交流牵引系统

图12.36 根据 [12.10]，与线路垂直方向的电位变化趋势

在变电所附近发生短路时，短路电流最大，但此时的轨电位为零。轨电位的绝对值仅在距变电所几km处的过渡区域达到最大值，如图12.35所示，可此时的轨电位数值却依然在增加。为了评估轨电位引起的危险，必须考虑沿钢轨对大地电位的趋势。图12.36所示为大地表面对地电位U_PE的基本趋势，走行轨的电位U_TP趋势图，它与轨电位U_TE有关。在距外轨1m处U_TP的值对应的就是接触电压的值。我们必须认识到，U_TE的全部电压值不可能被1m处间距所跨接。根据 [12.1]，大约有20%被跨接。对于高压系统接地，[12.10] 和 [12.52] 假定被跨接值为50%，且规定，在接地电压没有超过允许接触电压值的两倍时，则认为接触电压符合标准。此规定见表12.8，它已被转换为轨电位。

表12.8 允许接触电压和轨电位 (U接触电压，U_TE钢轨对大地电压，t_F故障断开时间)

[12.1] 中规定的接触电压也适应于固定的供电装置，对于固定供电装置，必须考虑三相中压和低压内的接地故障。因而，需要采用处理轨电位的方法来处理接地系统的电位增加。

在表12.8中所示的短路情况下，允许接触电压的值和轨电位的值参考当前先进的保护装置的故障切除时间，这个时间小于100ms。

由于有导电连接，其他接地系统的电位可能会转换到铁路系统中。因而，有必要采取预防措施，如进行局部绝缘或加镀层，避免非允许接触电压。

12.6.2.2 干扰

与牵引轨道回流和接地相关的干扰类型如下：

—电阻干扰;

—电感和电容干扰;

—电场和磁场干扰。

电阻干扰是由于回流回路的导电连接引起的。电容干扰在铁路系统被视为不重要的干扰。

电感干扰和磁场在交流电气化铁道系统是很重要的。它们的幅值取决于架空线路的自阻抗和耦合阻抗，也决定了回流分布方式。为此，经过大地的回流可作为干扰的一种度量标准。附加回流线可减少流经大地的回流，从而减少系统附近的干扰。

干扰会损伤或妨碍附近铁路和第三方的电气设备，其程度取决于设备的灵敏度 (详情参见第13章)。

12.6.3 安装设计

12.6.3.1 回流回路

回流回路： 在架空接触网系统区域中，电气设备的外壳和导电部件被连接到铁路接地上，以避免运行和短路时产生危险接触电压。图12.37所示为满足这种要求的设计接线简图。桥梁、隧道、变电所和支柱基础的各个接地系统都连接到回流回路上，形成交流电气化铁道系统的整体接地系统，同时保证了回流回路的接地。

如图12.4所示，走行轨、回流线和与变电所相连的连接线形成了回流回路。为使电压降降至最低，宜采用焊接，且在连接处要采用阻值较低的接头进行纵向连接。为了在所有并行线路和回流线路中平均分配回流，它们之间必须互相导接。横向连接的间隔由回流线的接地电阻和允许接触电压决定，通常为600～1200m。由于换能器可限制短路电流，在由装了功率电子换能器的变电所供电的线路区段可采用较长间隔进行横向导接。

在决定横向连接间隔的时候须考虑轨道解锁电路的要求。

图12.37 交流供电的大地回流系统和接地的原理电路

图12.38 交流电气化铁道在变电所里的回流和接地

如图12.38 [12.53] 所示，电流经过回流回路和接地连接绝缘回流轨流回变电所。在变电所和线路之间必须有两根回流线，设计回流线时，要考虑到其中一根发生故障时，另一根可以承载全部的电流。如图12.38所示，在回流系统的设计中，设有回流记录装置以实现回流回路的测试。如果从回流母线引到变压器的电缆对地是绝缘，则电流互感器I1测到的是回流的总值。流经接地系统的回流部分则由电流互感器I2测量。

12.6.3.2 变电所和车站

通常，变电所由公共电网供电，但也有一些铁路运营单位，如德国铁路，OBB或SBB，用铁路公司所属的高压电网供电。

变电所和高压电网有公共的接地系统。高、中、低压供电中的所有运行设备都连接到该接地系统上，来实现电位补偿和安全保护跳闸，如图12.37所示。只有在连接变电所和接触线的电缆可承载全部牵引电流的情况下，电缆护套两端才能都被接地。如果一端接地，则电缆未接地端的护套可能会出现高压。此时，为避免接触应将电缆护套的端头绝缘。当低压供电来自公共电网时，低压系统的保护接地和中性导线不能连接到交流系统的接地上，铁路回流可能会对它们造成危险。

所有车辆的牵引电流在变电所累加，并导致接地系统中电位的增高。当高压供电发生接地短路时，接地短路电流流过接地系统。所以有必要在变电所接地系统中采用低电阻接地装置，以保持低接地电压。