IEC 62128-2 在海外工程中的應(yīng)用啟示

陳 敏，陳懷鑫

0 引言

2019 年7 月，GB/T 28026.2-2018《軌道交通 地面裝置 電氣安全、接地和回流 第2 部分：直流牽引供電系統(tǒng)雜散電流的防護(hù)措施》發(fā)布實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)采用重新起草法修改采用 IEC 62128-2:2013《Railway applications-Fixed installations-Electrical safety, earthing and the return circuit-Part2:Provisions against the effects of stray currents caused by d.c.traction systems》，給出了對(duì)直流牽引系統(tǒng)雜散電流防護(hù)的要求，主要涉及牽引供電系統(tǒng)、軌道、金屬結(jié)構(gòu)、車(chē)庫(kù)和車(chē)間、電纜、管線等系統(tǒng)。該標(biāo)準(zhǔn)的附錄B 中，提供了關(guān)于鋼軌絕緣特性的測(cè)量方法，能夠有效指導(dǎo)工程進(jìn)行軌條電阻、鋼軌泄漏電阻的測(cè)量，具有重要意義。筆者作為IEC 62128-2轉(zhuǎn)中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的主要完成人，同時(shí)承擔(dān)了以色列特拉維夫紅線地鐵項(xiàng)目雜散電流防護(hù)設(shè)計(jì)工作，在以色列特拉維夫紅線地鐵項(xiàng)目中，雜散電流防護(hù)方案即按IEC 62128-2:2013 實(shí)施。

1 紅線工程概況

紅線是特拉維夫第一條地鐵線路，全長(zhǎng)25 km，由10 座地下車(chē)站、24 座地面車(chē)站和1 座車(chē)輛段組成。線路兩端為地面段（合計(jì)14 km），中間為地下段（11 km）。列車(chē)由我國(guó)生產(chǎn)提供，最高運(yùn)行速度80 km/h，1 列車(chē)由10 節(jié)車(chē)廂組成，最大牽引功率為1 760 kW。遠(yuǎn)期高峰小時(shí)地面段追蹤間隔為6 min，地下段為3 min；系統(tǒng)能力下，高峰小時(shí)地面段追蹤間隔為3 min，地下段為1.5 min。

在SGK 公司的文件中，采用IEC 62128-2:2013附錄中A.4 Local conductance per length for track sections without civil structure（GB/T 28026.2-2018中針對(duì)沒(méi)有結(jié)構(gòu)鋼筋的線路區(qū)段，采用局部單位電導(dǎo)測(cè)量）中的公式計(jì)算受雜散電流影響的金屬結(jié)構(gòu)或管線的電位，為我們提供了新的思路。

注：與IEC 62128-2:2013 相比，GB/T 28026.2-2018 在結(jié)構(gòu)上做了調(diào)整，附錄按在條文中提及的先后次序編排，附錄A 調(diào)整為附錄B，附錄B 調(diào)整為附錄C，附錄C 調(diào)整為附錄A。為方便國(guó)內(nèi)使用，下文均按GB/T 28026.2-2018 的結(jié)構(gòu)引用。

2 沒(méi)有結(jié)構(gòu)鋼筋的線路區(qū)段局部單位電導(dǎo)測(cè)量方案

GB/T 28026.2-2018 附錄B.3 和B.4 均是針對(duì)沒(méi)有結(jié)構(gòu)鋼筋的線路區(qū)段的鋼軌局部單位電導(dǎo)測(cè)量方案。其區(qū)別在于，B.3 的測(cè)試方案一般適用于被測(cè)線路鋼軌的長(zhǎng)度不超過(guò)2 km，適用于線路建設(shè)階段，鋼軌敷設(shè)后尚未焊接成長(zhǎng)鋼軌前，可采用該方案檢測(cè)其絕緣性能是否滿足要求，以便在后續(xù)工程中改進(jìn)；B.4 適用于被測(cè)段鋼軌長(zhǎng)度超過(guò)2 km的線路，一般是在線路建成后尋找絕緣薄弱點(diǎn)時(shí)采用該方案。測(cè)量方案如圖1 所示。

圖1 局部單位電導(dǎo)率測(cè)量方案

鋼軌電位URE可通過(guò)走行軌和埋設(shè)在地中的參考電極E2 之間的電壓表測(cè)得，軌條附近某點(diǎn)電位變化U1-2可通過(guò)另一個(gè)電極E1 和遠(yuǎn)方電極E2 之間的電壓表測(cè)得，優(yōu)先選擇銅/硫酸銅電極。

上述2 個(gè)電位通過(guò)數(shù)據(jù)記錄器記錄，繪制出軌條附近某點(diǎn)電位變化U1-2與鋼軌電位URE函數(shù)關(guān)系的曲線，該函數(shù)線性回歸的斜率為雜散電流傳輸比msy。另外，還需測(cè)量電極E1 附近的土壤電阻率。

對(duì)一行線路，局部單位電導(dǎo)的計(jì)算式為

雙線線路電導(dǎo)采用下述計(jì)算方法：

微信小程序[1-6]是一種不需要下載安裝即可使用的應(yīng)用，它實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用“觸手可及”的夢(mèng)想，用戶掃一掃或者搜一下即可打開(kāi)應(yīng)用。也體現(xiàn)了“用完即走”的理念，用戶不用關(guān)心是否安裝太多應(yīng)用的問(wèn)題。應(yīng)用將無(wú)處不在，隨時(shí)可用，但又無(wú)需安裝卸載。對(duì)于開(kāi)發(fā)者而言，小程序開(kāi)發(fā)門(mén)檻相對(duì)較低，難度不及APP，能夠滿足簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)應(yīng)用，適合生活服務(wù)類(lèi)線下商鋪以及非剛需低頻應(yīng)用的轉(zhuǎn)換。小程序能夠?qū)崿F(xiàn)消息通知、線下掃碼、公眾號(hào)關(guān)聯(lián)等七大功能。其中，由于小程序不存在入口，通過(guò)公眾號(hào)關(guān)聯(lián)，用戶可以實(shí)現(xiàn)公眾號(hào)與小程序之間相互跳轉(zhuǎn)。

在SGK 的報(bào)告中，根據(jù)已知受影響金屬結(jié)構(gòu)或管線距軌道的距離、鋼軌泄漏電阻、鋼軌電位、土壤電阻率、軌間距、線間距和b 值（其中IEC 62128 推薦b 值在城市地區(qū)按30 m計(jì)算，IEC 62128的前身為EN 50122，目前EN 50122 正在修編，新版本中擬將30 m 調(diào)整為100 m），計(jì)算出受影響金屬結(jié)構(gòu)或管線的電位值。

實(shí)際應(yīng)用中，也可根據(jù)需要，通過(guò)已知的鋼軌泄漏電阻、受影響金屬結(jié)構(gòu)或管線的安全電位限值、鋼軌電位、土壤電阻率、軌間距、線間距和b值反算出受影響金屬結(jié)構(gòu)或管線范圍，即a 值。因此，實(shí)際上式（1）或式（2）可反映出由雜散電流引起的鋼軌周?chē)妶?chǎng)分布情況。

在線路建設(shè)階段不能實(shí)際測(cè)量的情況下，計(jì)算中如何確定雜散電流傳輸比msy是需解決的問(wèn)題。

3 雜散電流傳輸比msy的推導(dǎo)

結(jié)合計(jì)算模型（圖2），分析雜散電流傳輸比msy的推導(dǎo)過(guò)程：

（1）鋼軌R2 泄漏的雜散電流流經(jīng)半徑為r的表面積：

圖2 一行線路計(jì)算模型

（2）鋼軌R2 泄漏的雜散電流在距離r 處的電流密度：

（3）鋼軌R2 泄漏雜散電流在距離r 處的電位：

（4）鋼軌R2 泄漏雜散電流在E1 與E2 間產(chǎn)生的電位差：

（5）再引入鋼軌R1，同理，鋼軌R1 泄漏雜散電流在E1 與E2 間產(chǎn)生的電位差：

（6）鋼軌R1 和鋼軌R2 泄漏雜散電流在E1與E2 間產(chǎn)生的電位差：

圖3 泄漏電阻示意

（8）結(jié)合式（8）、式（9）推導(dǎo)可得

對(duì)照式（1）可得

如果將上行和下行鋼軌均各等效為一根導(dǎo)體，根據(jù)上文疊加方法，同樣可以得出式（2）。

因此，通過(guò)推導(dǎo)可知，雜散電流傳輸比msy即為受影響金屬結(jié)構(gòu)或管線電位與計(jì)算得出的鋼軌電位值之比。

4 計(jì)算示例

4.1 鋼軌泄漏電阻對(duì)管線的影響

在其他計(jì)算條件相同的情況下，鋼軌泄漏電阻按國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)值15 Ω·km 和以色列紅線設(shè)計(jì)值100 Ω·km，分別計(jì)算距鋼軌外側(cè)10 m 處金屬結(jié)構(gòu)或管線的電位，如表1 所示。從表中可見(jiàn)，提高鋼軌泄漏電阻可顯著降低受影響金屬結(jié)構(gòu)或管線的電位，是降低雜散電流影響的有效措施。

表1 不同鋼軌泄漏電阻下金屬結(jié)構(gòu)或管線電位

若該結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)EN 50162表1 中的規(guī)定，其極化安全電位不能高于0.2 V。按表1 中的計(jì)算條件，鋼軌泄漏電阻為15 Ω·km時(shí)，鋼筋的極化電位為0.41 V，超出了標(biāo)準(zhǔn)限值，需采取其他措施進(jìn)行防護(hù)；若采取增大距離的方案，通過(guò)計(jì)算可得出鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)距地鐵的距離不應(yīng)小于18 m，方可滿足極化電位低于0.2 V 的要求。

4.2 增加b 值對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響

修編的EN 50122.2 中，擬將b 值由30 m 增加至100 m，相當(dāng)于地電位點(diǎn)變遠(yuǎn)了，由此導(dǎo)致a 點(diǎn)處的電位值由0.41 V 提高至0.89 V，這將對(duì)雜散電流防護(hù)提出更高的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于以色列特拉維夫紅線地鐵雜散電流設(shè)計(jì)工作，并通過(guò)與外方同行溝通探討，對(duì)IEC 62128-2 的使用及適用情況進(jìn)行了深入解讀，以期對(duì)國(guó)內(nèi)雜散電流防護(hù)設(shè)計(jì)方法有所拓展和提高。