城市軌道交通單向?qū)ㄑb置的原理與應(yīng)用

唐靚 趙雙

摘 要：在城市軌道交通系統(tǒng)中，在特殊地段的軌道上需要設(shè)置絕緣接頭，為了盡量減小雜散電流并縮小雜散電流影響的范圍，減小雜散電流對結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕。單向?qū)ㄑb置設(shè)置在連接絕緣接頭兩端的鋼軌上，使鋼軌中的電流只流向一個方向，同時具備遠(yuǎn)端通信接口監(jiān)測單向?qū)ㄑb置的運行情況。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；地鐵；單向?qū)ㄑb置

1 單向?qū)ㄑb置的概述

為了減少被保護(hù)區(qū)段的鋼軌電流，從而減少被保護(hù)區(qū)段雜散電流對結(jié)構(gòu)及金屬管線的電腐蝕，同時降低鋼軌電位，保障檢修人員的安全，在鋼軌絕緣結(jié)處并聯(lián)單向?qū)ㄑb置。單向?qū)ㄑb置保障在任何情況下不燒毀鋼軌，因其具備自動消弧功能。單向?qū)ㄑb置內(nèi)設(shè)有隔離開關(guān)，用于特殊運營方式下，能導(dǎo)通絕緣結(jié)以使兩端鋼軌電氣連通。雜散電流對結(jié)構(gòu)鋼的腐蝕，需要盡量減小雜散電流并縮小雜散電流影響的范圍，設(shè)置絕緣頭，否則會影響整個停車場、車輛段、隧道、高架橋等特殊地段的軌道。

2 單向?qū)ㄑb置的原理

雜散電流產(chǎn)生的原因是由于直流架空接觸網(wǎng)是地鐵的牽引供電方式，牽引回流的通道是鋼軌。而鋼軌是直接安裝在道床上，通過防震且絕緣墊和道床結(jié)構(gòu)鋼軌隔離。車輛運行中，會導(dǎo)致污水、灰塵、金屬粉末、道渣等吸附在防震絕緣墊上，減小了阻抗產(chǎn)生了雜散電流。

分析雜散電流的防護(hù)措施，內(nèi)部鋼軌隔離措施作為有效的防護(hù)手段被地鐵所采用，其方法是在地上與地下鋼軌之間加絕緣結(jié)、隧道處加絕緣結(jié)、車輛段鋼軌與正線隔離等。一般地鐵正線地面道床與地下道床采用了不同的形式，地面采用了碎石道床，地下采用了整體道床。為了防止地下段內(nèi)鋼軌電流通過相對薄弱的地面鋼軌泄漏至隧道外的地面，所以在地下、地上鋼軌之間加絕緣結(jié)，在絕緣結(jié)并聯(lián)了單向?qū)ㄑb置。并接于地鐵軌道設(shè)置的絕緣結(jié)處，用于連接絕緣接頭兩端的鋼軌，使鋼軌中電流只流向一個方向，而在另一個方向截止。

消弧裝置用于車輛再生制動導(dǎo)致單向?qū)ㄑb置附近回流軌電位升高時，該裝置電氣導(dǎo)通，降低走行軌電位，限制絕緣結(jié)兩端放電和保證回流軌附近人員的安全。消弧裝置由電流傳感器、快熔、IGBT主要元件組成。IGBT是絕緣柵雙極型晶體管，開關(guān)速度快，觸發(fā)電壓為0-30V，可以很好的保護(hù)軌道不至于被燒毀。

PLC控制器采集了快熔、二極管的故障信號，同時采集消弧裝置的觸發(fā)電壓，單向?qū)ㄑb置還提供遠(yuǎn)動操作本裝置內(nèi)隔離開關(guān)的功能，該功能使工作人員在調(diào)度中心或變電所內(nèi)即可完成隔離開關(guān)的分合工作，為工作人員提供了更高的安全性與便利性。智能管理與人身安全同時得到了實現(xiàn)，在遠(yuǎn)程了解設(shè)備的運行情況，可根據(jù)需要合閘或者分閘隔離開關(guān)。

元件及回路組成：單向?qū)ㄑb置主要由5個二極管支路、1個晶閘管消弧回路、1臺電動隔離開關(guān)及PLC組成。

回路組成：

每個二極管支路：由快速熔斷器、電流傳感器、二極管、RC保護(hù)、壓敏電阻組成。

保護(hù)回路：短路保護(hù)、斷路保護(hù)、過電壓保護(hù)。

消弧回路由快速熔斷器、電流傳感器、晶閘管、RC保護(hù)、壓敏電阻組成。

主回路示意圖：

3 單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用

一般情況，隔離開關(guān)處于分閘位置，由于二極管的單向?qū)ㄗ饔茫娏髦荒茉谝?guī)定的方向流通，這時信號檢測裝置采集到的是正常信號。

二極管故障會向主監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出信號，例如當(dāng)二極管發(fā)生反向擊穿；

快熔故障會發(fā)出信號，例如流過電流超過系統(tǒng)額定電流使快速熔斷器熔斷時。

檢測系統(tǒng)檢測到故障后，向主監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出報警信號，以便及時檢修。

當(dāng)多個快速熔斷器或二極管損壞時，合上高壓隔離開關(guān)使絕緣結(jié)兩端鋼軌短接，不影響列車的正常運行。

4 結(jié)語

單向?qū)ㄑb置運用二極管的單向?qū)ㄌ匦栽恚闺娏髁飨驈能噹燔壍赖秸€軌道，隔離開關(guān)、消弧回路、快熔保護(hù)元件、壓敏電阻、RC阻容回路等輔助回路為設(shè)備的穩(wěn)定、可靠運行提供了保障，同時具備的以利于雜散電流防護(hù)和減少雜散電流影響。

單向?qū)ㄑb置廣泛應(yīng)用于全國各地地鐵項目中，設(shè)備本身具備的遠(yuǎn)程信號采集、遠(yuǎn)程控制功能，為智慧地鐵加分，雜散電流的有效控制為地鐵可靠運營發(fā)揮一定的作用。

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作者簡介：唐靚（1987-），女，遼寧沈陽人，畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，中級工程師，主要從事地鐵雜散電流相關(guān)設(shè)備、地鐵綜合監(jiān)控設(shè)備、低壓配電產(chǎn)品、自動化控制產(chǎn)品等方面的設(shè)計；趙雙（1987-），女，遼寧沈陽人，畢業(yè)于沈陽化工大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，中級工程師，主要從事自動化控制產(chǎn)品、低壓配電產(chǎn)品、地鐵雜散電流相關(guān)設(shè)備、地鐵綜合監(jiān)控設(shè)備等方面的設(shè)計。