1、一、采用綜合接地系統(tǒng)的可行性研究1、國內(nèi)外接地系統(tǒng)的方案及綜合接地系統(tǒng)需重點(diǎn)研究的內(nèi)容電氣化牽引鐵路的接地工程是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，為防止因電磁感應(yīng)現(xiàn)象對(duì)人員和設(shè)備產(chǎn)生的危險(xiǎn)采取了一系列的防護(hù)措施，從涉及到的專業(yè)來看，有信號(hào)、通信（有線、無線）、信息、電氣化、電力、機(jī)械、橋梁、隧道、路基、環(huán)評(píng)等專業(yè)，從接地的種類來看，主要包括建筑物的防雷、強(qiáng)弱電設(shè)備系統(tǒng)的工作接地、保護(hù)接地、防過電壓接地、防靜電接地、屏蔽接地等，在目前中國常規(guī)鐵路的設(shè)計(jì)中大多采用的是各專業(yè)的地線分開設(shè)置。從80年代起，國際、國內(nèi)的大型公用建筑物和民用建筑物、地鐵、輕軌的接地大多采用綜合接地，歐洲國家以及韓國的高速鐵路也采用了綜合接

2、地系統(tǒng)。在高速鐵路中，由于各專業(yè)采用的電子設(shè)備的增多，地線的種類和數(shù)量也大量增加，為減少各專業(yè)單設(shè)地線對(duì)路基的穩(wěn)定性等造成破壞，如何將各種接地有機(jī)、合理的結(jié)合起來，又能處理好它們之間的相互影響，保證高速鐵路各系統(tǒng)、各設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)等電位連接，減少不同設(shè)備、不同系統(tǒng)之間存在的電位差及可能造成的人身和設(shè)備的安全隱患（尤其是信號(hào)和接觸網(wǎng)專業(yè)），是綜合接地系統(tǒng)需要重點(diǎn)研究和解決的問題。2、目前中國常規(guī)鐵路中各專業(yè)的地線種類及接地方案（1）常規(guī)鐵路中信號(hào)專業(yè)的地線方案目前在采用UM系列軌道電路的自動(dòng)閉塞區(qū)段，信號(hào)專業(yè)沿鐵路線敷設(shè)了一條截面積為25mm2的鉛包銅纜或35mm2的裸銅纜，稱為貫通地線，接地電阻

3、要求不大于1。信號(hào)專業(yè)室外的箱、盒及信號(hào)機(jī)等所有金屬設(shè)備的安全地線、防雷地線及電纜的屏蔽地線都與貫通地線可靠連接。同時(shí)為了防止雷擊及電氣化牽引電流的干擾、平衡上、下行線路之間各兩根鋼軌內(nèi)的牽引電流，UM系列軌道電路需加裝橫向等電位線，橫向等電位線分為完全等電位線或簡單等電位線，完全等電位線所連接的空心線圈直接與信號(hào)貫通地線相連，簡單橫向連接通過防雷器件與信號(hào)綜合貫通地線相連。（2）常規(guī)鐵路中接觸網(wǎng)專業(yè)的地線方案常規(guī)鐵路中接觸網(wǎng)的桿塔地線都是經(jīng)火花間隙接至鋼軌，平常無雷電或接觸網(wǎng)回流正常時(shí)，是沒有電流經(jīng)過火花間隙流向鋼軌，對(duì)信號(hào)設(shè)備無危害；但在雷電、接觸網(wǎng)回流故障等情況下，接觸網(wǎng)通過火花間隙向單

4、側(cè)鋼軌閃絡(luò)放電，在單側(cè)鋼軌中產(chǎn)生的瞬態(tài)不平衡電流可達(dá)數(shù)百安甚至上千安，持續(xù)時(shí)間雖短，但因瞬態(tài)能量極大，可能引起信號(hào)設(shè)備燒毀，因此隨著列車運(yùn)行速度的提高，為提高信號(hào)設(shè)備的可靠性、安全性，不允許接觸網(wǎng)的桿塔地線經(jīng)火花間隙接鋼軌，要求接觸網(wǎng)單設(shè)地線。在電氣化鐵路區(qū)段，由于接觸網(wǎng)對(duì)臨近通信線路、信號(hào)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生電磁影響和干擾影響，為降低干擾影響，在供電系統(tǒng)中架設(shè)了一條回流線，接觸網(wǎng)的回流線除了在兩端與牽引變電所的地網(wǎng)相連接外，在區(qū)間是通過吸上線與信號(hào)軌道電路的完全橫向連接的空心線圈中點(diǎn)或扼流變壓器的中點(diǎn)相連接，目的是分流鋼軌的回流，降低軌電位；由于接觸網(wǎng)中的電流與回流線中的電流方向相反，加強(qiáng)了接觸網(wǎng)和回

5、流線之間的互感耦合，大大減少了對(duì)通信、信號(hào)設(shè)備的干擾影響，同時(shí)架設(shè)回流線后使由鋼軌-大地返回牽引變電所的電流，改為由回流線-鋼軌-大地三部分返回牽引變電所，改善了牽引供電的回流系統(tǒng)，在直供+回流供電方式下這三部分的電流分配比大致為40%、40%、20%。為解決接觸網(wǎng)支柱的地線問題，在有回流線（或PW線）的區(qū)段，接觸網(wǎng)把回流線兼作支柱地線，即把保護(hù)地和工作地合二為一，對(duì)于一些成排無回流線的支柱，接觸網(wǎng)單獨(dú)架設(shè)了一條架空地線（架空地線的規(guī)格一般為GJ-70），架空地線兩端與接地極連接，零散支柱單獨(dú)設(shè)接地極，接地極接地電阻不大于10。回流線兼作架空地線方案的最大優(yōu)點(diǎn)就在于節(jié)約了一條架空地線，節(jié)約工程

6、造價(jià)，缺點(diǎn)在于當(dāng)回流線被偷盜或斷裂等情況時(shí)，接觸網(wǎng)的桿塔就沒有安全地，當(dāng)遇到接觸網(wǎng)短路或強(qiáng)大的雷電時(shí)，可能會(huì)對(duì)人身造成傷害。3）常規(guī)鐵路中通信的地線種類和技術(shù)要求各處通信站設(shè)備合設(shè)接地體1，電纜屏蔽地線1；各處中間站通信機(jī)械室合設(shè)接地體4，電纜屏蔽地線4；沿長途電纜線路每間隔4km設(shè)一處電纜屏蔽地線。無線中繼電臺(tái)地線10，設(shè)置地點(diǎn)根據(jù)無線中繼電臺(tái)的設(shè)置而定。4）常規(guī)鐵路中電力的地線種類和技術(shù)要求沿線電力電纜的電纜保護(hù)地線1；電力架空線路的接地電阻要求較低（1030）；電力變壓器必須設(shè)地線，此地線是將變壓器的工作接地和保護(hù)接地合二為一，接地電阻4。（3）常規(guī)鐵路中接觸網(wǎng)和信號(hào)地線關(guān)系的分析常規(guī)鐵

7、路中接觸網(wǎng)回流線（或PW線）和地線的設(shè)計(jì)中，回流線（或PW線）是起到回流兼地線的作用，接觸網(wǎng)的回流線（或PW線）除了在兩端與牽引變電所或AT所的地網(wǎng)相連外，在區(qū)間是通過吸上線接到信號(hào)軌道電路的完全橫向連接的空心線圈中點(diǎn)或扼流變壓器的中點(diǎn)，而信號(hào)完全等電位線所連接的空心線圈中點(diǎn)或扼流變壓器是與信號(hào)貫通地線相連的。實(shí)際上在采用UM系列軌道電路的自動(dòng)閉塞區(qū)段，信號(hào)貫通地線和接觸網(wǎng)的回流線（或PW線）通過完全橫向連接中的空芯線圈中點(diǎn)（或扼流變壓器的中點(diǎn)），成為等電位連接體。信號(hào)設(shè)備地線與接觸網(wǎng)的回流線和地線的關(guān)系如附圖一、二所示。附圖一、直供+回流供電方式下信號(hào)設(shè)備地線與接觸網(wǎng)的回流線和地線的示意圖附

8、圖二、AT供電方式下信號(hào)地線與接觸網(wǎng)的回流線（或PW線）的示意圖通過以上分析，初步認(rèn)為除另有規(guī)定和特殊要求的設(shè)備（或系統(tǒng)）地線外（如電力變壓器的地線，因流經(jīng)的電流較大，若都接到一個(gè)地網(wǎng)內(nèi)，容易造成接入點(diǎn)瞬間電壓增高，電流反串到接入地網(wǎng)的設(shè)備中引起設(shè)備損壞等危險(xiǎn)考慮單獨(dú)設(shè)置地線，且該地線與信號(hào)等弱電設(shè)備的工作地還必須有一個(gè)保護(hù)距離），其余沿著鐵路線路兩側(cè)不同用途和不同電壓的電氣化、電力、通信、信號(hào)設(shè)備及其他金屬構(gòu)筑物的地線，采用總的接地體的方案是現(xiàn)實(shí)可行的，所以在客運(yùn)專線推薦采用綜合接地系統(tǒng)。二、綜合接地系統(tǒng)的方案（1）、接地原則除另有規(guī)定和特殊要求的設(shè)備（或系統(tǒng)）地線外，距鐵路線路兩側(cè)的電氣化

9、、電力、通信、信號(hào)、車輛等專業(yè)的設(shè)備及其他金屬構(gòu)筑物的地線，使用一個(gè)總的接地體。（2）、綜合接地系統(tǒng)的范圍：a、信號(hào)：沿線信號(hào)設(shè)備的安全地線和屏蔽地線、工作地線均接入綜合貫通地線。b、通信：沿線長途通信電纜地線、電纜槽支架、漏泄電纜懸吊鋼索等的屏蔽地線均接入綜合貫通地線。對(duì)于無線區(qū)間設(shè)備（含GSM-R基站、光纖直放站、干線放大器、無線中繼電臺(tái)的桿塔等）的地線可以接入綜合地線，但由于這些設(shè)備一般都設(shè)在路堤以下，并且接地電阻的要求也不太高（小于4），所以從工程的可實(shí)施性和投資上綜合比較，推薦單設(shè)地線，此地線與綜合貫通地線之間的距離應(yīng)不大于20m。c、環(huán)評(píng)：聲屏障的金屬構(gòu)件可接入綜合貫通地線，聲屏障

10、長度500m以下兩端各接一處，超過250m，每250m接一處。d、電力：電力電纜的金屬外皮與綜合貫通地線相連。電力變壓器離線路較遠(yuǎn)，數(shù)量較少，推薦單設(shè)地線，此地線與綜合貫通地線之間的距離不小于20m。e、電氣化：路基地段接觸網(wǎng)的回流線（或PW線）通過吸上線接到信號(hào)軌道電路的完全橫向連接的空心線圈中點(diǎn)或扼流變壓器的中點(diǎn)，再通過完全橫向連接線或扼流變壓器的中點(diǎn)接入綜合貫通地線。對(duì)于橋梁和隧道內(nèi)，為保證接觸網(wǎng)鋼支柱的可靠接地，接觸網(wǎng)的回流線（或PW線）每隔600m左右需要接地一次，在有回流線（或PW線）區(qū)段，接觸網(wǎng)的回流線（或PW線）通過吸上線接到信號(hào)軌道電路的完全橫向連接的空心線圈中點(diǎn)或扼流變壓器

11、的中點(diǎn)，在通過完全橫向連接線接入綜合貫通地線，無信號(hào)軌道電路的完全橫向連接的空心線圈中點(diǎn)或扼流變壓器的中點(diǎn)的地方，接觸網(wǎng)支柱直接接入綜合貫通地線。對(duì)于一些零散支柱等需要雙接地的設(shè)備要求另外單獨(dú)打接地體。在普速鐵路中，為避免兩軌之間形成第三軌，因此規(guī)定接觸網(wǎng)的相鄰吸上線必須間隔兩個(gè)及以上閉塞分區(qū)。在高速鐵路中隨著牽引電流增大，為降低軌面電壓，接觸網(wǎng)的回流線每間隔1km1.2km左右，也就是每個(gè)閉塞分區(qū)都需要信號(hào)扼流變壓器相連，如果超過這個(gè)距離，軌面電壓就將超過歐洲標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)法國CHI高速鐵路DK1002+000DK1309+320段工程設(shè)計(jì)咨詢的咨詢報(bào)告（終稿），軌道電路的參數(shù)取道床電阻2

12、83;km，分路電阻0.15的情況下，如果接觸網(wǎng)的回流線和每個(gè)閉塞分區(qū)的扼流變壓器都相連，有可能在900m的位置軌道電路將失去斷軌檢查功能，如果將道床電阻提高3·km，分路電阻0.25，這個(gè)問題將不存在，就能保證軌道電路的斷軌檢查。f、其它：距接觸網(wǎng)帶電體5m范圍內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)（橋梁、隧道、柵欄、車站雨棚等）必須接地，其地線可接入綜合貫通地線。g、車站信號(hào)樓、GSM-R基站以及通信、信號(hào)中繼站的地網(wǎng)可與綜合貫通地線直接連接，綜合貫通地線與車站共用接地網(wǎng)的連接不超過4處；牽引變電所、電力變電所和配電所的地網(wǎng)以及動(dòng)車運(yùn)用段、所的地網(wǎng)如果和綜合貫通地線之間的距離如果能間隔20m以上，根據(jù)綜合

13、貫通地線不是為了綜合而綜合，考慮方便接，就近接的原則，則不接入綜合貫通地線，否則則必須和綜合貫通地線連接，同時(shí)為防止電磁干擾，距牽引變電所200m半徑范圍內(nèi)的綜合貫通地線均應(yīng)采取阻燃UPVC塑料套管絕緣措施防護(hù)，并且和弱電系統(tǒng)接入綜合貫通地線的接入點(diǎn)的間距不小于20m。綜合接地系統(tǒng)示意圖如附圖三：附 圖 三：綜合接地系統(tǒng)示意圖（3）、綜合貫通地線的材質(zhì)貫通地線的材質(zhì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：a、要有良好的導(dǎo)電性能；b、要滿足電纜可靠性和安全性要求，電纜外護(hù)層必須有較好的防腐、防水、防氧化、防污染及防電化學(xué)腐蝕等性能；c、電纜由于敷設(shè)在鐵路邊，運(yùn)行在有劇烈的振動(dòng)環(huán)境下，因此電纜必須有較高的機(jī)械性能及抗

14、沖擊能力；d、為便于施工，電纜必須有一定的柔軟性。根據(jù)上述要求，我們對(duì)銅、鉛的金屬性能進(jìn)行對(duì)比分析：銅：銅在潮濕空氣中，表面易生成有毒的銅綠；大氣中含有二氧化硫、硝酸、氨、硫化氫等氣體，會(huì)引起強(qiáng)烈的腐蝕，導(dǎo)致銅的強(qiáng)度下降，電阻顯著增加，并且裸銅纜在現(xiàn)場施工中容易被偷盜。鉛：耐腐蝕性好，能抗堿、酸、氨、氫氟酸以及一些有機(jī)化合物的腐蝕；作為電纜護(hù)層，密封性好，且不透潮，不透氣，且柔軟，延展性好，熔點(diǎn)低，易于擠制，卻存在鉛流失到大地后對(duì)環(huán)境造成污染等問題。國家現(xiàn)已嚴(yán)格控制鉛、汞等重金屬的使用。（4）、綜合貫通地線的規(guī)格1）、綜合貫通地線的截面積必須滿足流過導(dǎo)線電流的需要根據(jù)電化局設(shè)計(jì)院在京滬高速鐵路

15、前期研究過程中的計(jì)算和仿真模擬結(jié)果，在高速鐵路中，在列車正常運(yùn)行情況下，接觸網(wǎng)的回流電流在單根綜合接地線中的分配值平均約為270A，按此需選擇截面為7095mm2的銅導(dǎo)線才滿足導(dǎo)線電流的需要。2）、綜合貫通地線的截面積必須滿足當(dāng)接觸網(wǎng)回流不暢、故障，或瞬間造受強(qiáng)雷擊時(shí)，抗擊瞬間短路電流的沖擊要求。根據(jù)目前所收集到的資料，采用直供+回流供電方式，當(dāng)接觸網(wǎng)回流不暢或故障，或瞬間造受強(qiáng)雷擊時(shí)，瞬間短路（時(shí)間按100ms考慮）電流不超過15KA。對(duì)于客運(yùn)專線，因采用AT供電方式，而且列車的密度更大，速度更快，因此當(dāng)接觸網(wǎng)回流不暢或故障，或瞬間造受強(qiáng)雷擊時(shí)，瞬間短路電流可能更大，根據(jù)目前收集及計(jì)算的資料

16、，可暫按（時(shí)間按100ms考慮）電流不超過25KA考慮。3)咨詢報(bào)告根據(jù)法國CHI高速鐵路DK1002+000DK1309+320段工程設(shè)計(jì)咨詢的咨詢報(bào)告（終稿），當(dāng)12KA的線路在100ms內(nèi)短路時(shí)，可確定銅纜線的截面為26mm2；當(dāng)15KA的線路在100ms內(nèi)短路時(shí)，可確定銅纜線的截面為33mm2。4）貫通地線的截面積必須滿足接地電阻要求1的需要決定接地電阻值大小的主要因素有：土壤電阻率和接地體長度。土壤電阻率主要取決于較大深度內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造和地下水的情況，對(duì)同一地質(zhì)情況，它與季節(jié)和氣候變化有一定的關(guān)系，對(duì)同一地質(zhì)構(gòu)造，土壤電阻率隨年降雨量和地下水位的不同，會(huì)在一定范圍內(nèi)變化。因此土壤電阻率

17、是一個(gè)概略值。客運(yùn)專線將全線大量使用無碴軌道，在無碴軌道區(qū)段，距路基面0.4m內(nèi)為級(jí)配碎石，級(jí)配碎石下1.7m2.2m內(nèi)均換填A(yù)、B組填料 (A、B組填料是由細(xì)粒土、粗粒土、和碎石類組成)，由于路基內(nèi)填料的壓實(shí)度都很高，而且較干燥，因此土壤電阻率會(huì)很高，甚至更高，但在接地電阻的計(jì)算中，水平接地體的長度也是不可忽略的一個(gè)因素，當(dāng)L足夠長時(shí)，土壤電阻率的大小對(duì)接地電阻值的影響是不大的。以上的計(jì)算結(jié)果歸納為下表：95mm2裸銅纜35mm2裸銅纜或（25mm2鉛包銅）水平接地電阻(埋設(shè)深度0.9m)0.6550.670水平接地電阻(埋設(shè)深度0.4m)0.6780.6954）結(jié)論綜合以上理論計(jì)算和咨詢報(bào)

18、告以及工程的實(shí)際情況，對(duì)于列車運(yùn)行速度為300350km/h的客運(yùn)專線，在采用單根接地線的情況下，綜合貫通地線的截面積至少應(yīng)為70mm2，考慮到綜合接地線的基礎(chǔ)設(shè)施地位及其重要作用和周圍環(huán)境腐蝕等因素的影響，其導(dǎo)線截面最好選取95mm2；對(duì)于列車運(yùn)行速度為200250km/h的客運(yùn)專線，考慮到系統(tǒng)負(fù)荷電流和短路電流均有一定程度的下降，綜合貫通地線的導(dǎo)線截面最好選取35mm250 mm2。根據(jù)調(diào)查資料，韓國高速鐵路一期，只在線路一側(cè)鋪設(shè)了一根截面積為70mm2的綜合貫通地線，在二期工程中，考慮到橋、隧在客運(yùn)專線中的比重較大，為便于鐵路沿線設(shè)備及器材的就近接入綜合貫通地線，采用的是線路兩側(cè)各鋪設(shè)一

19、根截面積為70mm2的綜合貫通地線。意大利的高速鐵路中是線路兩側(cè)各鋪設(shè)一根截面積為95mm2的綜合貫通地線。為便于鐵路沿線設(shè)備及器材的就近接入綜合貫通地線，在高速鐵路推薦沿鐵路全線上下行鋪設(shè)兩根綜合貫通地線方式。根據(jù)以上分析，兩根綜合貫通地線可以采取以下幾種組合方式：a、 兩根95mm2b、 一根95mm2另一根35mm2c、 一根70mm2另一根70mm2d、 兩根35mm2考慮到以上幾種組合的投資相差不大，而且中國暫無綜合貫通地線的使用經(jīng)驗(yàn)，比照國外使用情況，地下基礎(chǔ)設(shè)施按遠(yuǎn)景考慮，建議對(duì)于列車運(yùn)行速度為300350km/h的客運(yùn)專線，可暫按采用沿線路兩側(cè)各鋪設(shè)一根截面積為95mm2的綜合

20、貫通地線的方式；對(duì)于列車運(yùn)行速度為200250km/h的客運(yùn)專線，暫按采用沿線路兩側(cè)各鋪設(shè)一根截面積為35mm2的綜合貫通地線的方式。同時(shí)線路兩側(cè)的接地纜每間隔500m用同材質(zhì)、同規(guī)格的貫通線連接一次，綜合貫通地線在部分地段如需打接地極，接地極的位置、數(shù)量及工藝以滿足綜合貫通地線上的接地電阻1為原則。三、綜合貫通地線的埋設(shè)方式1、路基地段（1）、綜合貫通地線在路基地段的埋設(shè)方式如果將貫通地線埋設(shè)于距路基面不小于1.0m深度，并且每隔一定距離將引出分支銅纜引出至信號(hào)電纜槽，在站前施工中為保證路基的壓實(shí)度，只有將分支銅纜預(yù)留足夠長，甩到路基邊坡以外，待路基壓實(shí)后再順邊坡進(jìn)信號(hào)電纜槽。另外在站前的施

21、工中，由于各段路基的地質(zhì)條件不一樣，因此各段的施工進(jìn)度也不同，如果將貫通地線埋設(shè)于距路基面不小于1.0m深度，必然會(huì)大量增加綜合貫通地線的接頭點(diǎn)，降低綜合接地系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。鑒于以上原因分析，建議綜合貫通地線在路基地段的埋設(shè)方式可以采用以下兩種方式：方案I：將綜合貫通地線埋設(shè)于路基邊坡以外，由綜合貫通地線的施工單位自行挖溝埋設(shè)，在預(yù)留接地極的地方，將分支銅纜（加鋼管防護(hù)）沿路基邊坡引入通信、信號(hào)電纜槽內(nèi)。（2）、路基地段接地體的設(shè)置方式：為便于維修管理，同時(shí)考慮到如果與綜合貫通地線的分支銅纜引接點(diǎn)太多，會(huì)降低綜合接地系統(tǒng)的可靠性，因此對(duì)于路基地段接地體的設(shè)置可以采用以下方式：沿線路縱向每間隔一定距離（具體位置待施工設(shè)計(jì)時(shí)由各專業(yè)具體提出接地體的位置確定）用分支地線，一側(cè)與綜合貫通地線進(jìn)行T型（或型）連接并防護(hù)，所以綜合貫通地線的另一側(cè)向通信、信號(hào)電纜槽內(nèi)引出一接線端子，露出電纜槽部分不小于300mm，該接線端子與電纜槽內(nèi)的引接線端子排相連，引接線端子排（采用防銹、防松螺栓）在施工完后進(jìn)行封裝處理，力求做到無維護(hù)、免