城市軌道交通雜散電流的危害及其監測系統的研究

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，會產生雜散電流。雜散電流監測系統可以隨時監測雜散電流腐蝕防護系統的狀況，以便有關部門及時采取相應措施，從而可以確保地鐵長期安全、可靠地運行。

關鍵詞：城市軌道交通；雜散電流；監測系統

1 雜散電流的危害

雜散電流對地鐵系統中的設備和線路具有一定的腐蝕性，嚴重時會使管道由于腐蝕嚴重，而造成漏氣、漏水。針對雜散電流的危害，對軌道、線路等結構進行設計時，使用了多種絕緣保護。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，并不能有效預防雜散電流。

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

2 雜散電流監測系統工作原理

雜散電流監控裝置由信號測量電纜、測試端子箱、微機綜合測試裝置（信號轉換箱、A/D轉換設備、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，沿區間敷設在電纜支架上，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，各個測試點分布在站區內，主要測試參考電極電位。這些測試到的電位和收集網的端子電位，通過信號電纜集中在一起，從而將信號傳送到信號轉換箱。

2.3 綜合測試裝置

綜合測試裝置對應每個通道均有放大檔位調節旋鈕，主要包括信號采集機構、放大機構、A/D轉換機構和計算機處理機構。信號采集機構將采集到的信號傳送給放大機構進行放大，再傳送到A/D轉換機構進行采樣，采樣得到的數據存儲在計算機中進行運算處理，最后會得到每個測試點的電位——時間曲線圖。

3 雜散電流監測系統的主要設備

3.1 單向導通裝置

此裝置用于連接絕緣結兩端的鋼軌，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量。

主回路由8個二極管并聯組成，在二極管兩端并聯一臺額定電壓750V，額定電流3000A的直流隔離開關。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。快速熔斷器與聯在每個二極管兩端的壓敏電阻、RC回路共同組成了保護系統。

特殊情況下，機車在緊急制動時會使用再生方式，若此時沒有另外機車吸收此機車產生的再生電流，極電靴上的電壓會自動升高。軌道上的單向導通裝置、絕緣結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一側軌道流出，再流回到另一側的軌道上，導致絕緣結兩端產生較大的電位差，嚴重時會造成事故。因此，單向導通裝置的二極管上應該并聯消弧裝置，這樣，當電位差高于設定值時，該裝置就會導通，從而降低走行軌的電位。

為保證地鐵的正常運行，單向導通裝置的進出線上并有隔離開關。正常運行情況下，隔離開關處于分閘狀態，電流通過二極管流通。若各支路工作均正常，信號裝置不發出信號。若出現了短路或其它異常情況，使快速熔斷器或二極管受到損壞，這時信號裝置根據實際情況發出故障信號。此時，合上隔離開關使絕緣結兩端鋼軌導通，保證負回流回路的暢通，地鐵運行不受影響。同時隔離開關還有在地鐵直流供電系統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中形成雜散電流的導通回路。排流柜既能大大降低雜散電流對金屬設備、結構鋼筋的腐蝕程度，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體產生的電化學腐蝕，最早的做法是采用直接排流法。將所內的負極母線、所外的金屬導體通過導線連接在一起，從而使其構成一個通路，且此通路的電阻很小。當軌道產生的雜散電流流入地下金屬導體后，就會通過此通路流回負極母線，這樣可避免對牽引所附近金屬導體的腐蝕。直接排流法有明顯缺點，因為負母線的電位不總是小于地下導體電位，在有機車再生制動及機車在牽引所車站起動受流的情況下，負母線（或附近鋼軌）電位反而可能大于地下導體電位，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生，二極管可實現單向導通的功能，這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金屬設備，隧道結構鋼筋的電腐蝕破壞，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

監測系統可以監視雜散電流對設備、管線、走行軌的腐蝕程度，若檢測到某區段的雜散電流超過標準值，應對軌道回路進行測試檢查，并結合檢查結果進行維護。

對于排流柜的維護，主要有：對柜體內外進行清潔，檢查柜體及周邊環境；檢查接線有無松動；對柜內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。若發現軌道的泄漏電阻減小，首先要對線路進行清掃維護，若無效果，則應啟動排流柜，可以使收集軌與負極柜形成單向導通的回路，從而防止雜散電流對設備和線路的腐蝕。需要定期測試單向導通裝置的工作狀態，檢查監測系統的傳感器、轉接器、負回流電纜、收集網之間等部件的連接情況，如若發現問題，要及時修復處理。

參考文獻

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[2]周偉.直流牽引供電系統雜散電流分布與防護[D].西南交通大學，2007.

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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。