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【摘 要】本文详细论述了高速与普速铁路10kV电力贯通线路各自的构成方式、负荷特点，以及由此引发的系统中性点接地方式的差异。近而对目前高速铁路10kV电力贯通线路两种不同接地方式对供电系统的安全性、可靠性、经济性等进行了综合分析，得出了高铁贯通线路建设的较优方案。通过比对中性点接方式的不同带来的运行方式的变化，为高铁贯通线路的技术管理积累经验。
【关键字】10kV贯通线路；中性点接地方式；消弧线圈
铁路10kV电力系统由外部电源、变配电所、沿铁路线架设的电力贯通线路组成，主要为铁路沿线行车信号及各种自动化装备等负荷提供电源，保证铁路行车的安全正点。为了保证供电的可靠性，变配电所一般引入两路外部电源，采用单母线母联分段运行方式，经1：1调压器向贯通线路供电，贯通线路一般具有两端变配电所互供的条件。
随着列车运行速度的提高，列车开行对行车自动控制设备的依赖程度越来越高，因此，为行车信号及自动控制设备供电的铁路电力系统已成为保障运输的关键设备，建设标准逐步提高，在目前的高速铁路工程建设中，贯通线路已由普速的以架空线路为主提高为以电缆为主或全电缆方式，路径采用专用电缆沟敷设，大大减少了受外界影响，提高了供电的可靠性。由于大量电缆的使用，系统容性电流显著增大，中性点接地方式也随之相应改变，与既有的普速铁路存在较大的差异。
1.高速铁路与普速铁路10kV电力贯通线路的不同
普速铁路沿铁路线架设的10kV电力线路称为自闭线路和贯通线路，根据铁路线路对供电的需求设单回路或双回路。自闭、贯通10kV电力线路通过沿铁路线相邻40～60km的变配电所形成互供，一般以架空线路为主，个别区段受地形限制改为电缆线路。自闭线路多采用LGJ—50mm2架空线路，主供铁路信号、通信、5T系统等一级负荷用电；贯通系统多采用LGJ—70mm2架空线路，备供铁路信号、通信、5T系统等一级负荷用电，同时向区间及各站生产生活等设施供电。由于线路多以架空线路为主，线路电容电流较小，发生单相接地时接地电流一般不会超过30A，接地点电弧可自行熄灭，因此系统中性点接地方式通常采用不接地方式。
2.高铁10kV贯通线路中性点接地方式简介
由于全电缆线路单相接地故障电容电流大于30A，必须对电容电流进行抑制，防止接地点电弧的产生，或直接保护跳闸，切除接地故障线路。因此就有两种方法：一种是中性点经消弧线圈接地，由消弧线圈产生的电感电流补偿接地电容电流，从而降低接地电流；另一种是中性点经低电阻或直接接地，单相接地时保护跳闸切除故障线路。
3.高铁10kV电力贯通线路两种中性点接地方式的分析
中性点经消弧线圈接地属于非有效性接地，发生单相接地故障后仍可继续短时运行，保证了供电的可靠性；同时在单相接地故障时，自动跟踪消弧线圈对系统电容电流的补偿能够始终把接地残流控制在熄弧临界值以下，再加上消弧装置可减缓弧道恢复电压的上升速度，可以促使电弧可靠熄灭，重燃次数大为减少，从而有效的降低了弧光接地过电压发生的概率。但由于高铁一般为全电缆线路，发生单相接地后多为永久性故障，带故障运行，易引起故障扩大；消弧线圈补偿容量按过补偿选择，需保证在任何运行方式下不发生谐振，因此随着线路参数的变化，中性点经消弧线圈接地方式存在一定的谐振风险；当系统发生接地故障时，消弧线圈必须处于过补偿状态，由于接地点故障残流很小，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流保护、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。
中性点经小电阻或直接接地，属有效性接地方式，发生单相接地后，形成单相短路，启动保护装置，断路器跳闸切除故障线路，表面上降低了供电的可靠性，但接地后非故障相电压不会升高，同时接地电弧过零熄弧后，系统对地电容中的残荷将通过中性点电阻泄放掉，有效的抑制各种原因引起的系统谐振过电压（选择适当的中性点电阻值，可将过电压倍数限制在1.9倍以下），降低了系统的绝缘水平要求；由于全电缆线路，单相接地故障多为永久故障，极易造成故障扩大，及时切除故障线路，提高了系统的安全性；中性点经低电阻接地，零序过流保护有较好的灵敏性，通过远动终端（RTU）和电力调度中心的紧密结合，可以在单相接地事故发生后迅速判断和切除故障区段电缆。
通过以上分析，中性点经消弧线圈接地最大的优点是可以带故障运行，但是在客专供电系统中，由于采用电缆线路，反而会引起事故扩大，带来更大的危害；而中性点经小电阻或直接接地可以最有效的抑制系统内部过电压，采用原标准的电气设施绝缘裕度增加，设备使用寿命延长，提高系统供电可靠性。因此，针对于高铁10kV全电缆贯通线路，中性点经小电阻或直接接地方式的供电可靠性要远高于中性点不直接接地系统。在高铁建设中普遍采用经小电阻或直接接地的中性点接地方式，逐渐减少中性点经消弧线圈接地的方式。如京津客专中性点采用直接接地方式，京沪高铁、高广高铁采用经小电阻接地方式。图2为贯通母线段中性点经小电阻接地方式示意图。
4.中性点接地方式的不同带来运行管理的变化
由于贯通线路中性点接地方式的不同，造成运行管理的变化，主要体现在以下几个方面：
4.1供电方式及保护定值、功能投退的变化
由于贯通调压母段中性点接地方式，以及贯通线路电容电流的不同，使得贯通馈出线路的供电方式、保护定值及功能投退产生相应的变化。
普速铁路贯通线路设电流速断、定时限过电流、低电压保护，设重合闸、备自投和检同期并相功能。正常运行时两相邻配电所间的贯通线路运行方式为主供配电所主送电，备供配电所投入备自投，备自投时限为0s、失压定值为45V，当主供所贯通断路器故障跳闸后，备供所通过检测本所贯通馈出柜线路侧电压失压及本母段电压正常，自动一次投入备供断路器向线路供电，以躲过瞬时故障对供电的影响。非正常运行时，由主、备供电配电所主送电，投入自动重合功能，重合闸时限为1s，线路断路器故障跳闸后，由本所一次重合闸，以躲过瞬时故障对供电的影响。如两相邻配电所具备并相条件（母线电压相等、频率相等、电压相位相同、并网时的电流不超过保护定值）时，为减少倒闸对运输生产的影响，保证不间断供电，主、备配电所可短时并列运行，待倒闸完成后再解列。当相邻两配电所的四路电源同时停电时，可由电源正常配电所跨过其中一个停电配电所向两个停电配电所间的贯通线路供电，跨所供电时只需要考虑电源正常配电所的调压器容量满足要求。 高铁贯通线路设电流速断、定时限过电流、低电压、零序保护，设重合闸、备自投功能，重合闸、备自投时限为2s。由于电缆线路电容电流的存在不允许并相操作，与普速相比取消了检同期并相功能；虽设置了重合闸、备自投功能，但在运行中，为防止电容电压叠加，自动功能不投入；较普速增加了零序电流保护，当中性点直接接地或小电阻接地时，用于保护动作，提高贯通线路保护的灵敏性和保护范围，当中性点经消弧线圈接地时，用于零序过流报警。贯通线路正常运行时，主供配电所送电，主、备配电所均不投入重合闸和备自投功能，主供配电所断路器故障跳闸后，由调度远程判断并隔离故障区段后再远程闭合主、备供所断路器，此种运行方式是由用户装设UPS不间断电源决定的，贯通线路倒闸或短时停电不会对用户造成影响，同时也避免了长电缆电容电压叠加的发生。当需要跨所供电时除需要考虑电源正常配电所的调压器容量，还需要考虑电抗补偿的投入度问题，确保不发生谐振。
4.2调压器故障时的处理方式不同
调压器的作用一是将贯通母线段与电源母线段隔离，使两个母线互不影响，如单相接地故障的影响；二是通过调节电压提高贯通线路的电压质量，满足铁路40～60km供电臂的输电要求。
普速铁路可以在电源母线段和贯通母线段的调压器间装设联络开关，当调压器故障时，将调压器退出运行，闭合联络开关，将电源母线与贯通母线直接相连，实现紧急供电。
高铁由于电源母线段采用的是中性点不接地系统，贯通母线段采用的是中性点经小电阻或直接接地、中性点经消弧线圈接地方式，不能将两种不同接地方式系统直接相连，因此不能安装联络开关，调压器故障时停止本所向贯通线路供电，由相邻所供电。
4.3中性点接地设备的运行管理不同
普速铁路由于供电系统采用的是中性点不接地系统，不存在对中性点接地设备的运行管理。高铁由于中性点需经不同设备接地，增加了对接地设备的运行管理。
高铁中性点直接接地和小电阻接地的调压器二次中性点接地刀闸在运行中禁止断开，同时应做好中性点接地开关和电阻等设备的维护。
高铁中性点经消弧线圈接地系统，电缆贯通线路补偿量不应大于70%，以防止出现系统谐振。当系统单相接地时，中性点位移电压大于15%时，禁止拉合消弧线圈与接地点间的隔离开关。同时要做好消弧线圈等设备的维护。
5.结束语
高速铁路正在如火如荼的建设当中，仅北京铁路局，已开通的高铁有京津城际、京沪高铁、京广高铁、石太客专，在建高铁有津秦客专、石济客专、津保客专等，为了保证行车等重要负荷的可靠供电，10kV电力贯通线路的建设标准逐渐提高并完善，由于建设标准的变化是必给运行管理提出了新的要求，铁路电力运行管理人员要不断学习、总结、提高，掌握新设备特点，制定完善可靠的运行维护制度，确保安全可靠供电。
【关键字】10kV贯通线路；中性点接地方式；消弧线圈
铁路10kV电力系统由外部电源、变配电所、沿铁路线架设的电力贯通线路组成，主要为铁路沿线行车信号及各种自动化装备等负荷提供电源，保证铁路行车的安全正点。为了保证供电的可靠性，变配电所一般引入两路外部电源，采用单母线母联分段运行方式，经1：1调压器向贯通线路供电，贯通线路一般具有两端变配电所互供的条件。
随着列车运行速度的提高，列车开行对行车自动控制设备的依赖程度越来越高，因此，为行车信号及自动控制设备供电的铁路电力系统已成为保障运输的关键设备，建设标准逐步提高，在目前的高速铁路工程建设中，贯通线路已由普速的以架空线路为主提高为以电缆为主或全电缆方式，路径采用专用电缆沟敷设，大大减少了受外界影响，提高了供电的可靠性。由于大量电缆的使用，系统容性电流显著增大，中性点接地方式也随之相应改变，与既有的普速铁路存在较大的差异。
1.高速铁路与普速铁路10kV电力贯通线路的不同
普速铁路沿铁路线架设的10kV电力线路称为自闭线路和贯通线路，根据铁路线路对供电的需求设单回路或双回路。自闭、贯通10kV电力线路通过沿铁路线相邻40～60km的变配电所形成互供，一般以架空线路为主，个别区段受地形限制改为电缆线路。自闭线路多采用LGJ—50mm2架空线路，主供铁路信号、通信、5T系统等一级负荷用电；贯通系统多采用LGJ—70mm2架空线路，备供铁路信号、通信、5T系统等一级负荷用电，同时向区间及各站生产生活等设施供电。由于线路多以架空线路为主，线路电容电流较小，发生单相接地时接地电流一般不会超过30A，接地点电弧可自行熄灭，因此系统中性点接地方式通常采用不接地方式。
2.高铁10kV贯通线路中性点接地方式简介
由于全电缆线路单相接地故障电容电流大于30A，必须对电容电流进行抑制，防止接地点电弧的产生，或直接保护跳闸，切除接地故障线路。因此就有两种方法：一种是中性点经消弧线圈接地，由消弧线圈产生的电感电流补偿接地电容电流，从而降低接地电流；另一种是中性点经低电阻或直接接地，单相接地时保护跳闸切除故障线路。
3.高铁10kV电力贯通线路两种中性点接地方式的分析
中性点经消弧线圈接地属于非有效性接地，发生单相接地故障后仍可继续短时运行，保证了供电的可靠性；同时在单相接地故障时，自动跟踪消弧线圈对系统电容电流的补偿能够始终把接地残流控制在熄弧临界值以下，再加上消弧装置可减缓弧道恢复电压的上升速度，可以促使电弧可靠熄灭，重燃次数大为减少，从而有效的降低了弧光接地过电压发生的概率。但由于高铁一般为全电缆线路，发生单相接地后多为永久性故障，带故障运行，易引起故障扩大；消弧线圈补偿容量按过补偿选择，需保证在任何运行方式下不发生谐振，因此随着线路参数的变化，中性点经消弧线圈接地方式存在一定的谐振风险；当系统发生接地故障时，消弧线圈必须处于过补偿状态，由于接地点故障残流很小，接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同，故零序过流保护、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。
中性点经小电阻或直接接地，属有效性接地方式，发生单相接地后，形成单相短路，启动保护装置，断路器跳闸切除故障线路，表面上降低了供电的可靠性，但接地后非故障相电压不会升高，同时接地电弧过零熄弧后，系统对地电容中的残荷将通过中性点电阻泄放掉，有效的抑制各种原因引起的系统谐振过电压（选择适当的中性点电阻值，可将过电压倍数限制在1.9倍以下），降低了系统的绝缘水平要求；由于全电缆线路，单相接地故障多为永久故障，极易造成故障扩大，及时切除故障线路，提高了系统的安全性；中性点经低电阻接地，零序过流保护有较好的灵敏性，通过远动终端（RTU）和电力调度中心的紧密结合，可以在单相接地事故发生后迅速判断和切除故障区段电缆。
通过以上分析，中性点经消弧线圈接地最大的优点是可以带故障运行，但是在客专供电系统中，由于采用电缆线路，反而会引起事故扩大，带来更大的危害；而中性点经小电阻或直接接地可以最有效的抑制系统内部过电压，采用原标准的电气设施绝缘裕度增加，设备使用寿命延长，提高系统供电可靠性。因此，针对于高铁10kV全电缆贯通线路，中性点经小电阻或直接接地方式的供电可靠性要远高于中性点不直接接地系统。在高铁建设中普遍采用经小电阻或直接接地的中性点接地方式，逐渐减少中性点经消弧线圈接地的方式。如京津客专中性点采用直接接地方式，京沪高铁、高广高铁采用经小电阻接地方式。图2为贯通母线段中性点经小电阻接地方式示意图。
4.中性点接地方式的不同带来运行管理的变化
由于贯通线路中性点接地方式的不同，造成运行管理的变化，主要体现在以下几个方面：
4.1供电方式及保护定值、功能投退的变化
由于贯通调压母段中性点接地方式，以及贯通线路电容电流的不同，使得贯通馈出线路的供电方式、保护定值及功能投退产生相应的变化。
普速铁路贯通线路设电流速断、定时限过电流、低电压保护，设重合闸、备自投和检同期并相功能。正常运行时两相邻配电所间的贯通线路运行方式为主供配电所主送电，备供配电所投入备自投，备自投时限为0s、失压定值为45V，当主供所贯通断路器故障跳闸后，备供所通过检测本所贯通馈出柜线路侧电压失压及本母段电压正常，自动一次投入备供断路器向线路供电，以躲过瞬时故障对供电的影响。非正常运行时，由主、备供电配电所主送电，投入自动重合功能，重合闸时限为1s，线路断路器故障跳闸后，由本所一次重合闸，以躲过瞬时故障对供电的影响。如两相邻配电所具备并相条件（母线电压相等、频率相等、电压相位相同、并网时的电流不超过保护定值）时，为减少倒闸对运输生产的影响，保证不间断供电，主、备配电所可短时并列运行，待倒闸完成后再解列。当相邻两配电所的四路电源同时停电时，可由电源正常配电所跨过其中一个停电配电所向两个停电配电所间的贯通线路供电，跨所供电时只需要考虑电源正常配电所的调压器容量满足要求。 高铁贯通线路设电流速断、定时限过电流、低电压、零序保护，设重合闸、备自投功能，重合闸、备自投时限为2s。由于电缆线路电容电流的存在不允许并相操作，与普速相比取消了检同期并相功能；虽设置了重合闸、备自投功能，但在运行中，为防止电容电压叠加，自动功能不投入；较普速增加了零序电流保护，当中性点直接接地或小电阻接地时，用于保护动作，提高贯通线路保护的灵敏性和保护范围，当中性点经消弧线圈接地时，用于零序过流报警。贯通线路正常运行时，主供配电所送电，主、备配电所均不投入重合闸和备自投功能，主供配电所断路器故障跳闸后，由调度远程判断并隔离故障区段后再远程闭合主、备供所断路器，此种运行方式是由用户装设UPS不间断电源决定的，贯通线路倒闸或短时停电不会对用户造成影响，同时也避免了长电缆电容电压叠加的发生。当需要跨所供电时除需要考虑电源正常配电所的调压器容量，还需要考虑电抗补偿的投入度问题，确保不发生谐振。
4.2调压器故障时的处理方式不同
调压器的作用一是将贯通母线段与电源母线段隔离，使两个母线互不影响，如单相接地故障的影响；二是通过调节电压提高贯通线路的电压质量，满足铁路40～60km供电臂的输电要求。
普速铁路可以在电源母线段和贯通母线段的调压器间装设联络开关，当调压器故障时，将调压器退出运行，闭合联络开关，将电源母线与贯通母线直接相连，实现紧急供电。
高铁由于电源母线段采用的是中性点不接地系统，贯通母线段采用的是中性点经小电阻或直接接地、中性点经消弧线圈接地方式，不能将两种不同接地方式系统直接相连，因此不能安装联络开关，调压器故障时停止本所向贯通线路供电，由相邻所供电。
4.3中性点接地设备的运行管理不同
普速铁路由于供电系统采用的是中性点不接地系统，不存在对中性点接地设备的运行管理。高铁由于中性点需经不同设备接地，增加了对接地设备的运行管理。
高铁中性点直接接地和小电阻接地的调压器二次中性点接地刀闸在运行中禁止断开，同时应做好中性点接地开关和电阻等设备的维护。
高铁中性点经消弧线圈接地系统，电缆贯通线路补偿量不应大于70%，以防止出现系统谐振。当系统单相接地时，中性点位移电压大于15%时，禁止拉合消弧线圈与接地点间的隔离开关。同时要做好消弧线圈等设备的维护。
5.结束语
高速铁路正在如火如荼的建设当中，仅北京铁路局，已开通的高铁有京津城际、京沪高铁、京广高铁、石太客专，在建高铁有津秦客专、石济客专、津保客专等，为了保证行车等重要负荷的可靠供电，10kV电力贯通线路的建设标准逐渐提高并完善，由于建设标准的变化是必给运行管理提出了新的要求，铁路电力运行管理人员要不断学习、总结、提高，掌握新设备特点，制定完善可靠的运行维护制度，确保安全可靠供电。