接觸網(wǎng)V形天窗停電作業(yè)感應電壓分析與預防

陳爽

摘要：隨著我國鐵路建設的發(fā)展，面對鐵路運輸能力的不斷提高，國家對接觸網(wǎng)檢修標準的要求越來越高，為了減少因接觸網(wǎng)設備檢修對運輸產(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電、穿越電流等對接觸網(wǎng)檢修人員人身安全構成較大的威脅，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)感應電壓進行了分析，并探討出了有效的預防措施，以供參考。

關鍵字：接觸網(wǎng)；V形天窗；停電作業(yè)；感應電壓；預防

前言

接觸網(wǎng)施工是電氣化鐵路建設施工的一個重要組成部分。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)感應電壓分析與預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停時上下行接觸導線間的感應電壓

V停時，停電的接觸導線及設備上的感應電主要有兩種：靜電感應電壓和電磁感應電壓。

2.1靜電感應電壓及其計算

靜電感應一般都是由于導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)靜電感應的原理，V停時臨近停電接觸導線上在電場力作用下自由電荷重新分布就會產(chǎn)生較高的靜電感應電壓。圖1為V形天窗作業(yè)時靜電感應示意圖。

圖中，A是帶電的接觸導線；A是A相對于地面的鏡像；B是停電檢修的導線；a是接觸導線之間的距離；b是a在地面上的投影距離；c是導線的對地距離；d是停電導線的對地距離；l是停電接觸導線與帶電接觸導線鏡像之間的距離。

對上圖進行分析，我們可以知道，在進行接觸網(wǎng)停電作業(yè)時，V是帶電接觸導線電壓，R為接觸導線的半徑，q是不停電接觸導線上單位長度電荷，則有：

式中： 為空氣的介電常數(shù)， 是帶電接觸導線上單位電荷在其本身產(chǎn)生的電壓。

若設A對B產(chǎn)生的靜電感應為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，當帶電接觸電壓V1與R為定值時，接觸導線的對地高度確定靜電感應電壓V2的值。當c值一定時，V2與b成反比，而當b值一定時，V2可忽略不計。因此，當接觸導線對地高度一定時，V2與b的關系如圖2所示。

當b取不同值時，靜電感應電壓V2計算結果見表1。

2.2電磁感應電壓及其計算

V停時，電磁感應電壓指的是帶電的接觸導線中電流由于電感耦合而產(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，停電導線會在電磁場的作用下產(chǎn)生感應電動勢。因此，在雙線電氣化的區(qū)段內(nèi)，當帶電一側(cè)的接觸導線電流較大的時候，停電一側(cè)的導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電壓的計算

根據(jù)電磁感應原理，在V停時，雙線電氣化區(qū)域帶電導線中的電流會產(chǎn)生交變磁場，進而做切割磁感線運動，使得停電導線產(chǎn)生感應電動勢，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，帶電接觸導線中的電流方向與感應電動勢產(chǎn)生的電流方向是相反的。在磁場的作用下，停電接觸導線上產(chǎn)生的感應電動勢，沿停電接觸導線是縱向分布。該電動勢的大小與帶電接觸導線中電流值的大小有關，而與帶電接觸導線的電壓大小無關。

停電一側(cè)接觸導線上產(chǎn)生的感應電動勢可表示為：

上述公式中，f指的是電流頻率，M指的是上下行接觸導線之間的互感系數(shù)；L指的是上下行接觸導線之間的接近距離；I指的是帶電接觸導線的電流； 指的是鋼軌屏蔽系數(shù)。

分析式子中各個構成元素之間的關系，我們可以發(fā)現(xiàn)，當電流頻率f與接近距離L一定時，感應電動勢大小與帶電接觸導線中電流及互感系數(shù)和鋼軌屏蔽系數(shù)有關，且與每個量都成正比。

2.2.2直供加回流供電方式區(qū)段的電磁感應電壓的計算

回流線一般與接觸導線同桿架設在田野側(cè)，回流線與接觸導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，回流線對接觸導線的電磁感應有一定屏蔽能力，此時的感應電動勢為：

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電動勢數(shù)值小于無回流線時電磁感應電動勢。因綜合屏蔽系數(shù)計算較復雜，這里不再詳細分析。

停電側(cè)接觸網(wǎng)電磁感應電壓如表2。

3 V形天窗停電作業(yè)潛在危險的預防

3.1預防感應電壓傷害的措施

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電壓，防止電壓過大給人帶來的傷害；其次，對導線進行實時監(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)定穿戴有反光標識的防護服和安全帽等。

3.2預防強電侵入的措施

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置可靠的接地線（作業(yè)點的兩端都要設置）。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，應在車站行車室設聯(lián)絡員，在施工及維修地點設現(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，立即通知工作領導人，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)生閃絡或擊穿對人身造成傷害。

結束語

綜上所述，本文主要對V停時上下行接觸導線間的靜電感應電壓、電磁感應電壓進行了詳細的分析和計算，并探討了預防感應電壓傷害、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形天窗停電作業(yè)的效率。

參考文獻：

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