城軌雜散電流與鋼軌電位限制裝置的關(guān)系探討

1、 城軌雜散電流與鋼軌電位限制裝置的關(guān)系探討 林捷摘 要：在城市軌道交通系統(tǒng)中，會(huì)同時(shí)存在鋼軌電位過(guò)高以及雜散電流過(guò)大的問(wèn)題。一方面，當(dāng)鋼軌電位超過(guò)限定值時(shí)，鋼軌電位限制裝置就會(huì)通過(guò)接觸器動(dòng)作，將鋼軌與大地快速短接，達(dá)到保障人身安全的目的。但同時(shí)由于鋼軌電位限制裝置閉合時(shí)，將會(huì)造成通過(guò)鋼軌泄漏的雜散電流增大，對(duì)金屬管線的腐蝕更大。另一方面，在雜散電流的防護(hù)過(guò)程中，雖然排流網(wǎng)的投入，可以有效地減少雜散電流的危害，但在泄漏雜散電流的時(shí)候，也會(huì)引起鋼軌電位的增大，可能引發(fā)鋼軌電位限制裝置動(dòng)作。所以，兩者是互相影響的。Key：雜散電流 鋼軌電位限制裝置 防護(hù)措施：U231.8 ：A ：1672-3791

2、（2019）12（a）-0062-021 雜散電流簡(jiǎn)介1.1 雜散電流定義在城市軌道交通供電系統(tǒng)中，由于采用的是直流供電，電流從牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由饋電線、接觸網(wǎng)、電動(dòng)列車(chē)、走行軌、回流線返回牽引變電所負(fù)極。由于鋼軌與隧道或道床等結(jié)構(gòu)之間的絕緣電阻不是無(wú)窮大，這樣會(huì)造成部分電流不從鋼軌回流，而是通過(guò)沿線的道床鋼筋、隧道、高架橋或建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋或土壤回流到牽引變電所（甚至不回流而散入大地），這一部分電流就是雜散電流（見(jiàn)圖1）。雜散電流對(duì)城市軌道交通的危害很大，首先，若地下雜散電流流入電氣接地裝置，會(huì)引起過(guò)高的接地電位，使某些設(shè)備無(wú)法正常工作。其次，若鋼軌局部或整體對(duì)地的絕緣變差，則此鋼軌

3、對(duì)地的泄露電流增大，地下雜散電流增大，這樣就有可能引起牽引變電所的框架保護(hù)動(dòng)作。更嚴(yán)重的是，對(duì)城市軌道隧道、道床或其他建筑物的結(jié)構(gòu)鋼以及地下的金屬管線造成電腐蝕。因此，雜散電流的腐蝕防護(hù)和綜合治理對(duì)城市軌道交通的安全、可靠運(yùn)行具有重要的意義。1.2 雜散電流的防護(hù)雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)的功能是減少因直流牽引供電引起的雜散電流并防止其對(duì)外擴(kuò)散，避免對(duì)道床、金屬管道等的腐蝕，主要從“防”和“排”兩方面來(lái)談雜散電流的綜合治理。1.2.1 “防”的具體措施（1）合理設(shè)置牽引變電所，牽引變電所間距不宜過(guò)長(zhǎng)。（2）牽引網(wǎng)采用雙邊供電。（3）加強(qiáng)走行軌對(duì)地絕緣。主要有在走行軌下設(shè)置絕緣墊、讓走行軌對(duì)地保持一定

4、間隙、合理設(shè)置道床排水溝、合理設(shè)置道床混凝土4種方法。（4）降低走行軌的電阻值，保持牽引回流通路順暢。（5）重視日常運(yùn)營(yíng)維護(hù)。1.2.2 “排”的具體措施雖然雜散電流的防護(hù)能夠有效減少雜散電流產(chǎn)生，但隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，走行軌對(duì)地絕緣水平會(huì)下降，雜散電流會(huì)超標(biāo)，此時(shí)可考慮投入排流裝置。所謂“排”就是在床下設(shè)置排流網(wǎng)，使泄漏的雜散電流從排流網(wǎng)集中收集、集中監(jiān)測(cè)、集中控制。采用排流法進(jìn)行雜散電流的腐蝕防護(hù)時(shí)，在正線的牽引變電所內(nèi)需設(shè)置排流柜。其一端通過(guò)電纜與牽引變電所負(fù)極柜相連接，另一端與雜散電流收集網(wǎng)的排流端子相連接。排流柜通過(guò)其控制裝置與雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)通信電纜連接，實(shí)現(xiàn)雜散電流的實(shí)時(shí)監(jiān)控

5、。2 鋼軌電位限制裝置簡(jiǎn)介由于鋼軌與大地間存在電阻，當(dāng)流向大地的雜散電流不斷增大時(shí)，鋼軌與大地之間產(chǎn)生電位差，特別是大雙邊供電或系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，鋼軌對(duì)地電位有可能很高。列車(chē)與鋼軌是等電位的，乘客有可能通過(guò)列車(chē)車(chē)體接觸到這一高電位，特別是站臺(tái)上安裝了屏蔽門(mén)之后，由于站臺(tái)屏蔽門(mén)保護(hù)接地直接與鋼軌相連，更增加了乘客接觸鋼軌高電位的幾率。為保護(hù)車(chē)站乘客和運(yùn)營(yíng)維護(hù)人員的人身安全，就需要在每個(gè)車(chē)站變電所裝設(shè)一套鋼軌電位限制裝置，在車(chē)站范圍鋼軌過(guò)高電位時(shí)，鋼軌電位限制裝置動(dòng)作將鋼軌與地短接，鋼軌與地等電位，避免接觸電壓超出安全許可值。軌電位限制裝置由接觸器、晶閘管回路、測(cè)量和操作回路、信號(hào)接口端子、保護(hù)

6、裝置、PLC等組成?？刂圃聿捎昧碎]環(huán)控制，即使在輔助電源失去的情況下，也可以保證將鋼軌和大地短接，保證人身安全。一般正常情部，直流接觸器的觸頭是斷開(kāi)的;但是當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，鋼軌電位限制裝置會(huì)通過(guò)三級(jí)電壓檢測(cè)系統(tǒng)控制短路裝置與大地有效短接。（1）第一級(jí)電壓檢測(cè)U（90V），延時(shí)0.8S直流接觸器動(dòng)作，將鋼軌與大地短接，經(jīng)10S延時(shí)后恢復(fù)斷開(kāi)。（2）第二級(jí)電壓檢測(cè)U（150V），無(wú)延時(shí)短接，接觸器將閉鎖，保持合閘狀態(tài)。（3）第三級(jí)電壓檢測(cè)U（600V），晶閘管快速接通，在接觸器閉合后，晶閘管恢復(fù)高阻狀態(tài)，此時(shí)接觸器將閉鎖，保持合閘狀態(tài)。當(dāng)短路裝置短接時(shí)，若在鋼軌和大地之間仍有一個(gè)電壓，則設(shè)備被認(rèn)為

7、出了故障，此時(shí)將由接點(diǎn)向SCADA系統(tǒng)發(fā)出故障信息。當(dāng)電壓檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到鋼軌與地之間低于2V持續(xù)時(shí)間超過(guò)24h，則設(shè)備也被認(rèn)為出了故障，此時(shí)接觸器閉合，并由接點(diǎn)向SCADA系統(tǒng)發(fā)出故障信息。3 雜散電流與鋼軌電位限制裝置的關(guān)系在城市軌道交通系統(tǒng)中，會(huì)同時(shí)存在鋼軌電位過(guò)高以及雜散電流過(guò)大的問(wèn)題。一方面，當(dāng)鋼軌電位超過(guò)限定值時(shí)，鋼軌電位限制裝置就會(huì)通過(guò)接觸器動(dòng)作，將鋼軌與大地快速短接，達(dá)到保障人身安全的目的。但同時(shí)由于鋼軌電位限制裝置閉合時(shí)，將會(huì)造成通過(guò)鋼軌泄漏的雜散電流增大，對(duì)金屬管線的腐蝕更大。另一方面，在雜散電流的防護(hù)過(guò)程中，雖然排流網(wǎng)的投入，可以有效地減少雜散電流的危害，但在泄漏雜散電流的時(shí)候，也會(huì)引起鋼軌電位的增大，可能引發(fā)鋼軌電位限制裝置動(dòng)作。所以，兩者是互相影響的。但是，由于鋼軌電位限制裝置是通過(guò)限制鋼軌電位來(lái)控制電壓，保護(hù)的是人身安全，其重要程度比排流柜更高，所以，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)出現(xiàn)鋼軌電位超過(guò)規(guī)定值時(shí)，鋼軌電位限制裝置必須得動(dòng)作。此時(shí)，為了防止鋼軌電位限制裝置與排流柜通過(guò)大地連接導(dǎo)致雜散電流劇增，需要對(duì)排流柜進(jìn)行短暫的屏蔽，待鋼軌電位限制裝置斷開(kāi)后再投入排流柜。在這里流需要通過(guò)Scada系統(tǒng)在后臺(tái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)鋼軌電位限制裝置及排流柜進(jìn)行連鎖控制，達(dá)到最優(yōu)的控制方案。Reference1 徐亞輝.城市軌道交通供變電技術(shù)M.北京：機(jī)械