关于直流牵引供电系统接触网残压的研究分析

关于直流牵引供电系统接触网残压的研究分析

王禄青

厦门地铁运营有限公司  福建省厦门市

361007

摘 要  接触网残压直接威胁人身安全，影响检修施工及接触网送电保护闭锁。但从对接触网残压的形成机理进行分析研究发现，接触网残压是直流牵引供电系统设计伴随的特有现象，这是我国城市轨道交通供电行业面临的共同难题，为减少因对接触网残压不了解而产生的长期困扰和不利影响，提高作业利用率，经现场测试验证和分析研究，提出针对性措施，消除因接触网残压可能对作业人员及设备产生伤害的安全隐患。

关键词直流牵引供电系统; 接触网残压; 管控措施

一、概述厦门地铁1、2、3号线牵引供电系统采用DC1500V供电制式，在运营中场段出现的典型问题是：接触网隔离各方向来电后，验电器仍然显示接触网带电，即存在接触网残压（直流开关柜线路保护测试定义为残压，又称感应电）。广州、深圳、佛山、福州、上海、南京、西安、成都等地的城市轨道交通直流牵引供电系统均存在这一情况。接触网残压直接威胁人身安全，影响检修施工及接触网送电保护闭锁。但从对接触网残压的形成机理进行分析研究发现，接触网残压是直流牵引供电系统设计伴随的特有现象，这是我国城市轨道交通供电行业面临的共同难题，为减少因对接触网残压不了解而产生的长期困扰和不利影响，提高作业利用率，经测试验证和分析研究，提出针对性措施，消除因接触网残压可能对作业人员及设备产生伤害的安全隐患。

二、接触网残压问题的现象与原因分析

（一）残压值理论计算

根据电容原理，任何2个相互靠近且彼此绝缘的导体间均构成一个电容器，其电容大小与导体形状、相互间距离有关，车辆段内不同分区之间的接触网、接触网与大地间均构成电容器。为方便车辆段电容计算，可搭建理论计算模型。据典型 结构电容计算式，分别计算出导线之间及导线对地的电容，再根据分压原理得出邻线电压大小。

（二）现场测试分析

1、高崎停车场

1号线崎停车场共3个接触网供电分区。针对高崎停车场开展接触网感应电测试，测量数据如下表1：

表1  高崎停车场测试数据

以验电器报警启动电压500V（验电器报警启动电压范围一般为15%-40%，即225V-600V，厦门地铁取500V）作为判断接触网是否带电为依据，测试数据表明：（1）当1C02停电，1C03带电时，1C02存在感应电压。

2、五缘湾停车场

3号线五缘湾停车场共4个接触网供电分区。针对五缘湾停车场开展接触网感应电测试，以验电器报警启动电压500V（验电器报警启动电压范围一般为15%-40%，即225V-600V，厦门地铁取500V）作为判断接触网是否带电为依据，测试数据表明：（1）当3C02停电，3C03带电时，3C02存在感应电压。

3、蔡厝车辆段

蔡厝车辆段共12个接触网供电分区。供电分区多、设备较复杂，针对蔡厝车辆段开展2次接触网感应电测试，以验电器报警启动电压500V（验电器报警启动电压范围一般为15%-40%，即225V-600V，厦门地铁取500V）作为判断接触网是否带电为依据，测试数据表明：

②当3D05停电，3D07带电时，3D05存在感应电压；

②当3D07停电，3D05带电时，3D07存在感应电压；

③当3D08停电，3D09带电时，3D08存在感应电压；

④当3D11停电，3D13带电时，3D11存在感应电压；

⑤ 其他相关供电分区也存在大小不一的感应电压。

（2）第二次测试数据，以验电器报警启动电压500V（验电器报警启动电压范围一般为15%-40%，即225V-600V，厦门地铁取500V）作为判断接触网是否带电为依据，测试数据表明：

①当3D05停电，3D07带电时，3D05存在感应电压；

②当3D07停电，3D05带电时，3D07存在感应电压；

③当3D08停电，3D09带电时，3D08存在感应电压；

④当3D11停电，3D13带电时，3D11存在感应电压；

⑤当3D09停电，3D01带电时，3D09存在感应电压；

⑥ 其他相关供电分区也存在大小不一的感应电压。

（三）实测数据与理论值对比及两次测试数据差异分析：

1、车辆段邻线接触网电压 UL是波动的，实际网压值可能高于理论计算值；

2、各供电分区之间接触线距离D取值于库内等距段，库外还存在非线性变化的距离（距离小于D），所以实际残压值可能高于理论计算值；

3、理论计算时各供电分区取等长，但现场实际各供电分区长度存在差异，当带电分区接触线长度大于停电区接触线时，实际残压值将高于理论计算值，反之亦然。

4、取得是真空介电常数，而实际介电常数会因周边环境及天气原因会发生变化，从而影响感应电的大小。

（四）测试总结

根据分析，得出如下结论：

1、接触网残压与相邻区段接触网送电情况存在关联性。

2、接触网残压与相关区域带电情况有关，存在电容效应（感应电），非接触网存在残留电荷产生的网压。

3、感应电大小与分区间距、并行距离与周边环境及天气情况有关。

4、供电分区间存在单向性感应电压，如蔡厝车辆段3D13感应至3D11电压较大（上千伏），而3D11感应至3D13较小(几十伏)，同时查阅绝缘导通试验报告，各分区绝缘电阻合格，未存在连通现象。

5、针对可能存在爬电的器件如分段绝缘器、绝缘子等进行了清扫后复测，同样存在接触网残压，基本排除爬电原因导致的接触网残压。

6、对出入段线及高架段进行了测试验证，同样存在接触网残压。

四、接触网残压问题的解决方案

（一）针对挂接地线类作业

1、对场段各供电分区接触网感应电进行测试，明确各供电分区关联关系，对相关联供电分区组织同停同送，并在施工调度系统中进行分区关联，减少感应电对作业的影响。

2、当感应电低于500V供电分区，直接进行挂接地线操作。

3、建议各单位通过调整人员、物资组织，利用周末全场停电天窗点集中力量开展场段检修作业，必要时增加全场停电施工点。

4、，建议增设场段上网点处可视化接地柜，在提高施工效率的同时，减少作业人员挂接地线时对接触网残压的困扰，也可有效防止接触网带电误合接地送电的风险。

（二）针对残压问题造成线路检测不通过的问题

1、对直流开关柜线路测试中残压检测定值进行调整（定值范围900V-999V），以减少正常停送电情况下接触网无法送电的概率和影响；

2、如遇因接触网残压造成线路检测未通过，向电力调度建议将相关联区段接触网停电，再向残压区段送电，这样可快速恢复设备功能，以保障运营安全。

五、结语

在直流供电系统中，接触网残压是直流牵引供电系统设计伴随的特有现象，无法从设计源头根本上解决接触网残压问题，这是我国城市轨道交通供电行业面临的共同难题。但是可以在运营线路中通过制度管控及信息化技术等从计划源头管控，减少接触网残压对施工作业及人身、设备安全的影响。

参考文献

[1] 田胜利. 轨道交通接触网残留电压及感应电压理论分析[J]. 电气化铁道，2015，26（5）：32-34.

[2] 王晓博，尚志坚，赵垒. 城市轨道交通直流牵引供电系统接触网残压研究[J]. 城市轨道交通研究，2015，18（9）： 55-59+64.

[3] 薛小强，赵垒，王晓博. 地铁牵引变电所高压直流开关无法合闸故障的处理[J]. 城市轨道交通研究，2013，16（5）： 133-135.

[4] 周鹤良. 电气工程师手册[M]. 北京：中国电力出版社， 2008.