地鐵車場雜散電流偏大的原因及應對措施探討

吳 畏劉 煒

（1.成都地鐵運營有限公司，610081，成都；2.西南交通大學電氣工程學院，610031，成都∥第一作者，高級工程師）

1 現狀

關于雜散電流的問題，目前國內外的研究主要集中在理論與計算方面［1-3］，而對于雜散電流的量化測量、具體控制措施等的研究較少。文獻［4］對國內外有關過渡電阻測量的方法進行了對比，同時提出了一種基于自動排流柜的在線過渡電阻測試方法；文獻［5］采用仿真計算分析了雜散電流分布及鋼軌腐蝕的定量影響；文獻［6-7］對車輛段的雜散電流進行了測量并采取了防護措施。本文主要結合成都地鐵車場雜散電流的實際情況，探討城市軌道交通車場產生較大雜散電流的原因及防治的方法。

目前成都地鐵已開通了1、2、4號線，共有車輛段/停車場5個，每個場段內均發生過掛地線時打火或者地線發熱甚至燒傷的情況。經大量分析和測試，得出了雜散電流的量級數據：1號線紅星路停車場內雜散電流總量有600 A以上；1號線紅花堰車輛段雜散電流總量達到300 A；2號線洪柳車輛段雜散電流總量達到200 A；2號線紅光停車場雜散電流總量達到120 A；4號線文家車輛段雜散電流總量達到500 A。

2 車場異常打火發熱現象的研究

2.1 紅星路停車場電客車嚴重打火

成都地鐵1號線南延線貫通運行后，在南延線發生了多次鋼軌電位限制裝置（OVPD）大面積超限及紅星路停車場電客車燒損設備事件（如圖1所示）。調查后，排除了OVPD故障、回流電纜焊接不良、單導裝置故障等可能因素；經測試確定導致地線打火的電流為來自正線的雜散電流。由于L02-L04道鋼軌直接接地點為結構鋼筋，推測雜散電流應為從正線鋼軌泄漏至大地，然后流經車場結構鋼筋，最后從直接接地端流入L02-L04道鋼軌，再經單向導通裝置返回正線（如圖2所示）。當電客車回庫時停在絕緣節處，電客車Tc車短接鋼軌，使單向導通裝置失效，雜散電流改為經電客車Tc車回路，而由于1號線電客車Tc車并無可靠的實際接地回路，導致電客車上薄弱環節燒損。

針對該問題制定了南延線天府三街、五街鋼軌電位限制裝置投入和電客車在紅星路庫前絕緣節前停車的臨時控制措施，并且進行了加強南延線岔區軌回流、修改L02-L04道接地方式的措施。這些措施對于正線鋼軌電位越限起到了一定的控制作用，但是將L02-L04道鋼軌接地改為單獨接地極后，從整改情況來看，雖然消除了雜散電流從原接地點流回鋼軌引起電客車打火的問題，然而隨即出現了新的問題：一是停車場鋼軌電位大面積抬升，鋼軌電位限制裝置I段頻繁動作；二是造成了雜散電流路徑變化，從與結構柱相連的隔離開關底座流出，經接地刀閘和接地線流回鋼軌，在掛地線時瞬間拉弧，燒傷接地線和接觸線（如圖3所示）；三是雜散電流路徑變化后，其他未直接接地股道也發生了電客車過絕緣節打火燒損電客車設備的情況。目前針對該問題的解決方案尚在測試、研究中。

圖1 電客車庫前停車時設備燒損

圖2 電客車庫前停車時的雜散電流路徑

2.2 文家車輛段接地線端子燒損

2016年，4號線開通后不久，車輛專業人員在對接觸網送電時發現，檢修庫L11股道接地線端子處有燒損現象（如圖4所示）。經測試，發現文家車輛段內雜散電流和軌回流均達到500 A級別，已接近紅星路停車場的量級。

圖4 燒傷的接地線端子

2.3 類似現象的本質探索

1號線南延線和4號線一期兩條新線，剛開通就產生了如此大的雜散電流，不得不引起運營、建設人員對雜散電流防護的重視。同時在現場測試中還發現單向導通裝置由于消弧裝置頻繁啟動，存在較多的反向導通情況，向車場內注入了大量的軌回流，造成與雜散電流類似的嚴重后果。對于如何控制車場雜散電流及反向的軌回流，也值得廠家、設計以及建設運營人員進行更加深入的研究。

3 雜散電流控制的研究過程與策略

3.1 車場雜散電流的來源

正線鋼軌電位限制裝置合閘，曾經被懷疑是雜散電流較大的原因，由此在1號線南延線天府三街、五街進行了鋼軌電位限制裝置投退對于雜散電流大小影響的測試，結果表明這兩個鋼軌電位限制裝置對于車場雜散電流大小影響不大。在分析1號線南延線雜散電流時，也曾經懷疑過因正線鋼軌浸水導致正常鋼軌回流泄漏而引起雜散，但經過排查發現區間并無積水，排除了浸水的影響。分析表明雜散電流實際上只能是通過鋼軌泄漏進入排流網和大地。

3.2 車場雜散電流“堵”的試驗

按照供電系統雜散電流腐蝕防護設計“以防為主，以排為輔，防排結合，加強監測”的原則，首先的思路是能否堵，即切斷雜散電流通過排流網泄漏的路徑。因此，在廣都到紅星路區間進行了200 m左右斷開主、輔收集網連接端子的試驗。結果表明，紅星路停車場的雜散電流并無明顯減小，這也說明雜散電流無法被徹底阻斷，大地、區間電纜支架和架空地線等都可能是其回路，僅靠堵無法切斷雜散電流。

3.3 車場軌回流反向注入的控制

在進行雜散電流監測的過程中，發現測試的“雜散電流”具有一定“低頻交流”規律，即電流的大小、方向存在類似于交流電流交變的情況。進一步分析發現，由于單向導通裝置中設置了消弧回路，用于防止兩端鋼軌電位差過大而引起電客車輪對通過時打火，其啟動條件為10～100 V，實際測試時發現單向導通裝置兩端鋼軌電位差達到了20 V以上，可使單向單通裝置消弧回路啟動，形成了實際上的反向導通，這時監測到的“雜散電流”實際上是軌回流。對于這種軌回流反向引入車場的問題，可以有兩個研究方向：一是控制消弧回路的啟動電壓，但具體線路不同時其設置值也可能不同；二是增加判斷列車通過的條件，僅當列車通過時才導通消弧回路。

3.4 車場雜散電流量級控制

在現階段準備進行的研究測試中，包括對鋼軌縱向電阻、鋼軌對地過渡電阻的實際測試。根據測試結果，將引出能否控制雜散電流大小，采用何種措施控制的問題；同時文獻［4］的研究表明：排流柜投入時，雖然增大了鋼軌漏泄的電流量，但由于排流網能夠很好地收集雜散電流，排流網向外界泄漏電流沒有明顯增加。因此可以研究投入排流柜后，能否將雜散電流控制在正線區域內從而防止其進入車場的問題，這些將是下一步的研究課題。

4 現階段的應對措施及建議

較大的雜散電流泄漏入車場引起的危害已不單單是掛地線發熱打火、燒損設備，而是在整個車場檢修庫內形成了危險源，例如在紅星路停車場的測試表明，電客車檢修護欄和平臺欄桿由于安裝在車輛段地面和結構柱上，事實上已經成為雜散電流泄漏的通路，在上面掛接地線時出現了打火花現象，同時也監測到了較大的電流通過，這對于車輛檢修人員存在安全隱患。另外特別要指出的是，車輛段內沒有雜散電流監測裝置，對結構鋼筋形成的腐蝕隱患無法評估。對于目前發現的具體問題，有以下一些針對性的措施及建議研究方向。

（1）解決電客車跨絕緣節停車的打火問題，應要求電客車的拖車務必接入可靠的接地回路以加強其電流承受能力，對于已有未在拖車回路安裝可靠接地回路的電客車，應改變停車方式，在絕緣節前停車。

（2）解決車輛檢修掛地線打火的問題，可以研究改變手動隔離開關的安裝形式［5］，切斷雜散電流通路，并且需同時研究與大地、結構柱連接的金屬構件絕緣問題；另外可以采用自動接掛地線裝置等新設備，將雜散電流改為由設備的刀閘承受，以減少人身安全隱患，同時提高檢修作業效率。

（3）要解決好雜散電流防治等對運營影響較深遠的問題，除了做一些針對性的防范措施外，仍需繼續深入研究其本質及解決方案。建議科研單位研究防止單向導通裝置反向導通將軌回流大量、頻繁引入車輛段的措施；建議建設和運營單位應推動鋼軌絕緣性能提升等專題科研項目、推進自動接地裝置等相關的新產品和新技術應用，聯合科研單位開展必要的建設期鋼軌電阻測試、運營期雜散綜合測試分析等工作；建議設計單位綜合考慮車場增加雜散電流防護和監測的設施，研究車場布置專用雜散電流收集網以保護結構鋼筋的可行性和方案，并且在具體雜散電流防護措施的落實上提出加強軌道絕緣、隔離開關絕緣安裝、鋼軌及金屬結構與結構絕緣的方案[6]，具體設計時應綜合考慮供電、接觸網、土建、軌道、車輛段工藝等專業。

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