城市軌道交通雜散電流的危害及其監(jiān)測系統(tǒng)的研究

摘 要：城市軌道交通的供電方式是采用直流電力牽引的方式，回流線是有一定電氣阻抗的，會產(chǎn)生雜散電流。雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)可以隨時監(jiān)測雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)的狀況，以便有關(guān)部門及時采取相應(yīng)措施，從而可以確保地鐵長期安全、可靠地運行。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；雜散電流；監(jiān)測系統(tǒng)

1 雜散電流的危害

雜散電流對地鐵系統(tǒng)中的設(shè)備和線路具有一定的腐蝕性，嚴(yán)重時會使管道由于腐蝕嚴(yán)重，而造成漏氣、漏水。針對雜散電流的危害，對軌道、線路等結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，使用了多種絕緣保護(hù)。但隨著地鐵運營時間的推移，由于受到各種因素的影響，使這些絕緣性能大大降低，并不能有效預(yù)防雜散電流。

為了保證地鐵能夠長期安全運營，應(yīng)實時監(jiān)視雜散電流的泄漏及腐蝕情況，以便有關(guān)部門能及時采取相應(yīng)的措施，因此，需要建立一套完善的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)。

2 雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

雜散電流監(jiān)控裝置由信號測量電纜、測試端子箱、微機(jī)綜合測試裝置（信號轉(zhuǎn)換箱、A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備、筆記本）組成，如圖1所示。

2.1 信號測量電纜

用于連接參比電極與測試端子箱，沿區(qū)間敷設(shè)在電纜支架上，通信電纜采用屏蔽控制電纜。

2.2 測試端子箱

安裝在變電所內(nèi)，各個測試點分布在站區(qū)內(nèi)，主要測試參考電極電位。這些測試到的電位和收集網(wǎng)的端子電位，通過信號電纜集中在一起，從而將信號傳送到信號轉(zhuǎn)換箱。

2.3 綜合測試裝置

綜合測試裝置對應(yīng)每個通道均有放大檔位調(diào)節(jié)旋鈕，主要包括信號采集機(jī)構(gòu)、放大機(jī)構(gòu)、A/D轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)和計算機(jī)處理機(jī)構(gòu)。信號采集機(jī)構(gòu)將采集到的信號傳送給放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行放大，再傳送到A/D轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)進(jìn)行采樣，采樣得到的數(shù)據(jù)存儲在計算機(jī)中進(jìn)行運算處理，最后會得到每個測試點的電位——時間曲線圖。

3 雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)的主要設(shè)備

3.1 單向?qū)ㄑb置

此裝置用于連接絕緣結(jié)兩端的鋼軌，使鋼軌中電流只能單方向流通，有效防止電流因部分鋼軌絕緣水平較差而增加整個地鐵雜散電流泄漏的數(shù)量。

主回路由8個二極管并聯(lián)組成，在二極管兩端并聯(lián)一臺額定電壓750V，額定電流3000A的直流隔離開關(guān)。在每個二極管支路均串有一個帶輔助接點的快速熔斷揣和一個分流器，它們與二次儀表室中的信號裝置共同組成了信號采集、分析和輸出系統(tǒng)。快速熔斷器與聯(lián)在每個二極管兩端的壓敏電阻、RC回路共同組成了保護(hù)系統(tǒng)。

特殊情況下，機(jī)車在緊急制動時會使用再生方式，若此時沒有另外機(jī)車吸收此機(jī)車產(chǎn)生的再生電流，極電靴上的電壓會自動升高。軌道上的單向?qū)ㄑb置、絕緣結(jié)的存在會使再生電流在軌道上不能形成回路，再生電流只能從絕緣結(jié)一側(cè)軌道流出，再流回到另一側(cè)的軌道上，導(dǎo)致絕緣結(jié)兩端產(chǎn)生較大的電位差，嚴(yán)重時會造成事故。因此，單向?qū)ㄑb置的二極管上應(yīng)該并聯(lián)消弧裝置，這樣，當(dāng)電位差高于設(shè)定值時，該裝置就會導(dǎo)通，從而降低走行軌的電位。

為保證地鐵的正常運行，單向?qū)ㄑb置的進(jìn)出線上并有隔離開關(guān)。正常運行情況下，隔離開關(guān)處于分閘狀態(tài)，電流通過二極管流通。若各支路工作均正常，信號裝置不發(fā)出信號。若出現(xiàn)了短路或其它異常情況，使快速熔斷器或二極管受到損壞，這時信號裝置根據(jù)實際情況發(fā)出故障信號。此時，合上隔離開關(guān)使絕緣結(jié)兩端鋼軌導(dǎo)通，保證負(fù)回流回路的暢通，地鐵運行不受影響。同時隔離開關(guān)還有在地鐵直流供電系統(tǒng)特殊運行方式下連通鋼軌的作用。

3.2 排流柜

軌道的絕緣降低，會使雜散電流增大，而排流柜裝置會使收集網(wǎng)中形成雜散電流的導(dǎo)通回路。排流柜既能大大降低雜散電流對金屬設(shè)備、結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕程度，同時也能防止雜散電流的泄漏，是一種有效防護(hù)雜散電流的方法。為了減少從鋼軌泄漏至地下的雜散電流對金屬導(dǎo)體產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕，最早的做法是采用直接排流法。將所內(nèi)的負(fù)極母線、所外的金屬導(dǎo)體通過導(dǎo)線連接在一起，從而使其構(gòu)成一個通路，且此通路的電阻很小。當(dāng)軌道產(chǎn)生的雜散電流流入地下金屬導(dǎo)體后，就會通過此通路流回負(fù)極母線，這樣可避免對牽引所附近金屬導(dǎo)體的腐蝕。直接排流法有明顯缺點，因為負(fù)母線的電位不總是小于地下導(dǎo)體電位，在有機(jī)車再生制動及機(jī)車在牽引所車站起動受流的情況下，負(fù)母線（或附近鋼軌）電位反而可能大于地下導(dǎo)體電位，在這種情況下，直接排流電纜的連接造成額外雜散電流增加，所以在排流電纜回路里增加二極管以避免額外雜散電流的產(chǎn)生，二極管可實現(xiàn)單向?qū)ǖ墓δ埽@種排流方法稱為選擇排流法。圖2為選擇排流法示意圖。

選擇排流法為國外地鐵普遍采用。它能有效防止雜散電流對隧道內(nèi)金屬設(shè)備，隧道結(jié)構(gòu)鋼筋的電腐蝕破壞，同時也防止了雜散電流向地鐵外部泄漏。

4 雜散電流日常維護(hù)

監(jiān)測系統(tǒng)可以監(jiān)視雜散電流對設(shè)備、管線、走行軌的腐蝕程度，若檢測到某區(qū)段的雜散電流超過標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)對軌道回路進(jìn)行測試檢查，并結(jié)合檢查結(jié)果進(jìn)行維護(hù)。

對于排流柜的維護(hù)，主要有：對柜體內(nèi)外進(jìn)行清潔，檢查柜體及周邊環(huán)境；檢查接線有無松動；對柜內(nèi)元器件及二次回路檢查；檢查電源指示是否正確，儀表指示是否正常。需要定期清掃軌道線路，如果有雜物掉落在絕緣墊和鋼軌扣件上，就會造成軌道的泄漏阻抗降低，所以需要保持線路干凈。若發(fā)現(xiàn)軌道的泄漏電阻減小，首先要對線路進(jìn)行清掃維護(hù)，若無效果，則應(yīng)啟動排流柜，可以使收集軌與負(fù)極柜形成單向?qū)ǖ幕芈罚瑥亩乐闺s散電流對設(shè)備和線路的腐蝕。需要定期測試單向?qū)ㄑb置的工作狀態(tài)，檢查監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器、轉(zhuǎn)接器、負(fù)回流電纜、收集網(wǎng)之間等部件的連接情況，如若發(fā)現(xiàn)問題，要及時修復(fù)處理。

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作者簡介：孫云霞（1987，2-），女，天津市，碩士研究生，助教，研究方向：城市軌道交通供電系統(tǒng)。