Tradisionele spoedspoorwegkragstelsel se neutrale aardingmetodes

Spoorwegkragsisteme bestaan hoofsaaklik uit outomatiese bloksignaallyne, deurgewerste voorsieningslynne, spoorwegtransformasies en verdelerstasies, en inkomende kragvoorsieningslyne. Hulle verskaf elektrisiteit aan kritieke spoorwegoperasies—insluitend sein, kommunikasie, rolstoelsisteme, stasiepassasiershanteering, en instandhoudingfasiliteite. As 'n integrale deel van die nasionale kragrooster vertoon spoorwegkragsisteme kenmerkende eienskappe van beide elektriese kragingenieurswese en spoorweginfrastruktuur.

Die versterking van navorsing na neutraal-aardingmetodes vir konvensionele-spoedspoorwegkragsisteme—andersins oorweeging van hierdie metodes tydens ontwerp, konstruksie, en operasie—is hoogst belangrik vir die verbetering van die veiligheid en betroubaarheid van spoorwegkragvoorsiening.

1. Oorsig van Neutraal-Aardingmetodes in Spoorwegkragsisteme

Die neutraal-aardingmetode in spoorwegkragsisteme verwys tipies na die aardkonfigurasie van transformasies—'n vorm van funksionele (werklike) aarding wat sterk verbind is aan spanningsvlak, eenfase grondfoutstroome, oorspanningvlakke, en relaibeskermingsskemas. Dit is 'n komplekse tegniese kwessie wat in breë terme kan word geklassifiseer as:

• Nie-vaste aardesisteme: insluitend ongeaarde, boogdempingsspoel (Petersen spoel) geaarde, en hoë-weerstand geaarde sisteme;

• Vaste aardesisteme: insluitend direkte aarding en lae-weerstand aarding.

Krag wat van die nasionale rooster na spoorweë verskaf, gebruik algemeen 'n ongeaarde neutraalkonfigurasie. Voorsieningslyne van spoorwegtransformasies en verdelerstasies word tipies direk vanaf die sekondêre buslei (gelee na die inkomende kragbus maar voor die spanningsreguleerder) getap, en maak dus ook gebruik van 'n ongeaarde neutraalsisteem. Vir deurgewerste lyne kan die aardemetode van die spanningsregulerende transformator op basis van werklike behoeftes gekies word.

Gegelyk aan hoë-spoedspoorwegkragsisteme—wat algemeen lae-weerstand aarding gebruik—maak konvensionele-spoedspoorwegsisteme hoofsaaklik gebruik van ongeaarde neutraalkonfigurasies. Terwyl hierdie benadering sekere voordele bied, vereis evoluerende veiligheidsstandaarde en voortdurende tegniese opgraderings herbesinning oor aardingstrategieë in die huidige operasiekonteks.

2. Voordele en Beperkings van Ongeaarde Neutrale Sisteme

Volgens die Spoorwegkragsontwerpskode (TB 10008–2015), moet die konfigurasie van deurgewerste lyne op grond van die betroubaarheid van kragvoorsiening en projekspesifieke omstandighede bepaal word, of dit nou lucht-kabel-hibriedlyne of volledig ondergrondse kabellyne is.

As gevolg van begrotingsbeperkings en tegniese haalbaarheid, maak die meeste bedrywende konvensionele-spoedspoorwegdeurgewerste lyne tans hoofsaaklik gebruik van luchtgelei of luchtgelei-domineerde hibriedkonfigurasies. Gevolglik neem hul neutraalaardingskemas tipies geïsoleerde-neutraal (ongeaard) of klein-stroom aardesisteme aan. Volgens artikel 69 van die Spoorwegkragbestuurreeëls, moet eenfase grondfoutte in sulke sisteme vinnig aangespreek word, met 'n toelaatbare foutbedryfstyd wat in die algemeen nie meer as 2 ure mag oorskry.

Bedryfsdata van 'n spesifieke spoorwegbureau-segment van Januarie tot Oktober 2023 het 152 kraguitvalle geregistreer, waarvan 15 toerustingverwante foute was (2 te wyte aan interne verantwoordelikheid, 13 aan eksterne faktore). Merkwaardig is dat omgewingsbedreigings—veral plantgroei—die primêre bedreiging tot die stabiliteit van luchtlyne vorm. In een incident het boomtakke die skynspoor binnengedring, 'n gedeeltelike fase-na-grondverbinding op 'n snyfase veroorsaak. Die fout is binne die 2-uur venster geïdentifiseer en opgelos, sonder enige impak op treinoperasies en die vermyding van kaskade-uitvalle. Dit wys dat, onder huidige tegniese omstandighede, ongeaarde neutraalsisteme praktiese voordele bied.

Kabellyne bied egter ander uitdagings. Gelyk aan luchtlyne het kragkabels laer isolasie-marges en beperkte oorspanningtolerans. Tydens 'n eenfase grondfout in 'n ongeaard sisteem, styg die gesonde-fase-spannings bo normale fase-na-grondvlakke—potensieel tot lyn-tot-lyn spannings—en verhoog die risiko van multi-punt isolasiebreuk in nie-foutfases. Bovendien is die kapasitiewe grondfoutstroome in kabelsisteme relatief groot, wat lei tot vinnige isolasievermindering by die foutplek en 'n hoë waarskynlikheid van evolusie na fase-tot-fase kortsluitings.

Aangesien kabels tipies via begrawe, leiding, of trogliggingsmetodes geïnstalleer word, is foutlokalisering moeilik. Samen met beperkings in kabelverbindingstegnieke, herstellogistiek, en spoorwegoperasievensters, kan sulke foute dikwels nie vinnig opgelos word nie. In praktyk is kabelfoute hoofsaaklik as gevolg van permanente isolasiebreuk—organiese isolasie-materiaal kan nie self herstel nie. In 'n ongeaard sisteem, die gebrek aan onmiddellike uitslaan laat langdurige foutstroome toe, wat ernstige isolasieskade veroorsaak, die foutarea uitbrei, en potensieel sekondêre probleme soos kragskermalarms of selfs "rooi-band" seinfoute veroorsaak wat treindiens versteur—somtyds resulterend in langdurige uitvalle en beduidende veiligheids- of publieksgelykheidsrisiko's.

3. Keuse van Neutraal-Aardingmetodes vir Konvensionele-Spoedspoorwegkragsisteme

Die keuse van die gepaste neutraal-aardingmetode is krities vir stabiele spoorwegkragoperasie. Die kernuitdaging lê in die balansering van:

• Minimisering van onnodige uitslaan as gevolg van eksterne verstoring,

• Verzeker ononderbroke krag aan kritieke laste,

• Moglike effektiewe foutbeskerming,

• Beheer van foutpropagasië, en

• Behou van elektriese en isolasie-integriteit van gesonde toerusting tydens foute.

Volgens die Spoorwegkragsontwerpskode (TB 10008–2015), vir 10(20) kV deurgewerste lyne verskaf via spanningsreguleerders, geld die volgende aardingriglyne:

• Indien die enkelvoudige fasetoegangskapasitiewe stroom ≤ 10 A is, moet 'n onaangeslote stelsel gebruik word.

• Indien die stroom ≤ 150 A is, kan laagweerstand-aansluiting of boogverdelingsspoelaansluiting aangewend word; indien > 150 A, word laagweerstand-aansluiting aanbeveel.

• Volskynkabellyne moet voorkeurlik laagweerstand-aansluiting gebruik.

• Vir laagweerstand-aansluiting, moet die aansluitingsweerstand gekies word om 'n enkelvoudige fase-aardstroom van 200–400 A te produseer, met onmiddellike uitskakeling by foutdeteksie.

Inteendeel, die Kode vir Hoëspoedspoorwegontwerp (TB 10621–2014) staan onaangeslote neutrale stelsels toe wanneer die fasetoegangskapasitiewe stroom ≤ 30 A is, met kompensasie deur middel van 'n neutralkoppelde reaktor.

Gebaseer op berekeninge uit standaard spoorwegkragegnootskaandboeke, word die maksimum toelaatbare kabellengtes vir algemene alusielkabels (70 mm² en 95 mm² doorsnee) wat ooreenstem met enkelvoudige fasetoegangskapasitiewe ströme van 10 A, 30 A, 60 A, 100 A, en 150 A in Tabel 1 saamgevat. Hierdie waardes kan as riglyn dien vir die keuse van 'n geskikte aansluitingmetode gebaseer op die werklike kabellengte.

Aarding deur die neutrale punt stel vinnige foutverwydering in staat. Nulvolgordebeskerming kan binne 0,2–2,0 sekondes operasioneel wees om die fout te isoleer, wat die waarskynlikheid van sekondêre permanente elektriese insidente verminder en die isolasiebetroubaarheid en lewensduur van kragtoerusting beskerm.

4. Vergelyking van algemene neutrale aardmetodes

4.1 Ongeraaide neutrale stelsel

Die ongeraaide neutrale metode bied die voordeel van kontinue kragverskaffing vir 1–2 uur tydens enkele-fase-aardefout in lyns wat gedomineer word deur oorkonduiteurs. In lyns wat gedomineer word deur kabels, neig hierdie metode egter tot fouteskalisering.

4.2 Neutrale aarding deur middel van boogdempingsspoel

In vergelyking met die ongeraaide neutrale stelsel, gebruik hierdie metode die induktiewe stroom van die boogdempingsspoel om die kapasitiewe stroom te kompenseer, wat die aardefoutstroom verlaag tot 'n vlak waar dit self kan uitdoof, wat booggeïnduseerde oorvoltage minimeer. Dit stel ook 1–2 uur kontinue bedryf toe tydens enkele-fase-aardefout en verhoed dat enkele-fasefout ontwikkel na fase-tot-fasefout. Hierdie metode stel egter hoër eise aan aardefoutbeskerming, kan nie die foute lyn identifiseer nie, is geneig tot resonansie en kan nie effektief oorblywende lae op die lyn afvoer nie.

4.3 Neutrale aarding deur middel van lae weerstand

In lyns wat gedomineer word deur kabels, beheer die lae-weerstandaardingmetode effektief boog-aarde-oorvoltage tydens enkele-fase-aardefout, demp sisteemresonansie-oorvoltage, verskaf goeie stroombeperkings- en spanningsverlaagde effekte, en bied relatief hoë nulvolgorde-oorstroombeskermingsprestasie, wat teregtydige foutverwydering bevorder. Hierdie metode het egter beperkings, veral in oorkonduktor-seksies: verhoogde uitvalfrekwensie beïnvloed kragstelselbedryf, verzwak kragverskaffingsvermoë en verhoog toerustingonderhoudsmoeilikheid tot 'n mate.

5. Bespreking oor neutrale aardingmetodes vir spoorwegkragstelsels

(1) Verhoog die gebruik van outomatiese volgboogdempingsspoeltoestelle. Hierdie benadering het die voordeel om transiente aardefout in die kragstelsel outomaties te elimineer, wat die aantal uitvals verlaag. Wanneer 'n foutwaarskuutegniese sein gegee word, genereer die outomatiese volgboogdempingsspoel 'n ooreenkomstige kompenserende stroom, wat herkompensasie van die kraglyn moontlik maak. Dit verlaag die voorkoms van kortsluitfout onder die drie fases en verseker stelselstabiliteit en veiligheid. Tegelykertyd, aangesien die boogdempingsapparaat 'n spesifieke booguitknypkritieke waarde het, as die aardefoutstroom kleiner is as hierdie kritieke waarde, verhoog die spanningsherstelvlugtigheid onder die werking van die boogdempingsapparaat, wat help om die boog betroubaar uit te knyp en die waarskynlikheid van boogheraanblasing verminder, wat kraginsidente verlaag en effektief betroubare neutrale aardingoperasie ondersteun.

(2) Tydens die renovasie van bestaande konvensionele spoed-durende voeder- en outomatiese blokkeringsegnaliseringslyne, as kabellyne—na vervanging van oorkonduiteurs—'n beduidende proporsie uitmaak, word aanbeveel om sentraal of verdeel kompensasie met behulp van boksreaktore te oorweeg om induktiewe reaktiewe krag te kompenseer onder normale kapasitiewe stroomomstandighede. Volgens die berekeningresultate in Tabel 2, is die bedryfskapasiteitwaardes 0,22 μF/km vir 70 mm² aluminiumpuntkabel en 0,24 μF/km vir 95 mm² aluminiumpuntkabel. Gelyktydig moet aanpasbare wysigings aan verdelingskamers oorweeg word, en die neutrale aardingmetodes van spanningsreguleerders in verdelingskamers aan beide kante moet ooreenkomstig berekeningsdata aangepas word.

In ekstreme gevalle, as die stelsel ongegrondeerd is en enkelkernkabels—volgens hoedraillinja-standaarde—gebruik word, sal 'n enkelefase grondfout nie binne die toelaatbare tydvenster van 2 uur geklaar word nie. Dit veroorsaak kontinue termiese skade aan die kabel. Verder het skade aan 'n enkelkernkabel 'n relatief swak impak op aangrensende fases, wat die situasie vererger deur nie beskermingskorting te aktiveer nie, wat maklik tot stelselfoutleid kan lei.

6. Gevolgtrekking

In konvensionele spoorspoelkragsisteme het die keuse van die neutrale grondmetode direkte impak op die veiligheid en stabiliteit van stelselbedryf. 'n Ongepaste keuse van 'n neutrale grondskema kan maklik sekondere foutleid en opeenvolgende insidente veroorsaak. Deur berekening en vergelykende analise is 'n omvattende en rasionele keuse van die neutrale grondmetode van groot belang vir die effektiewe klaring van foutleid, beskerming van toerustingisolering, versekerde betroubare treinvoeding en verbetering van sowel personeel- as treinbedryfveiligheid.