减少电气化铁道的大地回流降低轨道电位
——安装综合接地系统
摘要：
本文从电气化铁道牵引供电电流的一般回流过程及主要路径，分析了大地回流及轨道电位产生的原因及危害，并从各种供电方式原理分析对比中提出了安装综合接地系统，用以减少大地回流、降低轨道电位、完善供电方式的迫切必要性，同时对综合接地系统作了简要介绍。
引言：
电气化铁道牵引电流是机车受电弓通过接触导线取流并向机车供电的电流，牵引电流必须具备回流路径。由于考虑了电流路径要构成闭合回路，按照能量守恒，总的回流应等于流经接触线的电流。为最大限度地减少十分有害的大地回流，迅速消除短路故障状态下钢轨和大地之间的电位差，保障人身安全和电气化铁道系统设备安全，应该采用综合接地系统，沿电气化铁道敷设贯通地线，这是完善供电方式的一项重要举措，也是适应当前我国大规模建设大功率、高密度、高速铁路以及地质条件复杂的山区铁路形势的迫切需要。
1.电气化铁道牵引电流的大地回流不容忽视 1.1牵引电流的一般回流过程及主要路径。
牵引变电所 接触线 轨道 大地
图1 牵引电流一般回流示意图
如图所示，牵引电流是由牵引变电所馈出，沿接触导线送给电力机车，然后经轨道和大地流回牵引变电所。
1.2一般情况下，经大地流入牵引变电所的电流比例还相当大。
走行轨可作为回流的导体，但由于钢轨敷设在地面上，其长度远远大于宽度，其纵向电阻的存在以及交流牵引网在其周围空间存在电场和产生交变磁场，接触网与地回路，轨道与地回路存在感性耦合，必然导致部分回流流入大地，再经大地流回牵引变电所的接地系统。在实际中，电路参数的分析与测定基本上是按该回路构成进行的，即牵引网架空线路与地形成一个回路，轨道与地形成另一个回路，基于这种情况可以对地中电流的值作近似计算。
单线区段：一般单线区段接触网等效电路如下图所示：
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Z12 Id IZ1 Z2 Jg Z1-Z12 Z2-Z12 Z12 Id Ig 图2 一般单线区段接触网等效电路示意图
图中Z1与Z2分别表示接触网与地回路和轨道与地回路的自阻抗，Z12表示两回路的互阻抗，I为流经接触网的总电流，其中一路Ig流经钢轨，另一路为地中电流Id，其电流分配系数为：
钢轨电流分配系数：Kg= Ig/I= Z12/Z2
地中电流分配系数： Kd= Id/I=(Z2 -Z12）/Z2
根据电路原理，代入接触网一般单链形悬挂实际数据，经过计算（计算过程从略），可求得：
Z1=0.228+j0.686 Z2=0.198+j0.560 Z12=0.05+j0.315
因此可得Kg= Z12/Z2= (0.05+j 0.315)/(0.198+j0.560)=0.536∠10.50 Kd=( Z2-Z12)/ Z2= (0.148+j0.245)/(0.198+j0.560)=0.481∠-11.60
说明在一般单线情况下，轨道电流约为牵引网电流的53.6%，地中电流约为牵引网电流的48.1%，将近有50%牵引电流入地。
复线区段：实际有3个感应回路：①上行接触网与地回路；②下行接触网与地回路；③轨道与地回路。①和②同时在③中感
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应电流。
I1 u1 Z1 Z13 Z12 I2 u2 Z2 Z3 Ig Z23 图3 复线区段接触网感应回路示意图
图中Z1、Z2、Z3均表示其自阻抗，Z13、Z23、Z12均表示其互阻抗，I1为上行接触网电流，I2为下行接触网电流，设I为总电流，因此，I=I1+I2 (1)
对钢轨—地回路可有平衡方程式： Z13I1+Z23I2+Z3Ig=0且Z12=Z13 (2) (1)式与(2)式合并
求得轨道电流分配系数 Kg=Z13/Z3
地中电流分配系数 Kd=(Z3-Z13)/Z3
根据电路原理，代入接触网复线链形悬挂有关实际数据经过计算（计算过程略），可求得
Z3=0.124+j0.445 Z13=0.05+j0.307
因此可得 Kg=(0.05+j0.307)/(0.124+j0.445)=0.673∠6.30
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Kd=(0.074+j0.138)/(0.124+j0.445)=0.340∠-12.60
由此可知，一般复线情况下，轨道电流约为上、下行牵引网总电流的67.3%；地中电流约为34%，即在复线情况下，约有1/3的牵引电流入地。
1.3地中电流危害严重。
大地包含了组成大地外壳的所有类型的土壤和岩石，它能传导电流，像金属一样土壤也有电阻。人们习惯认为，大地任一点的电位都等于零，但实际由于大地并不是一个均匀介质，土壤导电率的值处处随土质而异。特别是当地下设有金属管道或金属表皮电缆时，地中电流将很大程度地集中沿金属管道流通，随之使金属温度升高，另外，由于电流在其中产生电压降而使金属物出现对地电压，与铁路并行的金属导体包括电缆、管道，愈靠近铁路，上述现象就愈加显著，温度升高将加速金属腐蚀，对地电压超过规定值时还将危及操作人员的安全。
1.4走行轨对地电位升高危及行人及周围铁路系统设备使用安全。
钢轨无论是钉固在轨枕上还是敷设在混凝土整体道床上，部分回流经过走行轨漏泄到大地中，使轨道产生对地电位，在正常运行过程中，高达上千安培，走行轨和列车的导电部分产生可接近电压，但该电压存在潜在的危险，因为流经大地的电流愈强，危险性就愈大，如错车时钢轨对大地的电压出现叠加，使轨电位增加一倍，万一发生接触网断线，发生短路，更使轨电位骤升，
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减少电气化铁道的大地回流降低轨道电位_敷设贯通地线
