（沈阳铁路局沈阳供电段辽宁沈阳110001）
摘要：随着社会经济快速发展，我国的高速铁路建设如火如荼。高速铁路10kV贯通线系统的建设取得了很大成就。本文针对当下铁路10kV贯通线系统的中性点接地方式所存在的问题进行了深入的探讨，本文提出了高速铁路电力信号系统益采用相控式消弧线圈接地方式。
关键词：高速铁路；10kV贯通线；中性点接地方式；相控式消弧线圈
引言
铁路电力系统主要是指铁路的10kV信号供电系统。该系统电源一般引自地方变电站引入两路10kV电源。高速铁路每个区间内部每隔3km左右分布一处负荷点，从铁路系统的电力变配电所送出的2条10kV电力线路，向高速铁路区间的所有负荷点供电。
铁路10kV贯通线运行的安全性和可靠性，关系着高速铁路的安全稳定性。电力系统的安全可靠性，依赖于电力系统中性点接地方式，中性点接地方式对系统运行的安全可靠性和经济性有着重大影响。
1高速铁路电力系统分析
高速铁路沿铁路线敷设一级贯通线路及综合贯通线路双回路。为了减少产生的干扰，铁路贯通线在建设时将标准提高为全电缆形式。考虑到三芯电缆长度限制，并结合高速铁路沿线每3km左右一处远动箱变的现状，将三芯电缆改为单芯电缆，避免了中间接头的数量。根据贯通线的全电缆线路的设计方式，若贯通线的中性点采用不接地的方式运行，此时如果发生单相接地，电容电流将显著增大。按照供电臂60km的长度计算，正常投入单方向供电臂运行方式，依据经验公式：
现状，将三芯电缆改为单芯电缆，避免了中间接头的数量。根据贯通线的全电缆线路的设计方式，若贯通线的中性点采用不接地的方式运行，此时如果发生单相接地，电容电流将显著增大。按照供电臂60km的长度计算，正常投入单方向供电臂运行方式，依据经验公式：
此时IC大大超过了10kV系统中性点不接地系统的极限接地电容电流，接地电弧将不能自熄，容易形成间歇性的弧光接地或稳定的弧光接地。间歇性的弧光接地能导致危险的过电压，稳定的电弧接地会导致相间短路，造成重大事故。为了避免弧光接地造成危及电网及设备的安全运行，铁路电力系统中性点的接地方式应作出相应的改变，以适应面临的新问题。
2高速铁路电力系统中性点接地方式分析
高速铁路10kV贯通线由全电缆线路构成，由于全电缆线路单相接地故障电容电流大于30A。为了保证高速铁路10kV贯通线的安全，必须对单相接地发生后的电容电流进行抑制，防止在故障情况下，接地点产生电弧；或者由继电保护装置进行保护跳闸，切除接地故障线路。因此中性点接地方式有两种：一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；二是中性点经小电阻接地，发生单相接地时，利用保护跳闸切除故障线路。本文着重对消弧线圈接地方式做详细的分析。
2.1消弧线圈接地方式
2.1.1消弧线圈接地系统原理
在10kV贯通线正常工作的情况下，系统中性点的对地电压为零，消弧线圈中无电流。若发生单相（C相）接地，此时，消弧线圈的外加电压是UC，流过消弧线圈的电流为IL，接地电容电流为IC，由于消弧线圈提供的补偿电流IL和接地电容电流IC方向相反，因此，流过接地点的残余电流Ig=IL-IC。在使用消弧线圈中性点接地方式时，为了防止系统发生串联谐振，导致产生谐振过电压，补偿时一般采用过补偿方式，并且通常通过过补偿的方式，使得接地点的残留小于10A。
2.2.2调匝式消弧线圈的工作原理
调匝式消弧线圈是一个带有多级抽头的电抗器，利用有载开关调节抽头来改变消弧线圈的电感值，以提供合适的补偿电流。调匝式消弧线圈采用预调工作方式，使用串联电阻限制谐振过电压。在系统正常运行的条件下，调匝式消弧线圈通过自动识别的方式获取当前电力系统的电容电流大小，并根据所需补偿的电流大小，事先将消弧线圈调整到合适的档位上，一旦系统发生单相接地故障，调匝式消弧线圈便可快速投入运行，快速补偿系统的电容电流，使得故障点不会产生间歇性弧光接地或永久性弧光接地，保证电力系统的安全稳定运行。
2.2.3相控式消弧线圈的工作原理
相控式消弧线圈，也称为高短路阻抗式变压器消弧线圈，其一次工作绕组L接入10kV贯通调压器母线段的中性点，二次绕组CL作为控制绕组，由2个反向并联的晶闸管短路，晶闸管的导通角由消弧线圈的控制器控制。该变压器的短路阻抗高达100%。晶闸管的导通角可以在0至180°之间调节，则二次控制绕组的等效阻抗ZCL即可在无穷大至零之间变化。那么整个消弧线圈两端的等效阻抗Zeq就在变压器的短路阻抗ZL和无穷大之间调节，对外输出的补偿电流IL即可在0至额定值之间得到连续无级的调节。
目前在丹大快速铁路、湘桂线、昆明枢纽扩能、兰渝铁路、成蒲铁路等高速铁路系统中使用的相控式消弧线圈运行良好，而且相控式消弧线圈更适合高速铁路系统使用。
2.2.4相控式消弧线圈优点
相控式消弧线圈能快速输出补偿电流，并且在高阻接地情况下也能正确动作和正确补偿，可有效地消除大量的瞬时性接地故障，尤其是有效地消除多条线路、相隔时间很短的多次接地故障，提高了供电可靠性。对少数永久性接地故障，由于相控式消弧线圈可以精确补偿，使该类故障的接地电流大大减小，其对故障设备的损坏程度大大削弱，有效地防止了故障扩大化。在非接地故障情况下，相控式消弧线圈工作在远离谐振点的区域。发生故障后，相控式消弧线圈可快速熄灭故障点电弧，并能快速调离谐振点，避免产生谐振过电压。
相控式消弧线圈具备极快的响应速度，利用可控硅导通角快速导通或截止，输出相应的补偿电感电流。当发生单相接地故障时，若需经过几十ms甚至多达数s的时间才能投上的消弧线圈，对于目前接地电流越来越大的系统，已经越来越不适应了。理想的情况是利用快速响应的消弧线圈将弧光接地抑制在起弧的一瞬间，这就要求消弧系统具有极快的响应速度。
相控式消弧线圈还具备补偿电流可以从0至额定补偿电流之间的范围内连续无级调节，这样当发生单相接地故障时，可以很好地进行补偿，不会像调匝式消弧线圈必须从一个基准值开始补偿，如系统电容电流小于该值则消弧线圈会失去补偿效果。同时具备这些优点的补偿装置目前只有相控式消弧线圈。
3结束语
铁路电力系统中性点接地方式是一个涉及到供电的可靠性、过电压与绝缘配合、继电保护、通信干扰、系统稳定诸多方面的综合技术问题。根据TB10008-2015《铁路电力设计规范(J660-2016)》的要求，经调压器供电的10（20）kV电力贯通线路，其系统中性点接地方式应符合下列规定：当系统单相接地故障电容电流不大于10A时，应采用不接地方式；当系统单相接地故障电容电流不大于150A时，可采用低电阻接地方式或消弧线圈接地方式。
调匝式消弧线圈与相控式消弧线圈相比较，相控式消弧线圈能满足在正常情况下，不进行误操作；又能在发生单相接地故障的情况下，快速补偿接地电容电流，快速熄灭电弧，不扩大事故范围。因此，推荐高速铁路10kV贯通线使用相控式消弧线圈接地。
参考文献：
[1]张建周.铁路电力系统中性点接地方式存在的问题及对策分析[J].电子技术与软件工程,2014,18:171-172.
[2]何林.中性点接地方式对配电网可靠性影响的研究[D].华北电力大学,2013.