客运专线的综合接地系统 鲁恩斌

客运专线的综合接地系统

鲁恩斌

摘 要：提出客运专线综合接地系统的必要性，分析国内外现状，阐述了综合接地系统的范

围、要求、设计与施工 关键词：客运专线 接地系统

1.综合接地系统的提出

铁路设备即设施的接地系统工程是一项复杂的系统工程。接地的目的主要是为了防止电磁感应及过电压对人员和设备实体产生危险影响而采取的保护措施。由于铁路是多专业的集合体，所以在电气化区段，需要接地的专业设备设十分广泛。目前，信号、通信、计算机信息系统、电气化、电力、机械、桥梁、隧道、路基、轨道环工、给水排水等相关设备都需接地。从前，各专业自己各自建设自己的接地系统，结果是各自的接地系统标准低，相互影响，电位不相等，总造价高，防护效果未达预期目的。

为了保证电化区段的人身安全，要求在牵引供电设备一定距离内的金属物体必须接地，同时供电系统要有自己的工作地、保护地，电磁兼容接地。弱电系统同样需要工作地、保护地，电磁兼容接地。建筑物内电气电子的设备也需要工作地、保护地，电磁兼容接地。因此，接地的种类为：工作地、保护地，电磁兼容接地。

目前，国内也是采取各专业地线分别设置的方式。随着客运牵引电流提高，电子设备增多和桥梁隧道比例加大，需要接地的设备及设施增多（如声屏障等），过去的分别设置的方法需要改进。

（1）需打破各专业分别设置接地系统的传统做法，提高接地标准。 （2）客运专线牵引电流提高，电子设备增多，桥隧比例加大，需采用综合接地方式提高接地性能，满足各系统设备防雷、电磁兼容、人身保护、计算机逻辑、等电位连接等的要求。 2.国外铁路接地概况

综合接地方式首先用在建筑物电气电子设备防护上，国外采用已经20余年。在钢筋混凝土结构建筑物利用建筑物钢筋作自然接地体和引下线屏蔽笼，或在建筑物建设时就在地基中增设人工接地体以构成更大地网。避免了单独设置人工接

系统所需的场地和较大花费。且接地金属在混凝土的包裹下不易腐蚀，同时加大了与土壤的接触（埋在土壤中的硅酸盐水泥的电阻率一般约40-80Ω·m，比土壤还低为），是目前最好的接地系统。欧洲铁路也采用了综合接地系统的设备设施接地方法。运行经验证明其有较大的优点，得到广泛的应用。

2.1电化区段接地的特点

电化区段牵引回流和短路电流经钢轨并在钢轨与大地、钢轨与临近的设备、钢轨与相连的信号设备间形成电位差。当有列车时，这个电位较高，可能威胁人身和设备的安全。

为了人身和设备的安全，各国对电化区段，尤其对牵引回流大的高速铁路（高速铁路牵引负荷是普速铁路牵引负荷3～4倍，并具有持续性 ）的接地方式进行了研究，形成以法国为代表的欧洲“综合接地”方式和日本的“分别接地方式”。

2.2欧洲综合接地方式

根据欧洲标准实施。理论认为，影响接地效果的首要因素是接地网的面积（即接地网与大地的亲密程度），任一单个的地网面积有限，散流也就有限，若将沿线所有地网（注意，不是地线）联成整体，形成一个巨大的地网，每一局部地网称为一个散流中心，其散流效果将增加，同时对大网中的其它局部地网影响甚微。

EN 50122-1 :1997 铁路?固定设备?第1部分:电气安全和接地装置防护规定

EN 50122-1 Berichtigung 1 :2007 铁路设施?固定设备?第1部分:电气

安全和接地相关的保护性措施。

采用等电位连接方式，在铁路沿线敷设“贯通地线”，将铁路沿线所有设施的接地网联成一体形成大面积的“综合接地系统” 综合接地优点：

（1）降低了钢轨电位，保障了人身和设备安全。（可将车站做成开放式，人员可以自由出入）

（2）降低了建立铁路各子系统接地装置所需的工程投资。对于场坪面积有限或高土壤电阻率地区、桥梁、隧道的接地系统，更具优势。

2.3日本的“分别接地方式”

日本铁路采用各子系统接地相对独立、相互隔离的方式。

优点：避免了牵引回流对信号及沿线电子设备的影响（工作地和安全地分开，必须采取隔离措施），微电子设备工作质量较高。

缺点：钢轨电位太高，以至必须采取封闭式站台，站台两侧设防护栏，区间全封闭，人员不得擅自进入。

2.4欧洲和日本方式比较 表4-1

方式 欧洲综合接地系统 日本独立接地方式 牵引回流经综合接地系统（钢轨、回流线正常情况时，牵引回流经钢轨、保护或保护线大地、相关设备地网）返回牵引地线返回牵引变电所。与弱点设备无回流方式 变电所。缺点：弱点设备地网中有电流和关 电压存在。 通过综合接地系统散流特性好的优点，将强电回流与弱点设备互不影响。 相互影响 相互影响控制在可以接受的范围内。 敷设贯通地线，沿线设备在与自己的地网沿线设备各自独立接地，互不关联。 区间设置 等电位连接后与贯通地线连接。 站内所有铁路设施包括建筑物与自己的地站台与轨道间加装放电间隙，电压超网作等电位连接后与贯通地线（或钢轨）3kV时放电以降低轨道电位。 连接。 接触网回流线或保护线与支柱间采用无绝接触网保护线与支柱间采用绝缘安缘安装，利用支柱基础充分接地。 装，加装S形放电间隙，不利用支柱基础接地。 车站 接触网 符合EN50122（电气安全和接地装置防护规短路时钢轨电位高，对人身有相当危钢轨电位 定 ），安全性能好。 险 通过完善的综合接地技术保证地电位不超车站和铁路沿线设护栏，并用法律手安全保障 过限制值。车站开放，人员自由出入。 段防止人员进入，人员擅入为违法行为，将受法律制裁。

3.综合接地系统实施的必要性

3.1综合接地系统已在建筑物、电力、通信、石化等工业领域应用20多年，证明其只要在将强电设备和弱点设备分别接入综合接地系统，并保持一定距离。不但有良好的防雷效果，并且可充分保障弱点设备安全。

3.2受铁路地界限制，独立设置个系统的接地装置并保证安全距离有相当难

度。

3.3高速铁路牵引电流负荷比普速铁路大3-4倍，且桥隧比例大，采用无砟轨道等，使钢轨电流极高（短路电流可达14000A）

3.4电子设备增多，需接地的设备多，独立设置时系统间会出现电位差。 因此，要求沿线路方向实施综合接地系统，并符合欧洲标准EN50122-1的规定。

为保证线路两侧的人身安全，设置贯通综合接地系统是高速铁路与普速铁路的主要区别。根据欧洲EN50122-1标准（见表4-2）在正常和短路情况下的电位要求，采用普速铁路中的接地措施已经不能满足高速铁路牵引负荷条件下安全电压要求，必须设置贯通地线，以消除牵引供电对通信、信号等系统的影响并保障线路设备、人身的安全。根据计算，在不设贯通接地线的情况下，短路故障时，钢轨最高电位可达到5500V，远远大于欧洲标准的规定，但是设置贯通地线后，短路故障时，钢轨最高电位小于1650V，贯通线电位小于240V；正常运行时，钢轨最高电位小于120V，完全满足标准的要求。（表4-2： EN50122-1要求） 表4-2

项 目 正常、长期运行 故障、短时运行(0.1s) 接触电压(V) 60 842 钢轨电位(V) 120 1684 4综合接地系统定义

将铁路沿线一定范围内的牵引供电系统、电力供电系统、信号系统、通信系统及其它电子信息系统、建筑物、道床、站台、桥梁、隧道、声屏障等需要接地的装置通过贯通地线连成一体的接地系统。

比较一下建筑物综合接地系统定义，可知，铁路综合接地系统与建筑物综合接地系统的目的和实施方法是一致的。

建筑物综合接地系统定义（源自GB/T 19663-2005 信息系统雷电防护术语）：在规定区域内由所有互相连接的多个接地连接组成的系统。（注：包括埋在地中的接地极、接地线、与接地极相连的电缆屏蔽层、及与接地极相连的设备外壳或裸露金属部分、建筑物钢筋、构架在内的复杂系统。）

5综合接地系统的范围

所有沿线的电气设备，电力通信信号电缆，以及沿线地上金属物，护栏声屏障，车站桥的构筑物钢筋全面与综合地网相连。 5.1牵引供电系统接地

1．接触网支柱基础接入综合接地系统

2．PW和NF线必须通过扼流变压器或空心线圈中性点与轨道连接。轨道接地只能使用完全横向连接来实现。贯通地线与完全横向连接线连接点、 PW和NF线的引下线与扼流变压器空心线圈中心点中性点连接点宜在同一里程。 3. 牵引网中的防雷接地装置在贯通地线上的引接点与其它设备在贯通地线上的引接点不能在同一地点（应保持一定距离）。

4．牵引变电所围墙内外的所有不导电金属都应与牵引变电所地网连接。 法国高速铁路接触网接地和综合接地系统如图4-1所示。

隔离墙、防护墙3000mPW1N1R1R2N2PW2隔离墙、防护墙1500m

图4-1：法国高速铁路接触网接地和综合接地系统图

接触网保护线同时作为架空地线。保护线每1.2-1.5km（视信号闭塞区间长度而异）与钢轨扼流圈相连，保护线不设绝缘。综合接地系统由钢轨，单独埋设贯通地线和保护线以及它们之间的横向连接构成。 5.2电子系统接地

1.距接触网5m范围内的电子系统设备的接地均应就近接入贯通地线。 2.建筑物内的电子系统的各种接地应当分别接入建筑物地网后与贯通地线连接。

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