采用混凝土结构）。另外，在地铁直流牵引供电系统中一般不使用接地排（采用混凝土结构）来减小变电所内的感应电压[2]。

2.3限流器的安装位置

在地铁系统中，当接触网感应电压超过35V时，地铁供电企业通常采用限压电源。限流装置的原理是通过向变电所内受电弓供电的接触网上安装限流电阻，使受电弓触网处的电压不超过安全电压值，从而达到保护接触网的目的。在接触网感应电压超过35V时，为了防止限压装置动作，可在接触网上加装限流器。一般安装位置为接触网每侧中间，在与接触网平行的接触网支柱上。限流器装在接触网支柱上的好处是可以起到限制受电弓触网处的电压和电流，从而达到保护受电弓的目的。但对于地铁系统而言，由于受电弓触网处电压为75V左右，不能满足限流装置的要求。因此要通过其他方式解决受电弓触网处电压问题。将受电弓的触网点附近电缆敷设至接触网支柱上。安装感应电压抑制器，在受电弓触网上安装感应电压抑制器，在接触网支柱上安装限流器。利用建筑物自身电气设施对接触网进行保护。在地铁系统中，有些建筑物本身具有一定的电气设备和线路，在发生感应电压时可通过这些设施对受电弓触网处进行保护。利用变电站内设置的避雷器对感应电压进行抑制。在变电所内设置避雷器，当接触网上感应电压超过35V时，避雷器动作切断受电弓触网处的电源，从而保护受电弓免受损坏，当接触网上感应电压超过35V时，可将电缆等设备接到其他建筑物内。在地铁系统中可以利用大功率柴油发电机对接触网进行保护，当接触网上感应电压超过35V时，可通过大功率柴油发电机将接触网附近的感应电压降低到35V以下后再切断受电弓触网处的电源

[3]。

结束语：在当前时代背景下，合理应对地铁接触网感应电压有着重要的意义所在，需要结合当前实际情况，了解地铁接触网感应电压影响因素，并通过接触线接地方式、限流器的安装位置、接触线的保护接地等一系列措施，保证地铁接触网感应电压能够有效应对，推动其可持续发展和进步。

参考文献：

[1]于新柱.地铁接触网刚柔过渡段施工技术探讨[J].工程机械与维修,2023(03):182-184.

[2]廉天雪.地铁接触网关节式刚柔过渡施工技术运用研究[J].中国设备工程,2022(24):186-188.

[3]王强.地铁接触网承导线一次架设施工技术[J].中国高新科技,2022(20):61-63.