廣州地鐵三北線軌電位異常升高分析

江年偉

（廣州地鐵集團有限公司運營事業總部，廣東廣州510000）

0 引言

在地鐵直流牽引系統中，鋼軌與列車及電纜組成一個回流系統。當有列車通過時，由于鋼軌自身存在阻抗，會產生一個對地的電位差，稱之為鋼軌電位。若鋼軌電位過高，會危及人身安全及設備的正常運行。

1 對地鐵軌電位的研究

1.1 鋼軌電位限制裝置原理

鋼軌電位限制裝置（OVPD）采用閉環控制，控制原理如下：通過監測鋼軌電位的大小，來判斷是否需通過合閘將鋼軌和大地短接，以降低鋼軌電位，保證人身安全。

1.2 鋼軌電位限制裝置保護設置

（1）鋼軌電位小于設定值時，OVPD的直流接觸器的觸頭是斷開的。（2）鋼軌電位大于設定值時，電壓檢測系統控制短路裝置與大地有效短接。1）當檢測電壓U≥90 V時，延時短接；2）當檢測電壓U≥150 V時，瞬時短接；3）當檢測電壓U≥600 V時，OVPD閉鎖。

1.3 軌電位相關試驗

對軌電位做了專項測試，數據如表1所示。當天09：50—17：00，高增、機場南軌電位動作次數累計24次，電壓最大值達到426 V。17：00左右，高增、機場南因軌電位過高引起負極柜框架報警。高峰期牽引負荷增大，導致流經鋼軌的電流增加，從而引起鋼軌電位升高。

2 雜散電流

2.1 雜散電流的定義

雜散電流也稱迷流，是在城市軌道交通支流牽引供電回流中產生的。如果有電流偏離了指定的回路方向而在非指定回路方向的導體內流動，這部分電流稱作雜散電流。

2.2 雜散電流的危害

地鐵雜散電流如果不能很好地回收，將會對地鐵站附近埋設的金屬設施產生嚴重的電化學腐蝕作用，如果不及時治理將危及地鐵站附近建筑設施的安全，造成比較大的經濟損失。

2.3 影響雜散電流的因素

雜散電流只能以一般的雜散電流分布模型進行推導，通過極端簡化的假定來估算，以此理論指導雜散電流腐蝕問題的處理。在不同的限定條件下，推導出不同的解析公式，都得出鋼軌縱向電阻和鋼軌對地電阻是影響雜散電流分布的最重要的因素。

此外，通過表2仿真試驗數據可知，牽引網網壓大小、牽引變電站間距、負荷大小等等，都會對雜散電流的大小及分布產生影響。

2.4 雜散電流實驗

經試驗測得的各站軌電位和雜散電流波形如圖1所示，由圖可知，軌電位電壓超過100 V時，伴隨有較大迷流。

3 結論

通過理論分析及試驗可以得知，軌電位異常升高的原因主要有以下幾種：（1）牽引變電所間距設計不合理；（2）同一區間牽引負荷過大；（3）OVPD短路故障；（4）回流系統安裝工藝存在問題，導致回流不暢，引起鋼軌電位升高。

表2 變電所間距設計模擬仿真數據

圖1 軌電位電壓和迷流波形

解決“鋼軌電位過高、軌電位限制裝置頻繁動作”的問題，可將站內的OVPD手動合閘，以降低本區間鋼軌電位。若將OVPD永久接地，雖降低了本區間的鋼軌電位，卻增大了其他區間的鋼軌電位，增加了被抬升電位區段的安全隱患。當多個變電所OVPD永久接地后，雜散電流就會形成多個環路，造成地鐵附近的金屬結構腐蝕。故將OVPD手動合閘不是解決鋼軌電位過高問題的長久之計。從鋼軌回流系統的施工工藝、設備質量、產生原因進行整治，才能解決鋼軌電位過高、迷流過大的問題，排除其對供電設備及人身產生的安全隱患。

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