地鐵車場雜散電流偏大的原因及應(yīng)對措施探討

吳 畏劉 煒

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

1 現(xiàn)狀

關(guān)于雜散電流的問題，目前國內(nèi)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(xiàn)［4］對國內(nèi)外有關(guān)過渡電阻測量的方法進(jìn)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(xiàn)［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(xiàn)［6-7］對車輛段的雜散電流進(jìn)行了測量并采取了防護(hù)措施。本文主要結(jié)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(chǎn)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(nèi)均發(fā)生過掛地線時打火或者地線發(fā)熱甚至燒傷的情況。經(jīng)大量分析和測試，得出了雜散電流的量級數(shù)據(jù)：1號線紅星路停車場內(nèi)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(dá)到300 A；2號線洪柳車輛段雜散電流總量達(dá)到200 A；2號線紅光停車場雜散電流總量達(dá)到120 A；4號線文家車輛段雜散電流總量達(dá)到500 A。

2 車場異常打火發(fā)熱現(xiàn)象的研究

2.1 紅星路停車場電客車嚴(yán)重打火

成都地鐵1號線南延線貫通運(yùn)行后，在南延線發(fā)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(shè)備事件（如圖1所示）。調(diào)查后，排除了OVPD故障、回流電纜焊接不良、單導(dǎo)裝置故障等可能因素；經(jīng)測試確定導(dǎo)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(diǎn)為結(jié)構(gòu)鋼筋，推測雜散電流應(yīng)為從正線鋼軌泄漏至大地，然后流經(jīng)車場結(jié)構(gòu)鋼筋，最后從直接接地端流入L02-L04道鋼軌，再經(jīng)單向?qū)ㄑb置返回正線（如圖2所示）。當(dāng)電客車回庫時停在絕緣節(jié)處，電客車Tc車短接鋼軌，使單向?qū)ㄑb置失效，雜散電流改為經(jīng)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(dǎo)致電客車上薄弱環(huán)節(jié)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(jié)前停車的臨時控制措施，并且進(jìn)行了加強(qiáng)南延線岔區(qū)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(dú)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(diǎn)流回鋼軌引起電客車打火的問題，然而隨即出現(xiàn)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(jié)構(gòu)柱相連的隔離開關(guān)底座流出，經(jīng)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(fā)生了電客車過絕緣節(jié)打火燒損電客車設(shè)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(shè)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(yè)人員在對接觸網(wǎng)送電時發(fā)現(xiàn)，檢修庫L11股道接地線端子處有燒損現(xiàn)象（如圖4所示）。經(jīng)測試，發(fā)現(xiàn)文家車輛段內(nèi)雜散電流和軌回流均達(dá)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(xiàn)象的本質(zhì)探索

1號線南延線和4號線一期兩條新線，剛開通就產(chǎn)生了如此大的雜散電流，不得不引起運(yùn)營、建設(shè)人員對雜散電流防護(hù)的重視。同時在現(xiàn)場測試中還發(fā)現(xiàn)單向?qū)ㄑb置由于消弧裝置頻繁啟動，存在較多的反向?qū)ㄇ闆r，向車場內(nèi)注入了大量的軌回流，造成與雜散電流類似的嚴(yán)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(shè)計以及建設(shè)運(yùn)營人員進(jìn)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(jīng)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(jìn)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(jié)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(jīng)懷疑過因正線鋼軌浸水導(dǎo)致正常鋼軌回流泄漏而引起雜散，但經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)區(qū)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(jìn)入排流網(wǎng)和大地。

3.2 車場雜散電流“堵”的試驗

按照供電系統(tǒng)雜散電流腐蝕防護(hù)設(shè)計“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)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(wǎng)泄漏的路徑。因此，在廣都到紅星路區(qū)間進(jìn)行了200 m左右斷開主、輔收集網(wǎng)連接端子的試驗。結(jié)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(qū)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(jìn)行雜散電流監(jiān)測的過程中，發(fā)現(xiàn)測試的“雜散電流”具有一定“低頻交流”規(guī)律，即電流的大小、方向存在類似于交流電流交變的情況。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，由于單向?qū)ㄑb置中設(shè)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(fā)現(xiàn)單向?qū)ㄑb置兩端鋼軌電位差達(dá)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?qū)ǎ@時監(jiān)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(shè)置值也可能不同；二是增加判斷列車通過的條件，僅當(dāng)列車通過時才導(dǎo)通消弧回路。

3.4 車場雜散電流量級控制

在現(xiàn)階段準(zhǔn)備進(jìn)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(jù)測試結(jié)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(xiàn)［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(wǎng)能夠很好地收集雜散電流，排流網(wǎng)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(qū)域內(nèi)從而防止其進(jìn)入車場的問題，這些將是下一步的研究課題。

4 現(xiàn)階段的應(yīng)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(fā)熱打火、燒損設(shè)備，而是在整個車場檢修庫內(nèi)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(hù)欄和平臺欄桿由于安裝在車輛段地面和結(jié)構(gòu)柱上，事實上已經(jīng)成為雜散電流泄漏的通路，在上面掛接地線時出現(xiàn)了打火花現(xiàn)象，同時也監(jiān)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(nèi)沒有雜散電流監(jiān)測裝置，對結(jié)構(gòu)鋼筋形成的腐蝕隱患無法評估。對于目前發(fā)現(xiàn)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(jié)停車的打火問題，應(yīng)要求電客車的拖車務(wù)必接入可靠的接地回路以加強(qiáng)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(yīng)改變停車方式，在絕緣節(jié)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(guān)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(jié)構(gòu)柱連接的金屬構(gòu)件絕緣問題；另外可以采用自動接掛地線裝置等新設(shè)備，將雜散電流改為由設(shè)備的刀閘承受，以減少人身安全隱患，同時提高檢修作業(yè)效率。

（3）要解決好雜散電流防治等對運(yùn)營影響較深遠(yuǎn)的問題，除了做一些針對性的防范措施外，仍需繼續(xù)深入研究其本質(zhì)及解決方案。建議科研單位研究防止單向?qū)ㄑb置反向?qū)▽④壔亓鞔罅俊㈩l繁引入車輛段的措施；建議建設(shè)和運(yùn)營單位應(yīng)推動鋼軌絕緣性能提升等專題科研項目、推進(jìn)自動接地裝置等相關(guān)的新產(chǎn)品和新技術(shù)應(yīng)用，聯(lián)合科研單位開展必要的建設(shè)期鋼軌電阻測試、運(yùn)營期雜散綜合測試分析等工作；建議設(shè)計單位綜合考慮車場增加雜散電流防護(hù)和監(jiān)測的設(shè)施，研究車場布置專用雜散電流收集網(wǎng)以保護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋的可行性和方案，并且在具體雜散電流防護(hù)措施的落實上提出加強(qiáng)軌道絕緣、隔離開關(guān)絕緣安裝、鋼軌及金屬結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)絕緣的方案[6]，具體設(shè)計時應(yīng)綜合考慮供電、接觸網(wǎng)、土建、軌道、車輛段工藝等專業(yè)。

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