地鐵雜散電流防護系統故障原因及對策

劉擁政

(上海軌道交通維護保障中心供電分公司,200233,上海∥工程師)

1 地鐵雜散電流防護系統運行情況

地鐵雜散電流防護是一個復雜的工程,涉及供電制式、鋼軌使用、軌道扣件、工程結構、接地系統、金屬構件等許多方面,同時又貫穿于設計、施工、運營、監測等各個環節。目前,上海軌道交通雜散電流防護系統除9號線用隧道結構網作為第二層迷流收集網外,基本上都是道床的二層結構鋼筋網作為迷流收集網(見圖1,圖中只畫了一層)。1、2號線由于施工嚴謹,防護系統較好,監測到的鋼筋極化電位遠遠小于其它線路。其它線路是新線,理應道床過渡電阻大、泄漏電流小、結構鋼筋極化電位小,但由于新線工期緊,“泄漏不影響開通”的思想造成了雜散電流防護系統施工的隨意性,從而增加了電流泄漏,達不到防護的效果。例如:有的線路鋼軌電壓一直在高電位,為了保證乘客的安全干脆長期合上NK11(車站鋼軌電位限制裝置),等于鋼軌直接接地,增加電流泄漏;有的洗車庫鋼軌冒火,嚴重影響安全;有的電纜電線綁接,甚至干脆脫接或者被盜,致使排流柜表計長期在零位。這些都將造成電流泄漏增加,結構鋼筋極化電位增加,長期下來,勢必會加大隧道和周邊結構鋼筋以及公共設施管道的腐蝕。

圖1 牽引電流及雜散電流走向

2 運行中出現的問題及解決辦法

2.1 延伸線路末端變電站排流柜表計指針滿偏

運行人員在巡視過程中發現,牽引變電站排流柜2路表計指針滿偏。排除排流柜和表計問題后,進行了排流柜接入電纜排摸。當排摸到正在延伸的施工線路端,發現上下行2根迷流收集電纜牢牢接在鋼軌上。在延伸線路建設工程中,末端變電站是施工的一個接口站。延伸段從已運行鋼軌的終端開始,完全進入了施工階段。施工中,上、下行原本接在迷流收集網引出端(見圖1)的2根迷流收集電纜被破壞,施工人員誤以為原與鋼軌連接,在緊張怕出事的情況下又接在了鋼軌上。這樣做的后果,除因鋼軌上較大的電流燒毀排流柜排檔電阻、電容、二極管、表計等設備外,泄漏到迷流收集網的電流流入周邊結構鋼筋,增加了腐蝕。這一情況由于運行人員發現及時,認真查找,及時整改,才避免了設備損壞和迷流泄漏。

2.2 車庫NK11日動作次數異常

8號線車庫NK11從開通以來,每日動作次數至少50多次,經常是90多次,最高時達130多次。車庫鋼軌由于與大地接觸面積大,幾乎與大地接通,鋼軌電位不可能如此之高,因此NK11的頻繁動作引起了供電分公司的重視。技術領導與運行人員幾次查看車庫現場設備,普查整個牽引供電系統,最后發現出入洞口鋼軌絕緣節單導裝置明顯連接錯誤,如圖2(a)。經聯系承包方、供電通號設施施工方等單位,現場協調,明確責任和整改任務后,較快進行了整改(見圖2(b))。整改后,NK11動作次數下降到10次以內。

NK11動作的原因很明顯:如圖2所示,下行鋼軌通過電纜直接接到了車庫牽引變電站的負極,而車庫NK11的取樣也是變電站的負極,即NK11電壓取樣是出入洞口或是折返段鋼軌電壓。圖3示意了延吉中路站到車庫出入洞口這段鋼軌隨列車位置不同的電壓波形。此區段的特點是單邊供電,并且跨界5個客運站和出入段的長度,離牽引變電站距離相當長。根據單邊供電泄漏電流i∝l2(l為列車到變電站的距離)知,列車相同負荷時電流供電區段越長,列車處鋼軌泄漏電流越大,軌地電壓也就越大。列車在折返段時距變電站較遠,無論是上行還是下行,鋼軌電壓都較大,當大于NK11動作值時,NK11便動作。目前延吉中路站NK11動作次數還是比較多,這個區段的特點決定了這個結果。

圖2 8號線車庫出入口單導裝置修正

圖3 鋼軌電壓分析

2.3 牽引變電站排流柜表計零指示

某牽引變電站排流柜表計零指示發生過兩次,第一次是列車開通后,第二次是列車運行1年左右。第一次發現問題后,運行人員進行了迷流電纜跟蹤巡視,發現除了進柜的一段電纜還在外,其余的都被盜走。重新施工連接后問題得以解決。第二次運行人員進入電纜井巡視檢查電纜,發現連接迷流收集電纜的迷流排浸在水中。把水抽干并進行迷流排螺帽禁錮維護,表計恢復了正常。

2.4 段場車庫單導裝置兩端并接電纜

地鐵在一些特殊地段(如車輛段的檢修庫、停車庫、過江隧道的出入口等)的軌道上設置絕緣節,并增加單向導通裝置,對雜散電流進行防護。運行維護人員在巡視中發現,9號線車庫有些單導裝置兩端并接電纜(見圖4),軌道絕緣節兩端電纜短接。經過現場設計施工人員分析,認為可能是單導安裝前列車調試時形成供電回路必須連接,而后來單導安裝后沒有拆除。這是由于兩批人員各自施工,相互沒有協調和提醒所致。

圖4 9號線車庫11號單向導通裝置

2.5 洗車庫鋼軌回流線未連接引起冒火

某線路的洗車庫鋼軌冒火,所幸沒有人員傷亡。造成事故的原因其實很簡單。如圖5所示,此洗車庫可以在線洗車,洗車庫的鋼軌懸空(與大地不完全絕緣),而電流就是用鋼軌形成電氣通路;列車停在車庫里,啟動洗車開關,相當于把鋼軌與觸網短接,電位有1 500 V,造成對地放電。

圖5 8號線洗車庫示意圖

經分析,此車庫原設計是非在線洗車,后來業主提出了在線洗車的要求。對此,觸網設計單位改變了設計,在絕緣節上加聯絡閘刀;但是鋼軌設計單位沒有修改,施工單位仍按原設計施工,因而造成如此的系統脫節問題。

3 原因分析

隧道結構施工對雜散電流防護有明確的標準和規程,在施工前的設計及前期的施工中都充分考慮到了防迷流應該遵守的規定。雜散電流迷流收集網的敷設、隧道結構鋼筋極化電位測試預留端子、滿足軌床過渡電阻要求所需的混凝土標準、特殊地段鋼軌絕緣節及單導裝置的安裝等,都體現了地鐵建設工程對防護系統同步建設的重視。問題的出現主要在工程后期迷流防護系統的施工階段,因工期緊、人力不夠,認為只要不影響地鐵如期貫通,雜散電流防護系統可以應付對待。分析運行中出現的問題,其原因可歸納為:

(1)缺乏對雜散電流危害的宣傳,施工技術人員認為雜散電流暫時不會影響隧道結構和周邊設施的腐蝕,沒有看到雜散電流的嚴重危害性。

(2)施工單位、設計單位及其他有關單位各自為政,缺乏協調和溝通。

(3)迷流防護系統的施工監理不到位,開通前的驗收缺乏力度,運行方接管前驗收工作不嚴格,沒有形成驗收報告(每個變電站都必須有)。

(4)發現問題后沒有有效的辦法制約有關單位。

(5)通車前電纜被盜和通車后敞開段的電纜被盜。

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