胡亮
DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.068
摘 要：大准铁路公司于2017年2月9日起将在事故救援、设备抢修、重点施工等情况下开通V型天窗。本文通过计算大准线缸房夭站至九苏木站进行V型天窗作业的感应电压，为公司实行V型天窗作业提供理论依据，保障V型天窗接触网作业人员和设备安全绝对安全。
关键词：接触网 V型天窗 感应电压 分析计算 预防措施
中图分类号：U228.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（c）-0068-02
为了加强大准铁路公司天窗管理工作，提高设备利用率，减少因设备故障、事故救援、施工维修等作业对运输组织的影响，依据《铁路技术管理规程》（TG/01-2014）、《神华铁路运输管理规程（试行）》《神华集团公司铁路营业线施工安全管理办法（试行）》（神华（运）2014第4号）、《接触网安全工作规程》和《接触网运行检修规程》（铁运[2007]69号）、《大准铁路公司V形天窗管理办法（试行）》（准能铁运字〔2017〕8号），结合笔者所在段设备实际，供电段制定了《大准铁路供电段接触网V型天窗作业实施细则》（试行）。本文根据该实施细则相关要求，选取大准线缸房夭至九苏木区间，计算V型天窗的感应电压，为该实施细则提供一些理论依据。
1 静电感应电压
静电感应电压是指停电设备处于带电设备产生的电场中，由于静电耦合作用，在停电设备上产生的对地电位。接触网电压高达27.5kV，是一种长距离架设在铁轨上方的线路，要求各种技术参数满足列车安全稳定运行的需要。当电气化开通正式通电后就会在周围空间产生高压静电场，采用V型天窗作业时，停电线路接触网处于交变磁场之中，就会产生感应电压，感应电压的大小与多种因素有关，例如天气状况、湿度、两线路平行长度、带电线路的电流（该馈线正常运行的机车数量）、带电线路和停电线路间的距离、回流线架设的位置等。
2 电磁感应电压
只要电流通过线圈就会产生磁场，但是恒定的直流电流不会产生感应电动势。接触网带电线路的电流是工频电流，电流大小一直在不断变化。
式中：为磁链；L为电杆。
E=-
通过上面的计算可以得出：感应电动势与电流变化率成正比。当进行V型天窗作业时，在停电接触网线就一定会产生感应电势。根据电磁感应原理，当上行线路有机车通过时就会产生电流，变化的电流产生变化的磁场，由于磁力线切割下行接触线，这样下行线路就会产生感应电压，该下行线路产生的感应电动势产生的电流与上行接触线中的电流相反。感应电压的大小与多种因素有关，例如天气状况、湿度、两线路平行长度、带电线路的电流（该馈线正常运行的机车数量）、带电线路和停电线路间的距离、回流线架设的位置等。当上行接触线路发生短路时，短路电流一般能达到2000A，产生的感应电压也很大，能达到近2000V。
3 大地的电阻
大地与钢轨并不完全绝缘，因此大地承担牵引电流的一个回路，其电阻计算采用Carson公式，Carson等效模型如图1所示。
导线1距地面高度为H，平直且无限长，大地2地面平坦，尺寸大且电导率分布均匀，3为大地等效的虚构导线。
导线与位于地下的虚构导线间的距离为Dg，即Dg为“导线-地”回路的等效深度，Dg的大小与大地电导率及电流的频率等因素有关。根据Carson推导，等效深度Dg的计算式为：
根据Carson经验公式，其大地等效电阻re计算式为：
对于f=50Hz，大地等效电阻为：
4 直供加回流供电方式感应电压的计算
停电检修侧接触线上的感应电动势可以表示为：
式中：M为上下行接触线间的互感系数，H·km-1；L为上下行接触线的平行长度，km；I为正常供电接触网中的牵引电流（故障时为短路电流），A；F为电流的频率，Hz；λgh为回流线和轨道共同作用下的屏蔽系数；σ为大地电导率，取。
大准铁路缸房夭站至九苏木站的回流线采用LJ-85，rh=0.165Ω/km，Rh=6.63mm，轨道采用60型钢轨，rg=0.135Ω/km，Rg=12.79mm，dg=1435mm，dj2·g=6m，dj2·h=4.5m，dj1·j2=7m。如图2所示。
回流线单位自阻抗：
轨道单位自阻抗：
（Ω/km）
回流线与等值轨道间的单位互阻抗：
停电侧接触线与回流网络的单位互阻抗：
带电侧接触线与回流网络的单位互阻抗：
停电侧与带电侧两接触线间的单位互阻抗：
回流网络单位自阻抗：
回流线与轨道共同作用下的屏蔽系数：
综上所述，静电感应电压是由带电线路接触网与停电线路之间，以及停电线路接触网与大地之间通过电耦合，在停电线路接触网上产生的感应电压。电磁感应电动势是由带电线路接触网中牵引电流在其周围产生交变磁场，通过互感耦合在停电线路接触网上产生的感应电压。由于电容耦合和互感耦合的感应电压不是同相位，因此，停电线路接触网总的感应电压为静电感应电压和电磁感应电动势的向量和。根据《大准铁路供电段接触网V型天窗作业实施细则》（试行）规定，实行V型天窗作业区段上下行接触线间距必须大于7m，两组接地线间距不得大于1000m，当作业范围超过1000m时，须在作业范围内增设接地线。
则H/km
L=1km，取电流为400A，则停电侧接触线感应电压为：
V
24V的电压符合国家对安全电压规定的标准，是完全安全的。根据生产和作业场所的特点，采用相应等级的安全电压，是防止发生触电伤亡事故的根本性措施，国家标准《安全电压》（GB3805-83）规定我国安全电压额定值的等级为42V、36V、24V、12V和6V，应根据作业场所、操作员条件、使用方式、供电方式、线路状况等因素使用。根据作业时带电线路的电流值不同，停电侧感应电压也在不断变化，正常供电时，大准铁路凉城变电所馈线电流为280～450A，感应电压范围为16.8～27V，证时V型天窗作业时，只要严格执行《大准铁路供电段接触网V型天窗作业实施细则》（试行）规定是能够完全保障人身安全的。但是当停电侧未悬挂地线时，感应电压能达到600V；当接触网发生短路故障，短路电流能达到2000A，在停电侧未挂地线的情况下，感应电压能达到2500V，是非常危险的。
5 防止感应电压的措施
（1）根据上述计算结果表明，影响接触网V型天窗感应电压最大的两个因素是带电线路的电流值和两接触线的平行长度，而我们能够采取的措施就是缩短两线索的平行长度，一条馈线的长度能达到20多公里，当我们在作业区域两端1km的范围挂接地线后，感应电压就能缩小20多倍，因此保证接地线可靠接地是我们作业人员的生命线。
（2）防止静电感应电动势。电磁感应电动势是正常供电侧接触网中牵引电流通过交变磁场感应过来的，当作业区域通过机车数量较多，因客观条件导致作业间距较大时，感应电压可能会超过安全电压，为保证人身和设备安全，必须在线路中间合适位置再加挂地线，以达到减小感应电压的目的。根据上面计算结果表明，两地线间的距离缩短一倍，感应电压即可减半。
（3）接触网作业属于高空作业，各种金属导体多，属于特别危险作业场所，根据国标GB3085-83，感应电压不能超过24V，因此大准铁路实行天窗作业时，应严格控制通过该区段的机车数量，确保凉城變电所馈线电流不能超过400A，确保作业人身绝对安全。由于感应电压与带电线路电流成正比，应对牵引变电所、分区所出口处等V型天窗停电作业感应电压较大的地点，增设接地线，从而保证作业区段内的感应电压始终处于安全电压允许范围内。如采用梯车作业，加挂一组随车地线，采用作业车作业时，在作业车作业平台两端加挂随车地线等。
（4）目前公司正在稳步有序推行标准化作业流程，各作业人员一定要熟练掌握本岗位流程步骤、作业标准、可消除的危险源、不可消除的危险源，以及相应的管控措施，只有严格执行标准化作业程序，按规定布置安全措施，正确佩戴安全劳动保护用品，才能保障V型天窗作业时人身和设备的绝对安全。
参考文献
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