摘要：目前，随着我国的经济在快速的发展，社会在不断的进步，牵引变电所接地网对电气化铁路安全运营具有重要意义，本文基于CDEGS软件建立电气化铁路牵引供电系统仿真模型，结合模糊判据分析和贴近度计算提出了接地网故障诊断算法及故障点定位方法，并验证了该算法的正确性，为牵引变电所内接地状态在线评估提供了参考。
关键词：牵引变电所接地网；CDEGS；模糊判据；故障定位
引言
京沪线改造工程自2005年7月1日正式开工，2006年6月20日京沪铁路起正式供电，7月1日正式投入运营，已经连续运行了15年的时间，由于牵引变电所接地网是埋设在地下的设备，日常无法监控其运行状态，因此故障时对工作人员和牵引供电设备将造成极大危害。如果对地网逐个挖开进行故障诊断，工作量大，所以在线监测越来越重要。引起接地网故障的原因主要有设计、施工、土壤腐蚀、电流过大等。当系统发生接地短路故障时，接地网的局部电位差或接地网本身电位异常抬升，不但会威胁人身安全，还会造成二次设备的绝缘破坏，引起测控、保护设备误动或拒动，扩大事故范围。因此，要确保牵引变电所接地网设备状态良好来保证牵引供电系统运行安全。
1研究意义
接地网由大型的网状接地装置和埋在地下的金属导体相互垂直组成，所以这些导体被叫做水平接地体和垂直接地体。埋在地下的相互垂直的接地网由排放电流、雷电或者其他方面的电流和稳定电位差的作用，但是由于地下的环境潮湿和空气的作用，金属导体经常会出现电化学腐蚀或者造成焊接不良、虚焊、漏焊等故障，导致接地网的供电性能严重下降，可靠性飞速下降，从而影响电网设备的正常供电，导致牵引供电系统不能正常运行，进一步严重影响电气化铁路的正常运行，耽误乘客的时间。当然，有很多的方面都是造成接地网产生故障的原因，但是主要的影响因素是接地网腐蚀。我国在铁路上主要是使用普通的钢材作为接地网的铺设材料，为了提高钢材的防腐的性能，于是也开始逐渐的使用镀锌钢材。虽然使用了镀锌的钢材，但是有时施工的环境或者焊接处的防腐受到环境的限制，没有办法达到预计的防腐蚀的效果，经过对钢材的很多年的数据的分析，得出一般在9年左右就会出现很严重的腐蚀情况，这就大大降低了接地网和均压的性能，也对设备维护人员和运行在该线路上火车构成很严重的威胁。通过近几十年铁路事故分析，造成事故的很大原因就会因为焊接处或者接地网的电阻不合格引起的，事故发生之后，铁路相关部门就会开始大规模的排查接地网的状况，但是这种方式盲目性和工作量都是很大的，在进行排查之前必须停电，这就对牵引电力系统的正常运行带来很大的隐患。为了避免上述盲目排查的最原始的检查方式，提高牵引变电所接地网腐蚀故障诊断的精度和效率，进行其腐蚀故障诊断方法的研究对于正确掌握接地网的运行状况、及时发现隐患并采取相应措施具有重要意义。
2接地网故障诊断
2.1接地网故障诊断与定位
分别进行横向与纵向导体上方地表电位数据分块，再将正常工况与故障工况对应的数据子集进行贴近度计算，根据择远原则，贴近度最低的部分即为导体故障区段。通过模糊判据，可算得故障接地网横向导体与纵向导体电位数据与正常接地网横向导体与纵向导体电位数据贴近度。
2.2采用科学的施工工艺
铜接地体连接方式主要有铜银焊连接法、压接线夹连接法、螺栓连接法和放热焊接连接法。经过比选，在该牵引变电所接地网整体更换铜接地极时，采取了放热焊接连接法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其原理是通过铝与氧化铜的热化学反应产生液态高温铜和氧化铝的残渣，并利用放热反应所产生的高温实现高性能电气熔接，每个焊点的焊接过程仅需数秒，被焊接的铜接地极之间端部即融化形成永久性的分子合成。熔接完成后，焊接点和接地极导体成为不可分割的一个整体。经测试，焊接处的导体电阻值接近于零，完全满足接地极导电的要求。
2.3补强接地网
由于牵引变电所接地网整体改造周期较长，一般需要一个月左右，因此需要对发生故障的接地网采取临时补强措施。该牵引变电所采取的临时措施是对接地网进行局部补强，新增接地极３处，利用铜接地导线对断点进行临时接通恢复，增加引至回流箱的回流导线数。采取临时措施后，监测到地回流通路中的接地网导线及焊接点的最高温度为２６℃。原先的发热部位及通过的大电流消失，故障情况得到明显缓解。
2.4加强日常管理
针对这起牵引变电所接地网故障，从管理角度制定了如下措施：一是加强对轨、地回流运行数据的监控，发现地回流常大于轨回流或某回流无数值等异常现象时，应及时查明原因并处理；二是在大负荷时对设备接地线的焊接点、紧固点进行测温，观察有无放电烧伤痕迹；三是在牵引变电所集中回流箱内电气接点处贴测温片，每日监控轨、地回流母线和连接点的温度；四是预防性试验时对牵引变电所接地网的接地电阻进行测量。
2.5合理选用接地极材质
铜接地体的耐腐性显著优于钢接地体和铜包钢接地体，且抗化学腐蚀和电腐蚀性强。为了保证接地网的耐腐蚀性，在该牵引变电所接地网整体整治中，选用了纯铜接地极（水平接地极采用铜板，垂直接地极采用铜管）。铜在土壤中的腐蚀速度大约是钢材的１／１０～１／５０倍，在氧化作用下的表面会产生附着性极强的铜绿（氧化物），能对内部的铜进行很好的保护，阻断进一步的腐蚀。将牵引变电所接地极更换为纯铜材料后，延长了接地网使用寿命。
3牵引变电所接地网腐蚀故障诊断模型
在牵引变电所接地网的任意两点之间加上直流或者工频电流时，因为电阻的原因，会引起电感变小。接地网的导体段对地电容及泄漏电导比导体段本身的电阻则大得多，因此牵引变电所接地网的电容和电感均可以忽略，将其等效成一个纯电阻网络。另一当面，土壤中的电阻率是远远低于牵引变电所接地网的导体电阻的，所以在进行接地网的故障检查的时候，可以忽略土壤中的相关因素，只需要研究金属体本身的电阻率。建立牵引变电所接地网腐蚀故障诊断模型的过程，我们需要优化理论的基础知识，将牵引电力所接地网的故障检测化解成一个最优化的问题。在这个过程中必须要用到能量最低原理，也就是一些自然变化的方式都是能量逐渐变低，能量较低呈现稳定的状态。我们在工频电流或者直流电流在土地中流动就会形成一个恒稳定流场，也就满足能量最低原理的条件。
结语
总之，牵引变电所接地网在电气化铁路安全运营方面发挥着重要作用，必须采用科学的施工工艺，做好日常管理工作，重视地网安全监测，科学监测接地网的故障，及时发现隐患并采取相应的措施，保障牵引供电系统的运行安全。
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论文作者:程爱璐
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/8/29
标签：变电所论文; 导体论文; 故障论文; 故障诊断论文; 电气化铁路论文; 电流论文; 供电系统论文; 《电力设备》2019年第7期论文;