接觸網(wǎng)V形天窗停電作業(yè)感應(yīng)電壓分析與預(yù)防

1、    接觸網(wǎng)v形天窗停電作業(yè)感應(yīng)電壓分析與預(yù)防    陳爽摘要：隨著我國鐵路建設(shè)的發(fā)展，面對鐵路運(yùn)輸能力的不斷提高，國家對接觸網(wǎng)檢修標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越高，為了減少因接觸網(wǎng)設(shè)備檢修對運(yùn)輸產(chǎn)生的影響，在條件具備的情況下，接觸網(wǎng)檢修作業(yè)均采用v型天窗形式進(jìn)行。接觸網(wǎng)檢修過程中存在的感應(yīng)電、穿越電流等對接觸網(wǎng)檢修人員人身安全構(gòu)成較大的威脅，日常作業(yè)中如不能有效防范就會(huì)造成人身傷害。為此，本文主要對接觸網(wǎng)v形天窗停電作業(yè)感應(yīng)電壓進(jìn)行了分析，并探討出了有效的預(yù)防措施，以供參考。關(guān)鍵字：接觸網(wǎng)；v形天窗；停電作業(yè)；感應(yīng)電壓；預(yù)防前言接觸網(wǎng)施工是電氣化鐵路建設(shè)施工的一個(gè)

2、重要組成部分。而如何保障施工作業(yè)人員在接觸網(wǎng)施工維修過程中的人身安全已經(jīng)成為電氣化鐵路施工的重要考量。因此，本文對接觸網(wǎng)v形天窗停電作業(yè)感應(yīng)電壓分析與預(yù)防的研究具有十分重要的意義。1 v形天窗概念天窗概念：為了檢修接觸網(wǎng)，需要接觸網(wǎng)停電，在停電期間就沒有列車通過，這樣在列車運(yùn)行圖（不同時(shí)間列車走行區(qū)段）中就會(huì)有一段空白（沒有列車走過的線條），故形象地叫“天窗”。而v形天窗指的是在復(fù)線電化的區(qū)段，上行或者是下行接觸網(wǎng)是以供電臂或者是站場、區(qū)間等為停電單位，按照行車的方向以順序停電的方式打開天窗，兩線之間進(jìn)行的是交互作業(yè)，運(yùn)行的過程中呈現(xiàn)v形狀。2 v停時(shí)上下行接觸導(dǎo)線間的感應(yīng)電壓v停時(shí)，停電的接

3、觸導(dǎo)線及設(shè)備上的感應(yīng)電主要有兩種：靜電感應(yīng)電壓和電磁感應(yīng)電壓。2.1靜電感應(yīng)電壓及其計(jì)算靜電感應(yīng)一般都是由于導(dǎo)體中的自由電荷受到電場力的作用而產(chǎn)生的。通常我國電氣化鐵路接觸網(wǎng)上的額定電壓是25v，一般會(huì)在其周圍產(chǎn)生較強(qiáng)大的電場，而根據(jù)靜電感應(yīng)的原理，v停時(shí)臨近停電接觸導(dǎo)線上在電場力作用下自由電荷重新分布就會(huì)產(chǎn)生較高的靜電感應(yīng)電壓。圖1為v形天窗作業(yè)時(shí)靜電感應(yīng)示意圖。圖中，a是帶電的接觸導(dǎo)線；a是a相對于地面的鏡像；b是停電檢修的導(dǎo)線；a是接觸導(dǎo)線之間的距離；b是a在地面上的投影距離；c是導(dǎo)線的對地距離；d是停電導(dǎo)線的對地距離；l是停電接觸導(dǎo)線與帶電接觸導(dǎo)線鏡像之間的距離。對上圖進(jìn)行分析，我們可

4、以知道，在進(jìn)行接觸網(wǎng)停電作業(yè)時(shí)，v是帶電接觸導(dǎo)線電壓，r為接觸導(dǎo)線的半徑，q是不停電接觸導(dǎo)線上單位長度電荷，則有：式中： 為空氣的介電常數(shù)， 是帶電接觸導(dǎo)線上單位電荷在其本身產(chǎn)生的電壓。若設(shè)a對b產(chǎn)生的靜電感應(yīng)為v2，則有：整理上述兩個(gè)公式得出：由上面的公式我們可以得出，當(dāng)帶電接觸電壓v1與r為定值時(shí)，接觸導(dǎo)線的對地高度確定靜電感應(yīng)電壓v2的值。當(dāng)c值一定時(shí)，v2與b成反比，而當(dāng)b值一定時(shí)，v2可忽略不計(jì)。因此，當(dāng)接觸導(dǎo)線對地高度一定時(shí)，v2與b的關(guān)系如圖2所示。當(dāng)b取不同值時(shí)，靜電感應(yīng)電壓v2計(jì)算結(jié)果見表1。2.2電磁感應(yīng)電壓及其計(jì)算v停時(shí)，電磁感應(yīng)電壓指的是帶電的接觸導(dǎo)線中電流由于電感耦合

5、而產(chǎn)生的電壓。我國電氣化鐵路大部分采用的是交流、工頻50hz、單相的制式，根據(jù)電磁場的工作原理，停電導(dǎo)線會(huì)在電磁場的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。因此，在雙線電氣化的區(qū)段內(nèi)，當(dāng)帶電一側(cè)的接觸導(dǎo)線電流較大的時(shí)候，停電一側(cè)的導(dǎo)線會(huì)在磁場力的作用下產(chǎn)生較高的電壓。直接供電方式和加回流的直接供電方式下，產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓會(huì)有不同，具體分析和計(jì)算如下。2.2.1直接供電方式下電磁感應(yīng)電壓的計(jì)算根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在v停時(shí)，雙線電氣化區(qū)域帶電導(dǎo)線中的電流會(huì)產(chǎn)生交變磁場，進(jìn)而做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，使得停電導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，此電動(dòng)勢產(chǎn)生的電流總是阻礙原磁通的變化。因此，在交變磁場作用下，帶電接觸導(dǎo)線中的電流方向與感應(yīng)電動(dòng)

6、勢產(chǎn)生的電流方向是相反的。在磁場的作用下，停電接觸導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，沿停電接觸導(dǎo)線是縱向分布。該電動(dòng)勢的大小與帶電接觸導(dǎo)線中電流值的大小有關(guān)，而與帶電接觸導(dǎo)線的電壓大小無關(guān)。停電一側(cè)接觸導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢可表示為：上述公式中，f指的是電流頻率，m指的是上下行接觸導(dǎo)線之間的互感系數(shù)；l指的是上下行接觸導(dǎo)線之間的接近距離；i指的是帶電接觸導(dǎo)線的電流； 指的是鋼軌屏蔽系數(shù)。分析式子中各個(gè)構(gòu)成元素之間的關(guān)系，我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流頻率f與接近距離l一定時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢大小與帶電接觸導(dǎo)線中電流及互感系數(shù)和鋼軌屏蔽系數(shù)有關(guān)，且與每個(gè)量都成正比。2.2.2直供加回流供電方式區(qū)段的電磁感應(yīng)電壓的計(jì)算回流

7、線一般與接觸導(dǎo)線同桿架設(shè)在田野側(cè)，回流線與接觸導(dǎo)線之間存在互感作用，為了加強(qiáng)兩者間的互感，需盡量使回流線靠近接觸導(dǎo)線，使得鋼軌中的電流盡可能地由回流線流回至牽引變電所，回流線對接觸導(dǎo)線的電磁感應(yīng)有一定屏蔽能力，此時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢為：其中，是回流線和軌道共同作用下的屏蔽系數(shù)。利用該公式，分析計(jì)算得出的電磁感應(yīng)電動(dòng)勢數(shù)值小于無回流線時(shí)電磁感應(yīng)電動(dòng)勢。因綜合屏蔽系數(shù)計(jì)算較復(fù)雜，這里不再詳細(xì)分析。停電側(cè)接觸網(wǎng)電磁感應(yīng)電壓如表2。3 v形天窗停電作業(yè)潛在危險(xiǎn)的預(yù)防3.1預(yù)防感應(yīng)電壓傷害的措施首先，掛地線。地線是保護(hù)檢修人員的重要安全措施，其可以降低電磁感應(yīng)電壓，防止電壓過大給人帶來的傷害；其次，對導(dǎo)線進(jìn)行

8、實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。確保第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)安全隱患，并采取一定的措施來保證檢修人員的生命安全；再次，接觸網(wǎng)v形天窗停電作業(yè)時(shí)，作業(yè)的范圍一旦超過1000m，需要增設(shè)接地線；最后，需要正確的使用和規(guī)范勞保用品以及絕緣工具，檢修人員在進(jìn)行作業(yè)時(shí)，需要按照規(guī)定穿戴有反光標(biāo)識的防護(hù)服和安全帽等。3.2預(yù)防強(qiáng)電侵入的措施強(qiáng)電入侵一直是威脅檢修工作人員生命安全的重要隱患，為此，就需要檢修人員在檢修之前設(shè)置可靠的接地線（作業(yè)點(diǎn)的兩端都要設(shè)置）。此外，需要行車部門配合檢修人員的工作，在無電區(qū)域不要停放電力機(jī)車，為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)在車站行車室設(shè)聯(lián)絡(luò)員，在施工及維修地點(diǎn)設(shè)現(xiàn)場防護(hù)人員，對無電區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)有機(jī)車闖入無電區(qū)域，立即通知工作領(lǐng)導(dǎo)人，停止作業(yè)。同時(shí)，檢修人員還需要加強(qiáng)雙線區(qū)段站場軟橫跨的上下行隔斷絕緣子的絕緣性，以及站場內(nèi)分段絕緣器的橋式絕緣子的絕緣水平，以防止作業(yè)時(shí)絕緣子發(fā)生閃絡(luò)或擊穿對人身造成傷害。結(jié)束語綜上所述，本文主要對v停時(shí)上下行接觸導(dǎo)線間的靜電感應(yīng)電壓、電磁感應(yīng)電壓進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算，并探討了預(yù)防感應(yīng)電壓傷害、強(qiáng)電侵入傷害的有效措施，希望能夠提高檢修人員的安全性，進(jìn)而促進(jìn)接觸網(wǎng)v形天窗