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摘要：牵引供电系统为高速铁路提供牵引用电，是高速动车组的动力源泉，一旦牵引供电系统发生故障，将使高铁线路失去运营能力，造成重大经济损失和社会不良影响。而牵引变电所地网安全又是牵引供电系统安全供电的基础，其重要性非同一般。但目前铁路行业对牵引变电所地网的安全性重视不够，一些关键的技术观念比较模糊，验证手段落后，且行业内缺乏统一的认识。
关键词：牵引变电所;地网;安全性评估;
应搭建适应我国高速铁路的牵引变电所地网安全性指标体系，安全性指标应由接地阻抗、最大地电位升高及网内电位差、接触电压、跨步电压等参数共同组成，不宜为满足某单项指标而付出过高的经济代价。
一、标准现状及差异性分析
1.铁路行业标准现状。在铁路行业标准《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009）、《铁路综合接地测量方法》（TB3233）、《铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》（TB10421）、《高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》（TB 10758）等规范中，对牵引变电所地网相关内容进行了规定。
2.电力行业及国家标准现状。电力行业及国家标准中，主要有《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065）、《交流电气装置接地》（DL/T621）、《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则》（GB/T17949.1）、《接地装置特性参数测量导则》（DL/T 475）、《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》（GB50150）、《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》（GB 50169）等标准。
二、差异性分析
1.接地电阻限值。在接地电阻标准方面，TB10009规定“接地装置的接地电阻应符合下式要求：Rj≤2000/I。当i≥4000A时，可采用R，≤0.5。在高土壤电阻率地区，当技术上、经济上极不合理时，允许将接地电阻值提高，但不应超过5Ω”。GB50065规定“接地网的接地电阻宜符合R≤2000/I公式的要求，当接地网的接地电阻不符合本规范式的要求时，可通过技术经济比较适当增大接地电阻。在符合该规范第4.3.3条的规定时，接地网地电位升高可提高至5kV。必要时，经专门计算，且采用的措施可确保人身和设备安全可靠时，接地网地电位升高还可进一步提高”。
2.地网安全性测试。TB3233规定了土壤电阻率、独立接地体接地电阻、铁路综合接地系统接地阻抗、电气完整性、跨步电压和接触电压、轨道电位和设备电位等参数的测量方法。GB/T 17949.1规定了土壤电阻率、接地阻抗、地面电位、跨步电压和接触电压、冲击接地阻抗的测量方法及测量仪器的原理简介。DL/T 475规定了电气完整性、接地阻抗、场区地表电位梯度、跨步电压和接触电压、转移电位及土壤电阻率的测试方法。
3.验收及试验。铁路行业验收标准有TB10421和TB10758，在接地装置验收上，均规定“接地装置的接地电阻值应符合设计规定，接地体埋深应符合设计要求”。GB 50169规定“接地电阻值及设计要求的其他测试参数符合设计规定”。GB50150中规定“电气设备和防雷设施的接地装置的试验项目应包括下列内容：接地网电气完整性测试;接地阻抗”，并要求“接地阻抗值应符合设计要求，试验方法可参照DL475的规定”。
4.差異性分析对比。铁路行业标准与电力行业及国家标准在设计、测试、验收及试验等多方面规范差异对比参见表1。
三、高速铁路牵引变电所接地网的选材、材料特性和施工
1.选材。以某新建客运专线四电系统集成工程为例，沿线新建220 kV牵引变电所中水平接地体采用了截面150 mm2的铜绞线，垂直接地体采用了Φ17.2 mm、长2.4 m的铜棒和3 m长的ALG离子接地极，室外架构和室外地上设备接地线采用50×4的镀锌扁钢。接地网埋设完成后，实测接地电阻值时，根据现场地质情况，要求电阻值不大于0.5欧姆。
2.材料特性和施工。施工方便、质量可靠。铜接地网水平接地体在施工时，因铜绞线柔韧性很强、可弯曲半径较小，非常方便施工时弯曲、穿管和展放等操作。铜绞线的机械强度高、柔韧性好，能够成卷来运输，方便材料进场和转运。采用放热焊接简化了施工程序，便于施工人员操作，节省了人力资源。而且放热焊接后能够使两个连接部位互相熔接在一起，使其电阻接近于零，增强了连接点的机械强度，保证了连接质量。2.放热焊接实现高电气性能。放热焊接即热熔焊接技术，其原理就是通过铝与氧化铜的化学反应（放热反应）产生液态高温铜和氧化铝的残渣，并利用放热反应所产生的高温来实现高性能电气熔接的现代焊接工艺。放热焊接适用于铜、铜和铁及铁合金等同种或异种材料间的电气连接，它无需任何外加的能源或动力。因所用的熔接金属的熔点和铜相同，所以热熔焊接不会被起伏的高电流影响。经过测试，当受到高的短路电流时，热熔焊接点的融化远远滞后于一般电气导体，连接中不存在机械压力的问题，所以在熔接完成后，该位置就和导体成为不可分割的一个整体，熔接位置不会松脱，因热熔焊接处的导体电阻值趋近于零，所以它的导电能力基本上等于所连接的导体。
四、存在问题及解决方案
1.考核指标过于单一，不成体系。铁路行业目前的设计规范和验收规范均以接地电阻为考核指标，虽然TB3233提出独立接地体接地电阻、铁路综合接地系统接地阻抗、铁路综合接地系统电气完整性、场区地表电位梯度、跨步电压和接触电压、轨道电位和设备电位测量方法的测量方法，但由于不是强制性标准，在工程现场施工、运营单位还是仅仅以接地电阻作为唯一考核指标。电力行业已提出变电站地网安全性指标体系概念，既安全性指标应涵盖土壤电阻率、接地阻抗、地面电位、跨步电压和接触电压、冲击接地阻抗等多项参数，不宜为满足某单项指标而付出过高的经济代价。这是值得铁路行业借鉴和学习的。宜构建高速铁路牵引变电所接地设计安全性指标体系概念，做到经济和安全的兼顾。
2.测试方法和手段落后。地网安全性评估在设计阶段可用计算机仿真技术得到比较准确的评估结论，但也有其不足之处，如牵引变电所的位置发生变动，各种基础参数改变，导致评估结果不准确。另外，仿真技术只能将土壤电阻率进行等效，不能完全反映现场的真实情况。因此，对地网安全性检验的最佳方法是开通前的测试验证。但需要指出的是，目前铁路施工和运营单位多以摇表法进行测试，该方案存在电流过小、容易被地中电流干扰导致测试不精确等不足。在工程现场中，也经常发生换一次接地极位置，结果偏差达数倍的情况。电力系统推荐采用工频大电流法和异频小电流法两种测试手段，但工频大电流也有测试设备笨重，测试接线复杂，电流大、电压高，安全性能差等缺点。特别是铁路牵引变电所多处于荒郊野外，取电困难，采用工频大电流法还需自备发电机组，过于麻烦。异频小电流法，采用的是异频的测量原理，可有效避免工频和噪音信号的干扰影响，实现精确、经济、且具有便于携带的优点。TB3233也推荐采用异频小电流法进行铁路地网特性参数的测量。
3.完善相关标准。目前铁路行业虽已有TB3233作为铁路接地测试的专项标准，且其主要内容已与国标、电力行业标准基本一致，但由于不是强制性标准，未能在工程上得到推广应用。建议完善铁路设计标准和验收标准，将高速铁路牵引变电所接地设计安全性指标体系纳入规范，强制性执行。
总之。铁路行业应搭建适应我国高速铁路的牵引变电所地网安全性指标体系，不宜为满足某单项指标而付出过高的经济代价。铁路牵引供电系统牵引变电所地网安全性设计和验收应以接地阻抗、接触电压、跨步电压是否超标以及电气完整性测量结果是否超标为评价指标，同时应完善相关行业规范，提高牵引变电所地网安全性，进而进一步提升高速铁路运营安全性。
参考文献：
[1]张艳萍，高速铁路牵引变电所地网安全性评估研究.2017.
[2]王大军，浅谈高速铁路牵引变电所地网安全性评估探讨.2017.
关键词：牵引变电所;地网;安全性评估;
应搭建适应我国高速铁路的牵引变电所地网安全性指标体系，安全性指标应由接地阻抗、最大地电位升高及网内电位差、接触电压、跨步电压等参数共同组成，不宜为满足某单项指标而付出过高的经济代价。
一、标准现状及差异性分析
1.铁路行业标准现状。在铁路行业标准《铁路电力牵引供电设计规范》（TB10009）、《铁路综合接地测量方法》（TB3233）、《铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》（TB10421）、《高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》（TB 10758）等规范中，对牵引变电所地网相关内容进行了规定。
2.电力行业及国家标准现状。电力行业及国家标准中，主要有《交流电气装置的接地设计规范》（GB50065）、《交流电气装置接地》（DL/T621）、《接地系统的土壤电阻率、接地阻抗和地面电位测量导则》（GB/T17949.1）、《接地装置特性参数测量导则》（DL/T 475）、《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》（GB50150）、《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》（GB 50169）等标准。
二、差异性分析
1.接地电阻限值。在接地电阻标准方面，TB10009规定“接地装置的接地电阻应符合下式要求：Rj≤2000/I。当i≥4000A时，可采用R，≤0.5。在高土壤电阻率地区，当技术上、经济上极不合理时，允许将接地电阻值提高，但不应超过5Ω”。GB50065规定“接地网的接地电阻宜符合R≤2000/I公式的要求，当接地网的接地电阻不符合本规范式的要求时，可通过技术经济比较适当增大接地电阻。在符合该规范第4.3.3条的规定时，接地网地电位升高可提高至5kV。必要时，经专门计算，且采用的措施可确保人身和设备安全可靠时，接地网地电位升高还可进一步提高”。
2.地网安全性测试。TB3233规定了土壤电阻率、独立接地体接地电阻、铁路综合接地系统接地阻抗、电气完整性、跨步电压和接触电压、轨道电位和设备电位等参数的测量方法。GB/T 17949.1规定了土壤电阻率、接地阻抗、地面电位、跨步电压和接触电压、冲击接地阻抗的测量方法及测量仪器的原理简介。DL/T 475规定了电气完整性、接地阻抗、场区地表电位梯度、跨步电压和接触电压、转移电位及土壤电阻率的测试方法。
3.验收及试验。铁路行业验收标准有TB10421和TB10758，在接地装置验收上，均规定“接地装置的接地电阻值应符合设计规定，接地体埋深应符合设计要求”。GB 50169规定“接地电阻值及设计要求的其他测试参数符合设计规定”。GB50150中规定“电气设备和防雷设施的接地装置的试验项目应包括下列内容：接地网电气完整性测试;接地阻抗”，并要求“接地阻抗值应符合设计要求，试验方法可参照DL475的规定”。
4.差異性分析对比。铁路行业标准与电力行业及国家标准在设计、测试、验收及试验等多方面规范差异对比参见表1。
三、高速铁路牵引变电所接地网的选材、材料特性和施工
1.选材。以某新建客运专线四电系统集成工程为例，沿线新建220 kV牵引变电所中水平接地体采用了截面150 mm2的铜绞线，垂直接地体采用了Φ17.2 mm、长2.4 m的铜棒和3 m长的ALG离子接地极，室外架构和室外地上设备接地线采用50×4的镀锌扁钢。接地网埋设完成后，实测接地电阻值时，根据现场地质情况，要求电阻值不大于0.5欧姆。
2.材料特性和施工。施工方便、质量可靠。铜接地网水平接地体在施工时，因铜绞线柔韧性很强、可弯曲半径较小，非常方便施工时弯曲、穿管和展放等操作。铜绞线的机械强度高、柔韧性好，能够成卷来运输，方便材料进场和转运。采用放热焊接简化了施工程序，便于施工人员操作，节省了人力资源。而且放热焊接后能够使两个连接部位互相熔接在一起，使其电阻接近于零，增强了连接点的机械强度，保证了连接质量。2.放热焊接实现高电气性能。放热焊接即热熔焊接技术，其原理就是通过铝与氧化铜的化学反应（放热反应）产生液态高温铜和氧化铝的残渣，并利用放热反应所产生的高温来实现高性能电气熔接的现代焊接工艺。放热焊接适用于铜、铜和铁及铁合金等同种或异种材料间的电气连接，它无需任何外加的能源或动力。因所用的熔接金属的熔点和铜相同，所以热熔焊接不会被起伏的高电流影响。经过测试，当受到高的短路电流时，热熔焊接点的融化远远滞后于一般电气导体，连接中不存在机械压力的问题，所以在熔接完成后，该位置就和导体成为不可分割的一个整体，熔接位置不会松脱，因热熔焊接处的导体电阻值趋近于零，所以它的导电能力基本上等于所连接的导体。
四、存在问题及解决方案
1.考核指标过于单一，不成体系。铁路行业目前的设计规范和验收规范均以接地电阻为考核指标，虽然TB3233提出独立接地体接地电阻、铁路综合接地系统接地阻抗、铁路综合接地系统电气完整性、场区地表电位梯度、跨步电压和接触电压、轨道电位和设备电位测量方法的测量方法，但由于不是强制性标准，在工程现场施工、运营单位还是仅仅以接地电阻作为唯一考核指标。电力行业已提出变电站地网安全性指标体系概念，既安全性指标应涵盖土壤电阻率、接地阻抗、地面电位、跨步电压和接触电压、冲击接地阻抗等多项参数，不宜为满足某单项指标而付出过高的经济代价。这是值得铁路行业借鉴和学习的。宜构建高速铁路牵引变电所接地设计安全性指标体系概念，做到经济和安全的兼顾。
2.测试方法和手段落后。地网安全性评估在设计阶段可用计算机仿真技术得到比较准确的评估结论，但也有其不足之处，如牵引变电所的位置发生变动，各种基础参数改变，导致评估结果不准确。另外，仿真技术只能将土壤电阻率进行等效，不能完全反映现场的真实情况。因此，对地网安全性检验的最佳方法是开通前的测试验证。但需要指出的是，目前铁路施工和运营单位多以摇表法进行测试，该方案存在电流过小、容易被地中电流干扰导致测试不精确等不足。在工程现场中，也经常发生换一次接地极位置，结果偏差达数倍的情况。电力系统推荐采用工频大电流法和异频小电流法两种测试手段，但工频大电流也有测试设备笨重，测试接线复杂，电流大、电压高，安全性能差等缺点。特别是铁路牵引变电所多处于荒郊野外，取电困难，采用工频大电流法还需自备发电机组，过于麻烦。异频小电流法，采用的是异频的测量原理，可有效避免工频和噪音信号的干扰影响，实现精确、经济、且具有便于携带的优点。TB3233也推荐采用异频小电流法进行铁路地网特性参数的测量。
3.完善相关标准。目前铁路行业虽已有TB3233作为铁路接地测试的专项标准，且其主要内容已与国标、电力行业标准基本一致，但由于不是强制性标准，未能在工程上得到推广应用。建议完善铁路设计标准和验收标准，将高速铁路牵引变电所接地设计安全性指标体系纳入规范，强制性执行。
总之。铁路行业应搭建适应我国高速铁路的牵引变电所地网安全性指标体系，不宜为满足某单项指标而付出过高的经济代价。铁路牵引供电系统牵引变电所地网安全性设计和验收应以接地阻抗、接触电压、跨步电压是否超标以及电气完整性测量结果是否超标为评价指标，同时应完善相关行业规范，提高牵引变电所地网安全性，进而进一步提升高速铁路运营安全性。
参考文献：
[1]张艳萍，高速铁路牵引变电所地网安全性评估研究.2017.
[2]王大军，浅谈高速铁路牵引变电所地网安全性评估探讨.2017.