地铁直流牵引供电系统的接地保护

地铁直流牵引供电系统的接地保护

钱欢

杭州市地铁集团有限公司运营分公司 浙江省杭州市 310003

摘要：地铁由于运载量大、快捷，是人们出行首选交通工具。然而地铁的安全稳定运行，需要电力的支撑，包括各种运行设备。因此，地铁直流系统安全稳定性，对地铁正常运行有着巨大影响。文章主要分析了地铁直流牵引供电系统的接地保护，仅供参考。

关键词：地铁；直流牵引供电系统；接地保护

引 言：城市轨道交通直流牵引供电系统是其重要组成部分，直流牵引供电系统的控制与保护是整个系统的核心，为地铁的稳定运行发挥着极其重要的作用。

1直流牵引供电系统概述

就我国目前阶段的供电方式来说，大部分的城市为了保障为人们的日常工作和生活提供稳定的电流和电压，都会在城市的变电站、牵引网、接触网的安置和運行过程中，采取 1500V 直流电的供电方式。而轨道交通牵引作为一种对用电需求更高的城市轨道交通方式，需要在实际的运行过程中采取两边都供电的模式，这一模式的采用是为了防止当一边的供电系统出现故障时，另一边的供电系统能够接替进行工作，从而保障城市轨道交通的正常运行，不会造成城市交通故障，对使用者也是一种保障。此外，还会辅助以直流牵引供电网的保护，借助杂散电流的保护方法，将使用的电能、电压、电能等均匀地分配到每一个运输网络，从而保证每一个用电器都能够保持正常的工作，而且对于长距离的运输线路来说，也具有一定的保障作用，不会由于线路过长而出现故障。另外，城市轨道交通的自身变电模式的应用，会缩短供电的距离，从而增加了工程的经济资源损耗，这也说明这种直流制的牵引供系统不适合在大面的城市轨道交通中进行建设。城市轨道系统依靠直流牵引供电系统输送电能，如果没有电能的支持，城市轨道系统将陷入瘫痪。城市轨道相较于其他轨道而言既有着一定的相似，不过也有着些许的不同。因此并不能直接将其他轨道系统的设计方案套用到城市轨道建设。虽然城市轨道于近些年才在我国开始流行，不过在国外已经有了很多的运营实验与研究数据。目前国内外最常见的供电系统主要包括直流1500伏与交流25千伏两种。国内经常将两种供电模式联络，称为双制式供电。牵引供电目的是为地铁、轻轨、电动机车供电，用牵引网络完成电流输送。直流1500伏供电采取的是双边供电。如线路出现故障则需要加强双边供电应用，实现跨区供电。此外直流供电因使用杂散电流，因此能够实现分散输送目的，实现远距离电流传输。不过受限于自身变电模式影响，直流1500伏供电实际供电距离较短，且供电传输率较慢。因此这种供电系统并不具备供电竞争优势。交流25千伏供电使用的连接方式为电压—电压。变电所配备多部两部变压器，用单项变压，组成开口三角结构，一端接入电网端口，另一端接入低侧公共端。因这种供电系统长时间处于被动状态，所以接触压力较大，会对供电设备造成较为明显的磨耗。当前国内城市轨道研究集中在保护及安全系统，借助于对主要技术原理进行实验研究，为国内轨道建设与设计提供数据帮助。

2地铁站中的防雷接地保护

2.1供电系统的防雷措施

对于我国的地铁站防雷保护而言，地铁站中的每一个变电所都应该由专线供电，在每一座新建的变电所里，必须设置两台或者两台以上的专用电变压器。这样就既可以进行电压变换，用来提升或降低交流电压;又可以进行阻抗变换，以满足不同电路的阻抗匹配。在变电所的每个母线段，设置一个避雷器，通过这样的设置，既可以有效地防止变电所内部的电压过大；同时还可以有效地防止雷电进入隧道，进一步保护地铁隧道中的电气设备。与此同时，在选择避雷器的时候，应该根据地铁站的实际情况进行选择，设置好计数器，并且时时刻刻地观察避雷器的动向。

2.2地铁站的接地网

在地铁站的车站之间要设置好接地网，而且这种接地网的电阻通常不能超过0.5Ω，如果遇到特殊情况，可以合理、适当地调整接地电阻，但是在提高电阻的同时，应该满足弱电系统的接地要求，一般情况下，不能超过1Ω，在此基础上，还要同时满足接触电压和跨步电压的要求。在地铁站中，所有的全线网会通过接地扁铜、金属铠装等各种设备，与水平接地网连成一体，从而形成高低压兼容、强弱电合一的综合接地系统。在地铁站中的每一个金属管线和系统，都应该做好电位连接，让车站之间的地母排线紧密相连，同时保障与综合地网相互连接。

2.3高架站的防雷措施

对于地铁中的高架站而言，要使用金属作为接闪器，同时还要把金属结构做成避雷网络，并且使防雷引线和主柱的内部钢筋相互连通。利用其中的钢结构梁作为引下线，混凝土结构梁以及柱内主筋要与钢结构梁的下部相互连接，混凝土结构柱内的主筋应该经过焊接，来作为防雷引下线的一部分，引下线的间距不可以超过15m。要在混凝土的柱内选两根主筋，分别和站台层、站厅的纵梁以及横梁焊接牢固，使其形成一个较为坚固的自然接地体。所有的自然接地体都必须要与钢筋结构相互贯通，保证每一个接地体的焊接口牢固。在地铁站的出口，结构梁必须预留几个接地端子，这些接地端子必须与接地网格进行电气连接。在防雷引线和地面0.5m的地方做断接测试卡。在设置综合接地网的时候，可以借鉴车站地网对其进行设计。

2.4车站电涌的保护方案

在地铁站中，弱电系统非常之多，比如信号系统、通讯系统、民用通讯、公安通讯、报警系统等。在这些电子设备中，电源系统的中性点工作接地、保护接地、电子设备等电位连接基地以及电力信息线路的电涌保护器接地等，都使用的是同一个接地系统。在每个弱电系统电源箱进线的地方安装电涌保护器，与此同时要根据SPD级间配合的各种要求，不断装设多级SPD，这样做可以有效减少过电压和系统内暂态过电压的能量。

3地铁站防雷与接地系统的组成

在我国的地铁站中，它的防雷和接地系统主要由以下部分组成：

3.1外引接地

在我国的地铁站中，其内部的接地极通常是由垂直接地极和水平接地极所组成的，通常位于地铁站结构底板以下位置，利用防水层，使其和底板绝缘。其中的水平接地使用的是铜母排，铜母排外缘的角都要成弧形，因为只有这样，才可以有效地降低接触电极和跨步电势；对于垂直接地，则需要用到铜管，根据其中的电解率，算出单根垂直接地极的长度和垂直接地的总数量。在这期间，地铁站中的车站要引出四组接地线，按照弱电、强电以及等电位分别设置，并且在这些电阻之间要保持一定距离。因为这些都属于永久性的地铁设施，所以在选用的时候，必须使用铜材。

3.2接地引出线

对于地铁站中的接地引出线而言，每一组接地引出线都必须有三个甚至更多的接触引出点，要对这些点进行一个绝缘处理。这些接触点必须使用铜母排，与此同时，还要穿过止水板，将其固定在电缆夹层的墙上。

3.3接地电缆以及接地母排端子板

接地电缆要使用单芯组燃铜芯电缆，它可以用在连接接地引出线与接地母排端子板、地母排端子板和接地端子箱之间。 接地母排端子板设置在站台板下或者是电缆夹层以内，它直接与接地引出线相互连接，作为功能完全不同的接地母排，接地端子箱要设置在末尾处，使其直接和各个设备相互连接。

4结语

总之，地铁站的工程设计人员们只有从原理上不断深入研究和学习防雷与接地知识，掌握整个地铁站的特殊性，才可以充分地认识和了解到整个地铁站的接地系统以及防雷系统，设计和使用更加合理的方案。这样做不仅可以减少资金和设备的投入，还可以大大加快地铁站的建设速度，大幅度提升工作效率，让地铁站的防雷以及接地系统不断完善。

参考文献：

[1]于喜林，陆军．城市轨道交通接触网防雷技术应用[J]．电气化铁道，2019（5）．

[2]艾东兵．城市轨道接触网系统防雷措施浅析[J]．电气化铁道，2020（12）．