CN108790957A - 一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统 - Google Patents

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Abstract

一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，解决交流牵引供电制式的城市轨道交通接地问题，确保设备和人员安全。牵引供电系统工作地(回流通路)由上下行钢轨以及接触网回流线、大地构成，上下行钢轨导体相隔500～600m实现完全横向连接。该工作地(回流通路)与沿线车站综合地网、区间风井地网、联络横通道地网、牵引变电所地网、隧道及桥梁等接地装置单点可靠连接，在降低系统接地电阻的同时，构建等电位平台，同时避免各系统因与强电工作地相联而成为强电系统回流通路。

Description

一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统
技术领域
本发明涉及交流牵引供电制式的城市轨道交通，特别涉及一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统。
背景技术
城市轨道交通通常采用直流牵引供电制式，但是随着城市规模扩大、范围延伸，线路长度较传统项目大幅提升，运行速度需求也大幅增加，为此，部分城市轨道交通项目开始采用供电能力较强的交流牵引供电制式。
采用交流牵引供电制式的城市轨道交通项目，除牵引供电系统外，通信、信号、隧道、桥梁、轨道等基本沿用直流制式方案，以至于关乎各系统的接地无法沿用交流牵引制式的铁路方案，也无法采用传统直流牵引制式的城市轨道交通方案。
轨道交通有众多供电负荷，从电力机车、动力照明到通信、信号、通风、消防等，而接地系统则是维持各供电系统安全可靠运行、保障运行人员及广大旅客，以及电气设备安全的根本保障和重要措施。供电系统和电气设备的接地按其作用的不同可以分为工作接地和保护接地两类。工作接地：是为了使电气装置满足正常的工作需要而采用的接地，如避雷针、避雷线、牵引变压器的绕组一个端子的接地等等，其目的是保证供电系统的正常运行以及事故情况下能可靠的工作或者有利于快速切除故障。保护接地：是指高压供电系统和配电系统中，当电气设备绝缘受到损坏致使设备带电时为防止此电压危及人身安全而将电气设备金属外壳接地的措施。
目前，我国交流供电制式铁路中，接地系统分为两个方案：方案一为强、弱电供电系统单独设置接地系统，接地系统间保持一定安全距离，强电牵引供电系统由钢轨、回流线、大地构成工作地，由于钢轨上有弱电信号系统轨道电路，因此，回流线与钢轨不直接连接；方案二强、弱电供电系统通过设置的综合地线构建等电位平台，形成综合接地系统，强电牵引供电系统由钢轨、回流线、大地、综合地线构成工作地，由于钢轨上有弱电信号系统轨道电路，因此，回流线与钢轨不直接连接。直流供电制式城市轨道交通强电牵引供电系统由钢轨构成工作地，钢轨上没有弱电信号系统轨道电路，由于直流电流进入其他系统会对其金属造成严重的电化学腐蚀，因此，钢轨需要与其他系统进行严格绝缘，这样导致钢轨与大地间过渡电阻较大、钢轨电位较高，钢轨电位成为牵引所间距的主要控制因素。
对于多系统构成的复杂供电系统，其接地系统方案的根本是保证系统内接触电压、跨步电压和转移电位限制在安全值以内，确保设备和人身安全。从这个角度出发，构建各系统接地的等电位平台、防止不同系统以及不同设备间产生危险电位差是比较理想的方案。
交流牵引供电制式的城市轨道交通信号系统不采用钢轨轨道电路作为信号传输载体，因此，结合各系统接地需求和各专业相关设计方案，以钢轨这一沿线铺设的贯通导体作为主接地载体，同时，以沿线架设的接触网回流线为辅助接地载体，既能构建综合等电位平台，也不会对信号系统产生干扰问题，是简易可行、经济合理的接地系统方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，有效解决交流牵引供电制式的城市轨道交通接地问题，确保设备和人员安全。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，其特征是：以沿线贯通的上行钢轨、下行钢轨作为主接地载体，以沿线架设的上行牵引网回流线、下行牵引网回流线为辅助接地载体，构建综合接地等电位平台，包括牵引供电设施接地系统、盾构隧道区段及车站接地系统、高架桥区段接地系统和路基区段接地系统。
牵引供电设施接地系统设置水平接地体和垂直接地体构成的供电设施复合接地网，供电设施复合接地网与上行钢轨、下行钢轨及上行牵引网回流线、下行牵引网回流线分别单点连接，构成等电位连接体。
车站范围内按强、弱电分别设置强电系统接地母线、弱电系统接地母线，同时车站内设有车站复合接地网，强电系统接地母线、弱电系统接地母线相隔一定安全距离与车站复合接地网单点连接，车站复合接地网与上行钢轨、下行钢轨及上行牵引网回流线、下行牵引网回流线分别单点连接，构成等电位连接体。
盾构隧道区间，于上下行横连通道内设置水平接地体和垂直接地体构成的隧道复合接地网，复合接地网与上行钢轨、下行钢轨及上行牵引网回流线、下行牵引网回流线分别单点连接，构成等电位连接体。
桥梁区段，于高架桥每个桥墩下设置桥下接地网，桥墩上部左右两侧分别设置接地端子，接地端子通过接地引下线与桥下接地网连接，每隔一定距离将上行钢轨、下行钢轨以及上行牵引网回流线、下行牵引网回流线单点连接并与桥墩上部预留的强电接地端子相连接，构成等电位连接体。路基区段，每隔一定距离将上行钢轨、下行钢轨和上行牵引网回流线、下行牵引网回流线单点连接，构成等电位连接体。
环网电缆支架的接地扁钢每隔一定距离断开一次，每段接地扁钢在其中间位置与上行钢轨或下行钢轨单点可靠连接一次；相邻轨道板钢筋连接在一起，每隔一定距离断开一次，每段连续的轨道板钢筋在其中间位置与上行钢轨或下行钢轨单点可靠连接一次；高架桥区段钢柱、路基区段接触网钢柱与上行牵引网回流线、下行牵引网回流线非绝缘安装，形成单点连接，构成等电位连接体。
本发明的有益效果是，牵引供电系统工作地(回流通路)由上下行钢轨以及接触网回流线、大地构成，上下行钢轨导体相隔500～600m实现完全横向连接；该工作地(回流通路)与沿线车站综合地网、区间风井地网、联络横通道地网、牵引变电所地网、隧道及桥梁等接地装置单点可靠连接，在降低系统接地电阻的同时，构建等电位平台，同时避免各系统因与强电工作地相联而成为强电系统回流通路；有效解决交流牵引供电制式的城市轨道交通接地问题，确保设备和人员安全。
附图说明
本说明书包括如下四幅附图：
图1是本发明一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统中牵引供电设施接地系统的示意图；
图2是本发明一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统中盾构隧道区段及车站接地系统示意图。
图3是本发明一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统中高架桥区段接地系统示意图。
图4是本发明一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统中路基区段接地系统示意图。
图中示出构件和对应的标记：
供电设施复合接地网1，上行牵引网回流线2，下行牵引网回流线3，上行钢轨4，下行钢轨5，上行弱电电缆支架6，上行强电电缆支架7，下行强电电缆支架8，下行弱电电缆支架9，上行扼流变压器10，下行扼流变压器11，第一连接电缆12，第二连接电缆13，第三连接电缆14，第四连接电缆15，第五连接电缆16，第六连接电缆17，第七连接电缆18，第八连接电缆19，上行轨道板钢筋体20，下行轨道板钢筋体21，断口22，轨道板钢筋连接端子23，连接线24，轨道板钢筋与钢轨连接端子25；隧道复合接地网26，第九连接电缆30，第十连接电缆31，第十一连接电缆32，第十二连接电缆33，隧道内接触网吊柱34，车站复合接地网40，第十三连接电缆41，第十四连接电缆42，强电系统接地母线43，弱电系统接地母线44；桥下接地网50，第十五连接电缆51，第十六连接电缆52，第十七连接电缆53，第十八连接电缆54，第十九连接电缆55，高架桥区段钢柱56；第二十连接电缆61，第二十一连接电缆62，第二十二连接电缆63，路基区段接触网钢柱64。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1至图4，本发明的一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，以沿线贯通的上行钢轨4、下行钢轨5作为主接地载体，以沿线架设的上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3为辅助接地载体，构建综合接地等电位平台，包括牵引供电设施接地系统、盾构隧道区段及车站接地系统、高架桥区段接地系统和路基区段接地系统。
其主要特点如下：
参照图1，牵引供电设施接地系统设置水平接地体和垂直接地体构成的供电设施复合接地网1，供电设施复合接地网1与上行钢轨4、下行钢轨5及上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3分别单点连接，构成等电位连接体；
参照图2，车站范围内按强、弱电分别设置强电系统接地母线43、弱电系统接地母线44，同时车站内设有车站复合接地网40，强电系统接地母线43和弱电系统接地母线44相隔一定安全距离与车站复合接地网40单点连接，车站复合接地网40与上行钢轨4、下行钢轨5及上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3分别单点连接，构成等电位连接体；
参照图2，盾构隧道区间，于各上下行横连通道(间隔约600)内设置水平接地体和垂直接地体构成的隧道复合接地网26，隧道复合接地网26与上行钢轨4、下行钢轨5及上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3分别单点连接；
参照图3，桥梁区段，于高架桥每个桥墩下设置桥下接地网50，桥墩上部左右两侧分别设置接地端子，接地端子通过接地引下线与桥下接地网50连接，每隔一定距离(500m左右)将上行钢轨4、下行钢轨5以及上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3单点连接并与桥墩上部预留的强电接地端子相连接，构成等电位连接体；
参照图4，路基区段，每隔一定距离(500m左右)将上行钢轨4、下行钢轨5和上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3单点连接，构成等电位连接体；
参照图1，环网电缆支架(上行弱电电缆支架6、上行强电电缆支架7，下行强电电缆支架8和下行弱电电缆支架9)的接地扁钢每隔一定距离(500m左右)断开一次，每段接地扁钢在其中间位置与上行钢轨4或下行钢轨5单点可靠连接一次；
参照图1，相邻上行轨道板钢筋体20或下行轨道板钢筋体21连接在一起，每隔一定距离(500m左右)断开一次，每段连续的轨道板钢筋在其中间位置与上行钢轨4或下行钢轨5单点可靠连接一次；
参照图3和图4，高架桥区段钢柱56、路基区段接触网钢柱64与上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3非绝缘安装，形成单点连接，构成等电位连接体。
参照图1，所述牵引供电设施接地系统中，上行牵引网回流线2与上行钢轨4通过上行扼流变压器10连接，下行牵引网回流线3与下行钢轨5通过下行扼流变压器11连接，上行钢轨4通过上行扼流变压器10和第一连接电缆12、下行钢轨5通过下行扼流变压器11和第三连接电缆14与供电设施复合接地网1连接，上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3、上行钢轨4、下行钢轨5以及大地形成牵引供电系统的工作地和保护地。上行弱电电缆支架6通过第五连接电缆16、上行强电电缆支架7通过第六连接电缆17与上行钢轨4单点连接，下行强电电缆支架8通过第七连接电缆18、下行弱电电缆支架9通过第八连接电缆19与下行钢轨5单点连接，上行轨道板钢筋体20、下行轨道板钢筋体21分别与上行钢轨4、下行钢轨5单点连接，在形成等电位连接体、控制电位的同时，避免通过这些金属体形成牵引回流通路，杜绝牵引供电系统的回流电流流经这些金属体导致的安全风险。
参照图1，对于铁路系统其它金属体，如上行弱电电缆支架6，上行强电电缆支架7，下行强电电缆支架8，下行弱电电缆支架9分别通过连接电缆与钢轨单点连接，同时，这些金属体在沿铁路线路连续架设一定距离、如电缆支架连续架设500米左右后应断开，相隔0.3米左右设置断口22后，再沿线连续架设，如此反复，形成500米左右长度为单元的独立连贯金属体，其连接电缆尽可能设置于500米左右长度的独立连贯金属体中部、距离断点250米左右位置，保证每个独立连贯金属体与钢轨间仅一点连接。
参照图1，再如上行轨道板钢筋体20，下行轨道板钢筋体21通过轨道板钢筋与钢轨连接端子25与钢轨连接，同时，通过轨道板钢筋连接端子23和连接线24构成连续导体，当连续导体长度达到大约500米左右，相邻轨道板钢筋体需断开，如此反复，形成500米左右长度为单元的独立连贯金属体，轨道板钢筋与钢轨连接端子25尽可能设置于500米左右长度的独立连贯金属体中部、距离断点250左右位置，保证该独立连贯金属体育钢轨间仅一点连接。
参照图2，所述盾构隧道区段及车站接地系统中，隧道复合接地网26通过第十一连接电缆32与上行钢轨4连接，上行钢轨4通过上行扼流变压器10及第九连接电缆30与上行回流线2连接；隧道复合接地网26通过第十二连接电缆33与下行钢轨5连接，下行钢轨5通过下行扼流变压器11及第十连接电缆31与下行回流线3连接，构成等电位连接体。
参照图2，车站内强电设备通过强电系统接地母线43实现接地，弱电设备通过弱电系统接地母线44实现接地，强电系统接地母线43和弱电系统接地母线44与车站复合接地网40单点连接。车站复合接地网40通过第十三连接电缆41与上行钢轨4连接，上行钢轨4通过上行扼流变压器10及第九连接电缆30与上行回流线2连接，下行钢轨5通过下行扼流变压器11及第十连接电缆31与下行回流线3连接，上行钢轨4通过第十四连接电缆42与下行钢轨5连接实现完全横向连接。隧道内吊柱34与上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3非绝缘安装，形成单点连接。整个接地体构成等电位连接体。
参照图3，所述高架桥区段接地系统，桥下接地网50通过接地引下线与桥墩上部接地端子相连，接地端子通过第十七连接电缆53与上行钢轨4连接，上行钢轨4通过上行扼流变压器10及第十五连接电缆51与上行回流线2连接。桥下接地网50通过第十八连接电缆54与下行钢轨5连接，下行钢轨5通过下行扼流变压器11及第十六连接电缆52与下行回流线3连接，构成等电位连接体，每隔一定距离，上述上下行接地体通过第十九连接电缆55实现完全横向连接。高架桥区段钢柱56与上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3非绝缘安装，形成单点连接。整个接地体构成等电位连接体。
参照图4，所述路基区段接地系统中，每隔一定距离，上行钢轨4通过上行扼流变压器10及第二十连接电缆61与上行回流线2连接；下行钢轨5通过下行扼流变压器11及第二十一连接电缆62与下行回流线3连接。上述上下行接地体通过第二十二连接电缆63实现完全横向连接；路基区段接触网钢柱64与上行牵引网回流线2、下行牵引网回流线3非绝缘安装，形成单点连接。整个接地体构成等电位连接体。
以上所述只是用图解说明本发明一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

Claims (7)

1.一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，其特征是：以沿线贯通的上行钢轨(4)、下行钢轨(5)作为主接地载体，以沿线架设的上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)为辅助接地载体，构建综合接地等电位平台，包括牵引供电设施接地系统、盾构隧道区段及车站接地系统、高架桥区段接地系统和路基区段接地系统；
牵引供电设施接地系统设置水平接地体和垂直接地体构成的供电设施复合接地网(1)，供电设施复合接地网(1)与上行钢轨(4)、下行钢轨(5)及上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)分别单点连接，构成等电位连接体；
车站范围内按强、弱电分别设置强电系统接地母线(43)、弱电系统接地母线(44)，同时车站内设有车站复合接地网(40)，强电系统接地母线(43)、弱电系统接地母线(44)相隔一定安全距离与车站复合接地网(40)单点连接，车站复合接地网(40)与上行钢轨(4)、下行钢轨(5)及上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)分别单点连接，构成等电位连接体；
盾构隧道区间，于各上下行横连通道内设置水平接地体和垂直接地体构成的隧道复合接地网(26)，复合接地网(26)与上行钢轨(4)、下行钢轨(5)及上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)分别单点连接；
桥梁区段，于高架桥每个桥墩下设置桥下接地网(50)，桥墩上部左右两侧分别设置接地端子，接地端子通过接地引下线与桥下接地网(50)连接，每隔一定距离将上行钢轨(4)、下行钢轨(5)以及上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)单点连接并与桥墩上部预留的强电接地端子相连接，构成等电位连接体；
路基区段，每隔一定距离将上行钢轨(4)、下行钢轨(5)和上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)单点连接，构成等电位连接体；
环网电缆支架的接地扁钢每隔一定距离断开一次，每段接地扁钢在其中间位置与上行钢轨(4)或下行钢轨(5)单点可靠连接一次；相邻轨道板钢筋连接在一起，每隔一定距离断开一次，每段连续的轨道板钢筋在其中间位置与上行钢轨(4)或下行钢轨(5)单点可靠连接一次；高架桥区段钢柱(56)、路基区段接触网钢柱(64)与上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)非绝缘安装，形成单点连接，构成等电位连接体。
2.如权利要求1所述一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，其特征是：所述牵引供电设施接地系统中，上行牵引网回流线(2)与上行钢轨(4)通过上行扼流变压器(10)连接，下行牵引网回流线(3)与下行钢轨(5)通过下行扼流变压器(11)连接，上行钢轨(4)通过上行扼流变压器(10)和第一连接电缆(12)、下行钢轨(5)通过下行扼流变压器(11)和第三连接电缆(14)与供电设施复合接地网(1)连接，上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)、上行钢轨(4)、下行钢轨(5)以及大地形成牵引供电系统的工作地和保护地。
3.如权利要求2所述一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，其特征是：所述牵引供电设施接地系统中，上行弱电电缆支架(6)通过第五连接电缆(16)、上行强电电缆支架(7)通过第六连接电缆(17)与上行钢轨(4)单点连接，下行强电电缆支架(8)通过第七连接电缆(18)、下行弱电电缆支架(9)通过第八连接电缆(19)与下行钢轨(5)单点连接，上行轨道板钢筋体(20)、下行轨道板钢筋体(21)分别与上行钢轨(4)、下行钢轨(5)单点连接，在形成等电位连接体、控制电位的同时，避免通过这些金属体形成牵引回流通路，杜绝牵引供电系统的回流电流流经这些金属体导致的安全风险。
4.如权利要求1所述一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，其特征是：所述盾构隧道区段及车站接地系统中，隧道复合接地网(26)通过第十一连接电缆(32)与上行钢轨(4)连接，上行钢轨(4)通过上行扼流变压器(10)及第九连接电缆(30)与上行回流线(2)连接；隧道复合接地网(26)通过第十二连接电缆(33)与下行钢轨(5)连接，下行钢轨(5)通过下行扼流变压器(11)及第十连接电缆(31)与下行回流线(3)连接，构成等电位连接体。
5.如权利要求1所述一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，其特征是：所述盾构隧道区段及车站接地系统中，车站内强电设备通过强电系统接地母线(43)实现接地，弱电设备通过弱电系统接地母线(44)实现接地，强电系统接地母线(43)和弱电系统接地母线(44)与车站复合接地网(40)单点连接；车站复合接地网(40)通过第十三连接电缆(41)与上行钢轨(4)连接，上行钢轨(4)通过上行扼流变压器(10)及第九连接电缆(30)与上行回流线(2)连接，下行钢轨(5)通过下行扼流变压器(11)及第十连接电缆(31)与下行回流线(3)连接，上行钢轨(4)通过第十四连接电缆(42)与下行钢轨(5)连接实现完全横向连接；隧道内吊柱(34)与上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)非绝缘安装，形成单点连接；整个接地体构成等电位连接体。
6.如权利要求1所述一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，其特征是：所述高架桥区段接地系统，桥下接地网(50)通过接地引下线与桥墩上部接地端子相连，接地端子通过第十七连接电缆(53)与上行钢轨(4)连接，上行钢轨(4)通过上行扼流变压器(10)及第十五连接电缆(51)与上行回流线(2)连接；桥下接地网(50)通过第十八连接电缆(54)与下行钢轨(5)连接，下行钢轨(5)通过下行扼流变压器(11)及第十六连接电缆(52)与下行回流线(3)连接，构成等电位连接体，每隔一定距离，上述上下行接地体通过第十九连接电缆(55)实现完全横向连接；高架桥区段钢柱(56)与上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)非绝缘安装，形成单点连接；整个接地体构成等电位连接体。
7.如权利要求1所述一种应用于交流牵引供电制式的城市轨道交通综合接地系统，其特征是：所述路基区段接地系统中，每隔一定距离，上行钢轨(4)通过上行扼流变压器(10)及第二十连接电缆(61)与上行回流线(2)连接；下行钢轨(5)通过下行扼流变压器(11)及第二十一连接电缆(52)与下行回流线(3)连接；上述上下行接地体通过第二十二连接电缆(63)实现完全横向连接；路基区段接触网钢柱(64)与上行牵引网回流线(2)、下行牵引网回流线(3)非绝缘安装，形成单点连接；整个接地体构成等电位连接体。
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