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鋼軌電位偏高的整治及測(cè)試驗(yàn)證分析

2015-06-29 02:35:58羅亞敏
城市軌道交通研究 2015年9期

羅亞敏

(廣州地鐵總公司運(yùn)營(yíng)總部,510380,廣州∥工程師)

地鐵運(yùn)營(yíng)線路列車(chē)牽引采用直流1 500 V 供電系統(tǒng),其負(fù)極回路通過(guò)鋼軌回流到電源負(fù)極。由于運(yùn)行電流和短路電流的存在,可能會(huì)引起負(fù)回流回路和大地間產(chǎn)生超出安全許可的接觸電壓。軌電位限制裝置是為了保證檢修人員的人身安全而設(shè)置的,當(dāng)鋼軌電位異常升高時(shí),軌電位限制裝置合閘,以降低鋼軌電位。但是鋼軌電位限制裝置長(zhǎng)期頻繁動(dòng)作或合閘會(huì)給軌行區(qū)的設(shè)備帶來(lái)不好的影響,可能造成一定的電化學(xué)腐蝕,會(huì)銹蝕鋼筋等結(jié)構(gòu),威脅地鐵的運(yùn)營(yíng)安全。為此,本文就如何有效地降低鋼軌電壓并驗(yàn)證其整治效果作一探討。

1 鋼軌電位偏高的原因分析

電流通路是直流牽引系統(tǒng)與交流牽引系統(tǒng)的最大區(qū)別之一。直流牽引系統(tǒng)的回流子系統(tǒng)必須考慮雜散電流對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋及沿線金屬管線的電腐蝕。為此,直流牽引系統(tǒng)的鋼軌全部采用絕緣安裝方式。直流牽引系統(tǒng)的理想電流通路如圖1所示。從圖1可知,在正常情況下的電流通路如下:直流正母線→接觸網(wǎng)→列車(chē)→回流軌→負(fù)母線,少許泄漏電流通過(guò)大地回路回到直流電源負(fù)極。

圖1 直流牽引系統(tǒng)電流通路示意圖

走行軌作為回流通路的主干線,正線單根鋼軌的電阻值約為30 mΩ/km,當(dāng)合理設(shè)置均流電纜后,此電阻值將減小,一般小于20 mΩ/km。若忽略其他因素,則3 000 A 的電流引起的鋼軌壓降也僅有60 V/km,這一電壓水平小于軌電位限制裝置的動(dòng)作設(shè)定值。

由于回流通路中存在許多接續(xù)頭,例如,鋼軌?mèng)~尾板跳線連接處、道岔的回流跳線連接處、回流電纜與鋼軌的連接處、回流電纜與回流箱母排及負(fù)極柜的連接處等。當(dāng)接頭處采用螺栓連接時(shí),接頭處的電阻很大程度上取決于緊固外力的大小;當(dāng)接頭處采用漲釘連接時(shí),接頭處的電阻又取決于漲釘與鋼軌的密貼程度。因此,采用上述連接方案其可靠程度并不可控,特別是電纜與鋼軌的連接處,若采用漲釘連接或螺栓連接時(shí),由于鋼軌與電纜端子頭并不能實(shí)現(xiàn)完全密貼安裝,盡管在初始安裝階段通過(guò)對(duì)接觸面的除銹處理可起到降低接觸電阻的作用,但隨著時(shí)間的推移,接觸面處鋼軌銹蝕程度逐步加重,該處的接觸電阻也將逐步增加,嚴(yán)重時(shí)可以達(dá)到歐姆級(jí),遠(yuǎn)大于回流鋼軌電阻。而直流牽引回路的電流一般均在1 000 A 以上,因此,在接觸電阻較大的點(diǎn)處,其電壓極為可觀,這是引起鋼軌電位升高的主要原因。

2 整改措施

本文對(duì)鋼軌電位過(guò)高的整治主要是在既有線路絕緣性能一定的情況下,從降低負(fù)回流回路電阻方面進(jìn)行改進(jìn),通過(guò)增加回流電纜、均流電纜及鋼軌接續(xù)電纜以達(dá)到增大通流能力、降低回路電阻,從而降低軌電位的目的。其整改措施如下:

1)減少負(fù)回流子系統(tǒng)的回流電阻,增加各類(lèi)線纜通流能力

2)增加均流電纜:在降壓所車(chē)站兩端上下行之間的均流電纜,其數(shù)量、截面應(yīng)大于牽引所車(chē)站的設(shè)置。在長(zhǎng)大區(qū)段,須按規(guī)定的間隔距離設(shè)置上下行鋼軌間的均流電纜。在牽引所處,除負(fù)極電纜作為均流電纜外,車(chē)站兩端上下行間單獨(dú)設(shè)置均流電纜。

3)應(yīng)采取有效措施,例如,增加接續(xù)電纜數(shù)量、加增截面等以減少鋼軌接頭處的電阻,嚴(yán)格控制鋼軌單位長(zhǎng)度電阻值。

4)對(duì)目前電焊機(jī)的焊接方式,存在接觸電阻大、容易出現(xiàn)虛焊、焊接質(zhì)量差異大、不易檢測(cè)焊接質(zhì)量等問(wèn)題。可在鋼軌上預(yù)設(shè)電纜轉(zhuǎn)接銅母排,用于各類(lèi)回流子系統(tǒng)電纜的連接。

現(xiàn)選取廣州地鐵8號(hào)線琶洲—萬(wàn)勝?lài)鷧^(qū)段為試驗(yàn)段,并采取了以下整改措施:

1)在鋼軌接頭處,增加2×150 mm2接續(xù)電纜,以加大通流截面積。

2)在道岔尖軌區(qū)段、岔心區(qū)段,采用2×150 mm2的跳線電纜。

3)在長(zhǎng)大線路區(qū)段或單連供電區(qū)段,另行敷設(shè)回流電纜與鋼軌并聯(lián),以減少負(fù)回流回路電阻。

4)在每個(gè)車(chē)站兩端的上下行線路間,除鋼軌電位裝置連接電纜、道岔接續(xù)電纜外,須設(shè)置獨(dú)立的上下行間直接相連的(不經(jīng)過(guò)變電所鋼軌電位、負(fù)極母排等設(shè)備)均流電纜。

3 整治效果的驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)方案

為驗(yàn)證整治后效果如何,在非運(yùn)營(yíng)期間,采用2列電客車(chē)在萬(wàn)勝?lài)弥迏^(qū)段上下行線同時(shí)以100%牽引力達(dá)到最大牽引取流,模擬該區(qū)段運(yùn)營(yíng)時(shí)最大供電負(fù)荷情景(見(jiàn)圖2)。

在采取整改措施前后,2列電客車(chē)在萬(wàn)勝?lài)弥迏^(qū)段上下行線同時(shí)以100%牽引力最大牽引取流在最短時(shí)間內(nèi)將運(yùn)行速度提升到80 km/h,并來(lái)回運(yùn)行各三次。對(duì)采取整改措施前后在變電所內(nèi)收集到的同一站點(diǎn)鋼軌電位進(jìn)行比對(duì),以得出測(cè)試結(jié)果。

圖2 運(yùn)行線路圖

3.2 測(cè)試結(jié)果分析

鋼軌電位測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 鋼軌電位測(cè)試數(shù)據(jù)表 V

直流饋線開(kāi)關(guān)電流電壓測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 整改措施實(shí)施前后琶洲變電所直流饋線開(kāi)關(guān)電流電壓測(cè)量結(jié)果表

如表1所示,琶洲站在整改措施實(shí)施前后鋼軌電位變化不明顯,最大值相差不超過(guò)5 V,平均值相差不超過(guò)1 V;萬(wàn)勝?lài)驹谡拇胧?shí)施后鋼軌電位最大值下降約6 V,平均值下降較明顯,約為20 V 左右。同時(shí)在整改措施實(shí)施前、后通過(guò)示波器測(cè)量直流饋線開(kāi)關(guān)的電流電壓,2 列車(chē)后211、212直流饋線開(kāi)關(guān)取流情況無(wú)明顯差異,說(shuō)明整改措施實(shí)施前、后列車(chē)取流情況基本一致。

測(cè)試數(shù)據(jù)顯示:采用整改措施后萬(wàn)勝?lài)镜匿撥夒娢恢涤兴陆担撥夒娢黄骄涤忻黠@改善;對(duì)琶洲站的效果微弱。

4 結(jié)語(yǔ)

鋼軌電位限制裝置電壓偏高屬于軌道交通直流牽引的一個(gè)技術(shù)難題,其成因相對(duì)比較復(fù)雜,涉及到列車(chē)牽引負(fù)荷電流、鋼軌電阻、鋼軌相關(guān)負(fù)回流設(shè)備絕緣等因素。從以上驗(yàn)證測(cè)試來(lái)看,采用整改措施后鋼軌電位有所降低,但還需作進(jìn)一步的改進(jìn)研究。

[1]董文敏,何文繼.城市軌道交通鋼軌電阻測(cè)量及電耗研究[J].城市軌道交通研究,2002(2):47.

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