地鐵接觸網短路狀態下鋼軌電位和限壓保護裝置論述

任維維

摘要：本文將在地鐵接觸網的基礎上，對地鐵接觸網短路狀態下的鋼軌電位進行詳細分析，然后對地鐵接觸網短路狀態下的限壓保護裝置的應用進行系統論述，以此為地鐵接觸網的運行安全和晶閘管的正確選擇提供有效幫助。

關鍵詞：地鐵;接觸網;短路;鋼軌電位;限壓保護裝置

1地鐵供電系統基本組成

地鐵供電系統由牽引整流器、接觸網、回流網、配電盤和各種保護裝置組成?；亓骶W包括軌道網和排水網。軌道用于牽引回流，當列車在特定的供電臂下運行時，利用排流網收集空閑電流，在相應的供電區域內由鋼軌產生對地電位。這一隱患對工作人員和設備的安全，特別是車站和車輛段的工作人員，構成了極大的威脅。

2地鐵接觸網供電方式

地鐵供電網的單個供電臂采用雙邊供電方式，即供電臂兩端的整流器同時供電，整流器的正極通過饋線與機庫相連，負極是通過與鋼軌的反饋，使排水管網位于與鐵路走向相對應的閾值以下，起到分散電能收集的作用。在大多數情況下，散射電流很小，且排水網絡未投入運行，即排水網絡與整流器的負極分離。

3地鐵接觸網短路狀態下鋼軌電位保護裝置對地電位和電流

3.1鋼軌電位限制裝置工作流程

如上圖所示，在車站區域（車輛段）安裝地鐵OVPD保護裝置，以監測軌道與排水網絡（地板）之間的電位。一旦軌道地電位超過規定值，OVPD保護裝置中的電路將監測點的軌道短路至地面相接，此時鉗制軌道（鋼軌）電位為零。當OVPD裝置發現A和B之間的絕對電壓超過600V時，它立即向T1和T2晶閘管發送觸發脈沖。如果點A的電位高于點B的電位，則晶閘管T1啟用;否則，晶閘管T2接通。通過快速導電的晶閘管可以快速閉合兩點A和B，然后接觸器觸點閉合。晶閘管兩端因短接觸而恢復停止狀態，這一順序動作為人員和設備的安全提供了有效保證。

3.2鋼軌電位限制裝置處電位在供電網絡短路時的狀態

由上文可知，本文所論述的是將鋼軌電位限制裝置安裝在車站軌行區內距離整流器位置150M的A點處的情況，其中，A、B兩點的電壓也可以用來表示該裝置監測鋼軌的對地電位。

在整流器1和整流器2的情況下，存在正-負短路和電源排流（地）正極短路的可能性和風險，即C對D和E短路，圖2中的G在H和J上短路。由此可見，鋼軌和接觸網存在短路的可能性和風險，圖2中的F點對A點短路。

3.3供電網絡短路時流過OVPD裝置的短路電流

經仿真試驗后得出，C對D短路，C對E短路，F對A短路，G對J短路，G對H短路，其數值分別為（UA/V）185、-1463、195、-1388、-185。

處電位模擬仿真結果試驗數據中，不同短路類型的A點電位超過OVPD 的動作限值，所有類型的短路型OVPD裝置動作的常開觸點閉合或晶閘管T2導通，A、B兩點短路，短路電流通過Contactor常開觸點或晶閘管T2。電阻R3被Contactor常開觸點和晶閘管T2短路閉合，因此移除電阻R3并用短接線更換。通過OVPD的短路電流用IK表示。在不同類型的晶閘管短路情況下，用multisim軟件模擬不同類型的晶閘管短路。

各種短路類型下短路電流模擬仿真數據分別為（IK/KA）0.12、-33.70、0.13、-7.14、-0.19，其特點為：如果C點對D點短路，F點對A點短路，短路電流方向朝下流過 Contactor的常開觸點;如果G點對H點短路，則短路電流向上流過Contactor的常開觸點;如果C點短路，短接于點E，流過晶閘管T2的電流最大且向上。

4鋼軌電位限制裝置的晶閘管最佳參數

根據測試數據，如果C點對E點短路，A點到B點的電位比下一點高。觸發導電性的晶閘管T2和接觸開關的時間順序由每個參數決定，如果每個參數的值為：T1=0.005 MS，T2=10.000 MS，ton=9.995 MS。如果T2晶閘管在承受1463 V正導頻電壓的延遲0.005 MS后觸發短路，開始向前移動直到射手的常開觸點閉合。連續導通期約為10000毫秒。晶閘管的過電壓電流ITSM被定義為使晶閘管在10.000ms交叉持續時間內保持向前的電流峰值。流過T2晶閘管的最大電流為33.7kA，因此負載電流itsm2=33.7kA，關斷模式非重復峰值電壓udsm2=1463V，反向非重復峰值電壓ursm2=195V;晶閘管T1和晶閘管T2的工作過程相同。流過晶閘管T1的最大電流為130 A。因此，入口電流itsm1=130 A，非重復峰值電壓udsm1=195 V的斷開狀態和反向非重復峰值電壓m1=1463 V。

結語

OVPD保護器在電源臂的不同短路條件下工作。OVPD裝置通過縮短保護點的接地電位來達到限制軌道對地電位的目的。每種形式的接觸網短路都是危險的。OVPD防護裝置的最小電位為185V，最高電位為1463V，這類電流對人身安全構成致命威脅。在接觸網短路的情況下，決定短路電流的因素是鋼軌的縱向電阻、鋼軌對地的過渡電阻和變壓器的容量。在正負極對地短路的情況下，上述因素對短路電流影響不大，過電壓保護裝置起作用。維護操作人員應按安全規程定期檢查接觸線正負桿之間、正極與排水網（地）之間的隔離，確保不發生極端短路故障，保證地鐵接觸網正常工作行。

參考文獻

[1]高圣夫，劉煒，鄭杰， 等.直流牽引供電系統鋼軌電位限值問題及其治理方案[J].城市軌道交通研究，2017，20（8）：59-63.

[2]陳民武，趙鑫，丁大鵬， 等.城市軌道交通供電系統鋼軌電位限制裝置操作過電壓研究[J].中國鐵道科學，2017，38（6）：94-99.

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