城市轨道交通接触网残压分析及抑制措施

摘要：地铁车场内接触网停电后，停电作业区产生的接触网残压主要由供电分区间的分段绝缘器和绝缘子引起。基于此，本文详细论述了城市轨道交通接触网残压产生的原因及其措施。

关键词：城市轨道交通；接触网残压；原因；措施

接触网残压是城市轨道交通直流牵引供电系统中的一个常见问题，直接威胁运营检修人员的人身安全，影响其正常合闸，从而给城市轨道交通运营检修带来影响。因此，研究分析城市轨道交通接触网残压原因及其措施意义重大。

一、城市轨道交通特点及优势

轨道交通具有经济、环保、高效等独特优势，对提高交通运输能力、群众出行效率有积极作用。城市轨道交通不占用地面空间，运输量大，效率高，运力提高后选择轨道交通出行的人群更多，能很好的缓解堵车问题；同时，城市轨道交通的建设能带动一系列产业的发展，如基础建设、智能化设备研发等。并且对提升城市综合实力和整体形象、消除城市结构缺陷具有显著的促进作用。除上述特点外，轨道交通资金投入量大也是典型的特点。通常，一个城市的轨道交通建设从前期规划到落地运营最少需耗用五年左右的时间，这段时间内，要面临大量的施工设计、准备、建设、通车运营工作，由此也形成了围绕城市轨道交通的上、中、下游产业链。从上游来说，主要是轨道交通的施工准备阶段，即轨道交通项目的具体规划、统筹与设计工作；就产业链的中游来说，主要为开工建设阶段，如土地征用、土建施工、车辆购置等过程；而产业链的下游主要指轨道交通后期的运营与维护。从一定程度上来说，轨道交通项目相当于城市的生命线工程，在促进产业链发展、改善城市空间、带动城市内部结构升级等方面具有显著的促进作用。

二、城市轨道交通接触网残压现象及危害

1、现象。为满足城市轨道交通接触网运营维护要求，缩小故障事故范围，满足常态及故障条件下供电灵活性，将接触网划分为若干供电分区。在运营检修期间，当正线接触网夜间停电检修时，车辆段和停车场接触网不停电，车辆段与停车场相邻的正线供电段的验电仍显示接触网带电，即接触网残压。正线停电检修完成后，系统在送电时对母线、馈线电压进行比较分析，当馈线电压低于系统工作电压且高于残压整定值时，闭锁合闸，与车辆段和停车场相邻正线供电段直流馈线断路器线路测试不通过，馈线断路器不能合闸，接触网不能正常送电。

根据接触网残压统计，接触网残压集中在车辆段与停车场，主要发生在出入段区段。在雨雾等气候条件下，接触网残压较严重。

2、危害。城市轨道交通接触网验电器报警电压值和直流馈线断路器线路测试残压整定值一般为300V。根据现场测量，接触网最大残压接近1000V，直接威胁运营检修人员人身安全，影响正常检修作业。其危害为：

①在接触网停电检修挂接地线前，应验电，若接触网残压值小于验电器报警电压值，则检修作业验电器显示接触网无电。然而，挂接地线时，会出现打火现象，这将烧蚀接触网，并引起运营检修人员的心理恐惧。

②接触网残压值若大于验电器报警电压值，则检修作业验电器显示接触网带电，根据运营安全操作规程，不允许挂接地线，影响了正常检修，无法保证检修人员人身安全。

③停电检修结束后，直流馈线断路器线路测试检测到网压超过整定值，馈线断路器不能合闸，接触网不能正常送电，影响正常运营。

三、接触网残压产生的原因

1、静电感应电压。城市轨道交通接触网可视为平行于地面的导线，出入场线是两条相互平行且与大地平行的导线。根据电容原理，出入场线接触网构成出出入场线间电容，以及出入场线与大地间电容。

两根平行导线间静电感应电压可通过使用电磁场理论镜像法或将静电场转换为电容网络用电路方法来求解。另外，采用电磁场与电容电路方法是等效的。

此外，静电感应电压大小取决于以下因素：①平行导线间距：导线间距越小，产生的静电感应电压越大。②导线电压：接触网线路电压越高，产生的静电感应电压越大。静电感应电压与接触网中有无电流无关。③静电感应电压与两线平行长度无关。

2、绝缘电阻分压。接触网相邻供电分区主要由分段绝缘器或绝缘子进行电气隔离，以确定相邻供电分区的电阻分布。此外，接触网的导线电阻远小于绝缘子和分段绝缘器电阻，可忽略不计。

由于降低绝缘电阻对牵引供电系统的稳定运行有许多不利影响，所以在保证接触网对地绝缘电阻不变情况下，通过增加分区间分段绝缘器和绝缘子电阻值，有效抑制接触网的残压。

3、残压产生的原因。根据以上对接触网残压现象的分析，在雨雾等气候条件下，接触网残压较严重。由于静电感应电压不会随天气变化，因此推断静电感应电压不是造成接触网残压的主要原因。由于出入线分段绝缘器和绝缘子安装在室外，现场环境复杂，易受雨、雾、灰尘等条件影响，致使分段绝缘子和绝缘器的绝缘水平降低，造成接触网残压升高，所以推断绝缘的降低是接触网残压的主要原因。根据以上分析，推断出接触网残压主要由电阻分压引起，通过增加分区间分段绝缘子和绝缘器电阻值，能有效降低接触网的残压。

四、降低城市轨道交通接触网残压的措施

从接触网残压的理论分析和现场测试结果的分析可知，接触网残压主要由接触网系统内阻分压引起，这是不可避免的，将影响车辆段和停车场出入线区段。因此，可采取合理措施有效抑制接触网残压，从而减少接触网残压的危害。

1、在选择分段绝缘器设备时，应增加出入段线与正线间分段绝缘器的绝缘电阻值，使用阻值较高的分段绝缘器。通过改进设备工艺，提高分段绝缘器耐污性及自洁净性，以减少外部环境对分段绝缘器设备绝缘性能的影响。

2、分段绝缘器处的上网电缆应设计单独上网路径，可用单独架设三角腕臂和电缆爬架，也可采用土建结构敷设上网电缆，避免上网电缆通过分段绝缘器的绝缘棒，进而有效提高分段绝缘器电阻。

3、当前，出入段线的接触网通常悬挂并安装在同一组门型架上，在两线间使用绝缘子来实现电气隔离，这通常会导致电阻分压而形成残压。因此，在设计阶段，出入段线应尽可能分开悬挂，以减少分区间绝缘子数量，众而有效增加分区间绝缘电阻值，降低接触网经电阻分压形成的残压。若无法避免悬挂在同一组门型支架上，则应使用双绝缘子，而且中间要做接地处理，以消除分区间绝缘子的影响。若无法设置双绝缘子，则应增加分区绝缘子爬电距离，当前直流1500V系统通常采用爬电距离为250mm的绝缘子，而不同供电分区间绝缘子可采用爬电间距为400mm的绝缘子。

4、出入段线的上网电缆不得敷设在同一组门型支架上，对侧上网电缆可用过轨埋管方式敷设。此外，要想将接触网残压管理工作作用有效施展出来，最为重要的是要结合实际情况及需求来制定切实可行的管理机制，促进管理工作能全面、按部就班地开展，不断提高工作效率，还可促使工作人员树立良好安全理念，避免危险事故的发生。

5、应配置可视化接地管理系统，以消除检修人员在手动挂接地线打火时的恐惧心理。此外，在城市轨道交通接触网残压问题的解决中，检修人员在其中发挥着不可替代的作用。因此，要将提升检修人员素养作为重点与关键，为实现这一目的，要及时做好工作人员的教育培训，使工作人员能对接触网残压问题有一定认识与了解，掌握造成接触网残压的重要原因，并熟练不同解决方式。同时还可通过制定奖惩制度方式，激发检修人员的工作积极性与热情。对于在残压问题处理中表现较好工作人员，要适当给予其奖励，增强其对工作的忠诚度，使检修人员能将更多精力放到残压问题处理中，将残压问题控制在合理范围内。

参考文献：

[1]王晓博.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（09）：55-59.

[2]韦庭三.分析城市轨道交通直流牵引供电系统接触网残压[J].通讯世界，2020，27（04）：149-150.