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

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，這樣在列車運行圖（不同時間列車走行區(qū)段）中就會有一段空白（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，兩線之間進行的是交互作業(yè)，運行的過程中呈現(xiàn)v形狀。2 v停時上下行接觸導(dǎo)線間的感應(yīng)電壓v停時，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，一般會在其周圍產(chǎn)生較強大的電場，而根據(jù)靜電感應(yīng)的原理，v停時臨近停電接觸導(dǎo)線上在電場力作用下自由電荷重新分布就會產(chǎn)生較高的靜電感應(yīng)電壓。圖1為v形天窗作業(yè)時靜電感應(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。對上圖進行分析，我們可

4、以知道，在進行接觸網(wǎng)停電作業(yè)時，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，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，v2與b成反比，而當(dāng)b值一定時，v2可忽略不計。因此，當(dāng)接觸導(dǎo)線對地高度一定時，v2與b的關(guān)系如圖2所示。當(dāng)b取不同值時，靜電感應(yīng)電壓v2計算結(jié)果見表1。2.2電磁感應(yīng)電壓及其計算v停時，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)線會在電磁場的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。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)線電流較大的時候，停電一側(cè)的導(dǎo)線會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)電壓會有不同，具體分析和計算如下。2.2.1直接供電方式下電磁感應(yīng)電壓的計算根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在v停時，雙線電氣化區(qū)域帶電導(dǎo)線中的電流會產(chǎn)生交變磁場，進而做切割磁感線運動，使得停電導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此電動勢產(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

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)電動勢，沿停電接觸導(dǎo)線是縱向分布。該電動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，感應(yīng)電動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，此時的感應(yīng)電動勢為：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，分析計算得出的電磁感應(yīng)電動勢數(shù)值小于無回流線時電磁感應(yīng)電動勢。因綜合屏蔽系數(shù)計算較復(fù)雜，這里不再詳細分析。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)線進行

8、實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。確保第一時間發(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，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，檢修人員在進行作業(yè)時，需要按照規(guī)定穿戴有反光標(biāo)識的防護服和安全帽等。3.2預(yù)防強電侵入的措施強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，在施工及維修地點設(shè)現(xiàn)場防護人員，對無電區(qū)域進行實時監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)有機車闖入無電區(qū)域，立即通知工作領(lǐng)導(dǎo)人，停止作業(yè)。同時，檢修人員還需要加強雙線區(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)電壓進行了詳細的分析和計算，并探討了預(yù)防感應(yīng)電壓傷害、強電侵入傷害的有效措施，希望能夠提高檢修人員的安全性，進而促進接觸網(wǎng)v形天窗