上海局集团有限公司南京供电段 江苏南京 210000
摘要：铁路动力电力化已经成为世界范围内备受推崇的交通运输变化趋势，这种节能高效的交通运输方式对改善我国的能源缺乏现状具有十分重要的作用，目前也正成为我国不断优化资源配置方式的重点改革方向。经过大量实践可以得知铁路电气化的安全可靠性能更高，这也使得相关部门对牵引变电所接地网环节的重视程度逐渐增强，这一环节的安全可靠对于实现电气化铁路的整体效率和安全质量具有关键意义。我们旨在通过对牵引变电所接地网故障研究现状及意义进行探讨，并指出具体的故障原因，以期为相关的从业人员提供理论借鉴。
关键词：牵引变电所；接地网；故障；现状；原因
铁路运输动力电力化具有多重意义，其中缓解日益严峻的能源矛盾是其最大的优势。这种环保节能有效的交通运输方式对于系统改善我国人口资源以及土地等各方面的供需矛盾具有十分重要的作用，也日益成为国家从层面所推崇和倡导的重点方向。在国务院的相关提案中我们可以看到完善铁路布局和合理配置铁路动力资源，已经成为交通运输改革的重要方面，这对于推动我国整体交通系统的安全性和高效性意义非凡。而在铁路动力电力化革新的过程中，牵引供电系统是其核心设备和运作形式，而牵引变电所的接地网环节又是整个牵引变电环节的重要组成部分，它的安全实施是保证整个铁路电力系统的合理运行和乘客的人身财产安全的关键，并且对于防止雷击和静电干扰具有明显作用。接下来我们对于接电网过程中存在的故障问题进行系统探讨。
1.牵引变电所接地网故障的研究现状及意义
电气铁路运行系统接地网装置主要由地下导体和大型网状接地装置相互垂直而成，其中地下导体主要起到疏导电流、减少多余电流对铁轨及车身的危害的作用，一般情况下又被称为垂直或者水平接地体。而接地网的主要作用是排放电流、雷电或其他多余电流而形成稳定电压差的中间环节。接地网和金属导体的相互作用就形成了电气铁路牵引变电的安全保障装置。但是在电气铁路运行的过程中，主要利用铁轨和大地形成多余电流的回流通道，一旦牵引变电所接地网流过超过负荷的电流或者接地装置中出现腐蚀或其他故障时，就会导致回流通道关闭，进而对铁路运行的安全性能造成障碍。
根据我国铁路电力化实践可以得知，目前困扰技术人员的接地网故障主要是由于金属导体或接地网常常出现化学腐蚀或原料本身焊接不完善导致，这种特殊的故障原因就导致了其解决方法需要特殊对待。根据对牵引变电所接地网故障的研究现状进行研究，我们可以得知国外的接地网材料主要采用铜质，而随着铜质材料成本的不断提升，他们也开始采取镀锌钢材进行接地网装置的研发，但是年数较少，也就意味着利用国外文献来解决接地网腐蚀故障是不可靠的。而对于我们国家来说关于接地网腐蚀故障研究取得了一定的成效，其中比较可行的是基于电网理论或电磁理论来检测解决接地网腐蚀故障的方法。这种方法的原理是将问题简化成算式方程进而进行求解解决，这种方式简便易行，也存在着解法算法上过于形式化的缺点，因此如何寻求简便可靠的求解方法，是目前相关技术人员急需解决的问题。
2.牵引变电所接地网腐蚀故障产生的原因
牵引变电所接地网故障的主要表现是由于地下导体或大型的接地网的材质腐蚀而产生的接地故障，在大量的短路电流无法进行合理的疏散、分流的情况下，就会不可避免的产生大量的接地电压，从而在各个方面对铁路的运行造成破坏。
2.1土壤对接电网装置的腐蚀作用
根据土壤成分我们可以得知，其中的有机盐或者矿物质可以和水共同组成电解质溶液，进而与接电网装置中的金属材料产生电化学反应。铁轨与土壤相连并且成分变化较大，这种腐蚀作用对金属材料的伤害是深刻且永久的，并且土壤对金属装置的腐蚀作用从装置埋入地下就开始发生。此外由于土壤腐蚀的隐藏性还使得在接电网故障检测和维修过程中存在着极大的困难，给相关技术人员带来了技术困扰。
2.2牵引变电所返地回流的影响
随着铁路电气化的飞速发展，牵引变电用量也大幅增加，这就使得牵引变电负荷电流持续增长。与此同时返回电流也呈上升趋势，这问题带来了点位不平衡和电磁兼容性差等故障问题，并且在接地网的内部电压不一致的情况下，还会直接影响到火车内部人员和设备的安全性。返地回流的大幅度提升会在一定程度上加大接触材料的腐蚀进度，并且带来严重的安全问题，严重影响铁路运行的整体质量。
3.牵引变电所接地网故障的诊断探究
接地网故障诊断算法在提出时是以模糊判据作为依据，通过使用模糊判断定位接地网地表电位的故障点。模糊判据是用来对两个模糊集合关系进行度量的重要方法，其取值的范围是[0,1]，当取值越趋向于0时，则表明这两个集合之间的距离增加，两者之间的关系将会逐渐稀疏。当取值越趋向于1的时候，则表明两个集合之间的距离缩小，两者之间的关系逐渐亲密。通过运用模糊判据计算，获得的接地网上方位置地表实时电位分布模糊贴近度。其详细的计算步骤如下所示：
第一步：结社实际测量的接地网上方位置地表电位数据分布矩阵如下：
.png)
（公式3.1）
在公式中，xnm所表示的含义为接地网正上方位置的第n行第m列的地表电位测量数值。
第二步：规范化处理地标点位实时分布矩阵内部的数据元素。对数据信息均值化处理如下：
.png)
（公式3.2）
.png)
（公式3.3）
极差化处理结果如下所示：
.png)
（公式3.4）
在公式3.2和公式3.3中，i取值为1,2,3……，m；j的取值为1,2,3……，n。其中max（xj）所表示的含义为第j列上的最大值。
第三步，计算数据库样本与电位实时分布数据的模糊贴近度。
假设接地网上方位置的地表电位实时分布矩阵为xak，数据库的样本取值为xbk，那么，计算的模糊贴近度公式如下所示：
.png)
（公式3.5）
.png)
（公式3.6）
在公式3.6中，
.png)
所表示的含义为第k行地表参比电机实时测量电位的平均结果。f取值为1。
结束语
根据铁路电气化运行过程中的大量实践可以得知，牵引变电所接地网故障具有维修技术复杂、人力物力投入较大等缺陷，因此相关技术部门要不断加强对接地网故障的诊断模型研究，为提升铁路电气化运行整体质量提供技术保障。
参考文献
[1]范小楷.牵引变电所接地网腐蚀故障诊断算法研究[D].兰州交通大学,2013.
[2]董秀国.牵引变电所接地网故障诊断研究[J].电气化铁道,2019,30 (02):8-11+16.
[3]史耀政,刘立超.牵引变电所接地网在线监测系统及监测数据分析[J].电气化铁道,2018,29(02):5-8.