鋼軌電位相關(guān)影響因素現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析

金輝

摘要： 國(guó)內(nèi)城市軌道交通線路運(yùn)營(yíng)過程中，經(jīng)常出現(xiàn)鋼軌電位過高，導(dǎo)致鋼軌電位限制裝置頻繁動(dòng)作，甚至直流框架保護(hù)動(dòng)作，大面積直流停電。鋼軌電位過高會(huì)對(duì)乘客人身安全造成威脅，同時(shí)，屏蔽門跟鋼軌連接，鋼軌電位傳導(dǎo)到屏蔽門，當(dāng)結(jié)構(gòu)鋼筋和屏蔽門觸碰時(shí)就會(huì)發(fā)生放電，產(chǎn)生火花，存在嚴(yán)重的安全隱患。針對(duì)鋼軌電位過高的問題，對(duì)鋼軌電位相關(guān)影響因素，如鋼軌縱向電阻、軌縫電阻、機(jī)車牽引電流、鋼軌電位變化情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析，同時(shí)，對(duì)屏蔽門機(jī)車絕緣部分絕緣情況、及等電位連接線拆除后屏蔽門電位進(jìn)行實(shí)際測(cè)試。經(jīng)過分析提出鋼軌電位限制措施，屏蔽門安全解決方案。

Abstract： During the operation of domestic urban rail transit lines， the rail potential is often too high， which leads to the frequent action of the Rail Over-Voltage Protection Device， even the DC frame protection action and the large area DC power failure. The rail potential is too high will pose a threat to the safety of passengers， while the connection of shield door with the rail， the rail potential conduces to the shield door， when the structural steel and shielded doors touch there will be discharge and spark， which has serious security risks. In view of the problem that the rail potential is too high， the influence factors， such as rail longitudinal resistance， track resistance， locomotive traction current and rail potential change， are tested and analyzed. At the same time， the actual test of the insulation situation of the shielded door locomotive insulation and the shielded door potential after removal of equipotential connection cable are carried out. After the analysis， the rail potential limit measures and shielding door security solutions are proposed.

關(guān)鍵詞： 城市軌道交通；鋼軌電位；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；抑制措施；屏蔽門

Key words： urban rail transit；rail potential；field test；suppression measures；shield door

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）17-0081-06

1 概述

目前國(guó)內(nèi)的城市軌道交通基本均采用直流750V或1500V供電，機(jī)車由接觸網(wǎng)（軌）獲得電能，牽引電流通過軌道返回到牽引變電所整流機(jī)組負(fù)極。由于軌道自身阻抗及雜散電流影響，軌道和地之間會(huì)產(chǎn)生電位差，嚴(yán)重時(shí)可危及人身安全。為了限制鋼軌電位，在工程設(shè)計(jì)時(shí)采用在車站設(shè)置鋼軌電位限制裝置（Rail Over-Voltage Protection Device， OVPD），鋼軌電位限制裝置一端接鋼軌，另一端接地母排。鋼軌電位限制裝置內(nèi)設(shè)置隔離開關(guān)，在正常運(yùn)行方式下是處于打開狀態(tài)，當(dāng)鋼軌電位限制裝置測(cè)量到鋼軌和接地母排之間的電位差達(dá)到一段設(shè)定值時(shí)（一般I段整定值90V，II段整定值150V，III段整定值500V），鋼軌電位限制裝置合閘，將鋼軌和地短接，延遲一段時(shí)間（時(shí)間可設(shè)定）后，裝置自動(dòng)打開。鋼軌電位限制裝置自動(dòng)測(cè)量鋼軌和地母排之間的電位差，鉗制鋼軌電位在安全電位以下。為了保護(hù)乘客的人身安全，在站臺(tái)邊沿設(shè)置了絕緣墊，絕緣墊寬度至少達(dá)到0.9m，屏蔽門安裝在絕緣墊上，并將屏蔽門用電纜和鋼軌連接保證二者的等電位。乘客在上下車觸碰屏蔽門時(shí)，保證了車輛和屏蔽門等電位，將乘客踏腳處與手觸摸處的電位差縮小到零。當(dāng)乘客踏進(jìn)車廂或踏出車廂時(shí)，由于站臺(tái)的絕緣性能，即使車廂上有高電壓也不會(huì)產(chǎn)生電擊或人身傷害等現(xiàn)象。

目前在國(guó)內(nèi)已建成投入運(yùn)行的城市軌道交通系統(tǒng)中，普遍存在軌電位異常升高的問題及屏蔽門絕緣較低，打火等問題。根據(jù)測(cè)試，當(dāng)OVPD動(dòng)作閉合時(shí)，鋼軌與地之間的入地電流（雜散電流）可達(dá)到800 A以上。鋼軌電位限制裝置動(dòng)作頻繁（多條線路全線軌電位動(dòng)作次數(shù)每天近千次），甚至導(dǎo)致直流框架保護(hù)動(dòng)作，造成牽引變電所交直流開關(guān)跳閘。當(dāng)鋼軌電位限制裝置動(dòng)作閉合時(shí)，不可避免會(huì)有大量電流經(jīng)以大地為回路流通，尤其是當(dāng)有多臺(tái)軌電位動(dòng)作閉合時(shí)，通過地網(wǎng)散發(fā)出的雜散電流對(duì)城市地下金屬結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大的腐蝕。國(guó)內(nèi)部分地鐵運(yùn)營(yíng)單位為了保證安全，采取將線路部分軌電位限制裝置運(yùn)行于永久合閘狀態(tài)，此項(xiàng)措施雖然解決了軌電位過高的問題，但這時(shí)大量的鋼軌回流通過鋼軌電位限制裝置流入地網(wǎng)，形成雜散電流，對(duì)地網(wǎng)和車站金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕，影響地網(wǎng)和車站金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命，直至影響到車站的使用壽命。

在廣州地鐵運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)，每條運(yùn)營(yíng)線路的部分車站均存在軌電位普遍偏高的現(xiàn)象，造成每條線路均有2至3個(gè)車站的鋼軌電位限制裝置頻繁動(dòng)作，一旦鋼軌電位限制裝置動(dòng)作失靈則對(duì)地鐵的運(yùn)營(yíng)安全及乘客的人身安全帶來威脅；同時(shí)，在運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)，由于軌電位的存在，屏蔽門外框結(jié)構(gòu)等對(duì)相鄰金屬部件有火花放電現(xiàn)象。為減輕軌電位升高給地鐵的運(yùn)營(yíng)安全及乘客的人身安全，我們對(duì)每條線路的2至3個(gè)車站臨時(shí)采取人工永久合閘鋼軌電位限制裝置的措施，采取該臨時(shí)措施雖然解決了地鐵的運(yùn)營(yíng)安全及乘客的人身安全的問題，但帶來了對(duì)隧道、道床的結(jié)構(gòu)鋼和附近的金屬管線造成不同程度的電腐蝕等問題。

同樣屏蔽門跟鋼軌連接，鋼軌電位傳導(dǎo)到屏蔽門，當(dāng)結(jié)構(gòu)鋼筋和屏蔽門觸碰時(shí)就會(huì)發(fā)生放電，產(chǎn)生火花，存在嚴(yán)重的安全隱患。

表1為廣州地鐵鋼軌電位限制裝置整體動(dòng)作情況統(tǒng)計(jì)。

因此，對(duì)鋼軌電位相關(guān)影響因素進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、分析，找出鋼軌電位升高的原因并提出抑制措施，優(yōu)化屏蔽門與鋼軌連接方式對(duì)城市軌道交通安全運(yùn)營(yíng)具有十分重要的意義。

2 鋼軌電位相關(guān)影響因素現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析

2.1 鋼軌電位影響因素分析

鋼軌電位的相關(guān)影響因素主要有鋼軌縱向電阻、鋼軌接縫電阻、機(jī)車牽引電流、再生制動(dòng)電流長(zhǎng)距離傳輸、牽引變電所間距等。由于鋼軌電位的影響因素較多，應(yīng)針對(duì)這些影響因素進(jìn)行實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，確定運(yùn)營(yíng)過程中是哪些參數(shù)導(dǎo)致鋼軌電位升高。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，對(duì)鋼軌電位限制提出針對(duì)性治理建議。

目前，普遍采用屏蔽門與鋼軌等電位連接方式。由于現(xiàn)場(chǎng)屏蔽門絕緣一般較差，在鋼軌電位較高的情況下，會(huì)有電流通過屏蔽門泄漏至大地，造成屏蔽門打火等安全隱患，因此，應(yīng)對(duì)鋼軌電位影響下，屏蔽門連接方式進(jìn)行測(cè)試，確定屏蔽門與鋼軌的連接方案。

針對(duì)上述問題，對(duì)廣州地鐵實(shí)際線路進(jìn)行了測(cè)試。

2.2 鋼軌縱向電阻測(cè)試及分析

鋼軌縱向電阻直接影響鋼軌電位的大小。CJJ49《雜散電流腐蝕防護(hù)規(guī)程》中規(guī)定：地鐵軌道鋼軌宜通過焊接工藝連接成長(zhǎng)軌，縱向電阻值不應(yīng)大于0.01Ω/km。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)推薦的測(cè)試方法，對(duì)廣州地鐵新建線路6號(hào)線東山口站鋼軌縱向進(jìn)行了離線測(cè)試。測(cè)試共進(jìn)行10組，測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖如圖1所示。

由測(cè)試結(jié)果可知，6號(hào)線東山口站測(cè)量得到的鋼軌縱向電阻平均值為0.0374Ω/km，即37.4×10-3Ω/km。相對(duì)于廠家給出的65kg的鋼軌：Rc=26.6×10-3Ω/km較大。但四根鋼軌并聯(lián)后電阻0.00935Ω/km，小于0.01Ω/km，鋼軌縱向電阻符合標(biāo)注要求。

對(duì)廣州地鐵已運(yùn)行線路8號(hào)線寶崗大道站軌行區(qū)鋼軌縱向電阻進(jìn)行了離線測(cè)試，共進(jìn)行10組測(cè)試。測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖如圖2所示。

8號(hào)線寶崗大道站測(cè)量得到的鋼軌縱向電阻平均值為0.034712Ω/km，即34.7×10-3Ω/km。相對(duì)于廠家給出的65kg的鋼軌：Rc=26.6×10-3Ω/km較大，但符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過實(shí)際鋼軌縱向電阻測(cè)試結(jié)果，鋼軌縱向電阻一般符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。鋼軌縱向電阻不是導(dǎo)致鋼軌電位異常升高的主要原因。

2.3 鋼軌接縫電阻離線測(cè)試結(jié)果及分析

規(guī)程CJJ49-92規(guī)定鋼軌接縫電阻不得大于1米鋼軌電阻，但1米鋼軌電阻不到1mΩ，由于現(xiàn)場(chǎng)條件限制，難于直接測(cè)量，為了減少誤差，采用類似電橋的電壓比較法測(cè)量軌道接縫電阻值。

測(cè)試中U1是每米鋼軌電阻與其中軌道接縫電阻上的電壓降之和，U2是每米鋼軌電阻上的電壓降。按規(guī)程CJJ49-92要求，鋼軌接縫電阻不得大于1米鋼軌電阻，則要求：？琢=■-1？燮1

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)試方法，對(duì)廣州地鐵新建線路6號(hào)線東山口站軌行區(qū)鋼軌進(jìn)行了接縫電阻離線測(cè)試，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，求？琢值，做結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖如圖3。

由測(cè)試結(jié)果可知，？琢值小于1，符合標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鋼軌接縫電阻的規(guī)定。

同時(shí)，對(duì)已運(yùn)行線路廣州地鐵8號(hào)線寶崗大道站軌行區(qū)鋼軌進(jìn)行了鋼軌接縫電阻離線測(cè)試，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，求值，做結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖如圖4。

由測(cè)試結(jié)果可知，？琢值小于1，符合標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)鋼軌接縫電阻的規(guī)定。

通過對(duì)實(shí)際線路鋼軌縱向電阻進(jìn)行測(cè)試，現(xiàn)場(chǎng)鋼軌接縫電阻一般符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。不會(huì)造成鋼軌電位異常升高。

2.4 機(jī)車牽引電流在線測(cè)試

機(jī)車牽引電流大小直接影響鋼軌電位的大小，應(yīng)在運(yùn)營(yíng)時(shí)對(duì)機(jī)車牽引電流進(jìn)行測(cè)試，確定鋼軌電位經(jīng)常升高至閉鎖設(shè)置電壓是否受機(jī)車牽引電流的影響。選擇廣州地鐵八號(hào)線琶洲站為測(cè)試點(diǎn)。由于萬(wàn)盛圍站為降壓變電所，琶洲至萬(wàn)盛圍站區(qū)間為單邊供電區(qū)間，在琶洲-萬(wàn)勝圍區(qū)間運(yùn)行的機(jī)車取流均來自于琶洲站牽引整流變壓器。因此，對(duì)琶洲站饋電開關(guān)流經(jīng)的電流進(jìn)行測(cè)量可得到琶洲站-萬(wàn)勝圍站機(jī)車運(yùn)行時(shí)的取流情況。

在項(xiàng)目測(cè)試中，對(duì)機(jī)車運(yùn)營(yíng)時(shí)的牽引電流進(jìn)行了連續(xù)在線記錄，結(jié)果如圖5。

由鋼軌縱向電阻離線測(cè)試結(jié)果可知，測(cè)試過程中鋼軌平均縱向電阻值為0.038Ω/km，假設(shè)每根鋼軌縱向電阻為0.04Ω/km，每行之間兩根鋼軌設(shè)置均流線，每行鋼軌縱向電位為0.02Ω/km，在上下兩行之間不設(shè)置均流電纜時(shí)，通過牽引電流與鋼軌縱向電阻計(jì)算得到萬(wàn)勝圍站軌地電位計(jì)算值如圖6。

2.5 電流長(zhǎng)距離傳輸對(duì)鋼軌電位的影響

目前，城市軌道交通線路中機(jī)車優(yōu)先采用能量再生制動(dòng)方式，制動(dòng)時(shí)將電流回饋至接觸網(wǎng)，該電流會(huì)被附近運(yùn)行的其他機(jī)車吸收。運(yùn)營(yíng)的機(jī)車平均距離約為5km，因此，再生制動(dòng)電流傳輸時(shí)，距離較長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致鋼軌電位升高。通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試，存在電流長(zhǎng)距離傳輸?shù)那闆r。如圖7所示。

由圖7可知，一機(jī)車制動(dòng)時(shí)再生制動(dòng)電流會(huì)通過直流饋電開關(guān)流至另一區(qū)間加速運(yùn)行的機(jī)車，這樣會(huì)導(dǎo)致電流流通距離加長(zhǎng)，鋼軌電位升高。在鋼軌縱向電位、鋼軌接縫電阻。

2.6 鋼軌電位閉鎖問題現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及分析

針對(duì)鋼軌電位升高，導(dǎo)致鋼軌電位限制裝置閉鎖的問題，對(duì)廣州地鐵8號(hào)線萬(wàn)盛圍站位置鋼軌電位進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，記錄到多次鋼軌電位升高至I段保護(hù)動(dòng)作，延時(shí)10s后，接觸器分閘導(dǎo)致鋼軌電位瞬間升高至500V以上，III段保護(hù)動(dòng)作，鋼軌電位限制裝置閉鎖。記錄結(jié)果如圖8-10。

由鋼軌電位現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果可知，使鋼軌電位限制裝置達(dá)到閉鎖的電壓并不是由于回流系統(tǒng)參數(shù)和機(jī)車牽引電流造成的，而是在接觸器分閘時(shí)，產(chǎn)生的操作過電壓造成的。因此，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常出現(xiàn)的OVPD閉鎖現(xiàn)場(chǎng)為誤閉鎖，應(yīng)通過鋼軌電位限制裝置控制優(yōu)化避免該問題，減少鋼軌電位限制裝置誤閉鎖導(dǎo)致的雜散電流腐蝕嚴(yán)重的問題。

2.7 屏蔽門絕緣情況測(cè)試

通過現(xiàn)場(chǎng)屏蔽門絕緣情況測(cè)量，根據(jù)打火記錄及絕緣測(cè)量記錄分析，打火位置主要集中在三處：

①固定面板與裝修吊頂之間；

②端門固定面板與裝修掛板之間；

③端門與邊門的連接拐角處。

通過多次的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，基本可以明確屏蔽門對(duì)地絕緣基本上達(dá)不到絕緣的要求。雖然屏蔽門采取了多種絕緣措施，但是由于屏蔽門長(zhǎng)度較長(zhǎng)，預(yù)埋裝修較多，客觀上屏蔽門處于接地狀態(tài)，相當(dāng)于鋼軌進(jìn)行接地，接地后造成了雜散電流的泄漏量增加。

屏蔽門接地，又非完全性金屬接地，存在過渡電阻，電阻值測(cè)量用兆歐表難以測(cè)出。屏蔽門對(duì)吊頂、掛板、邊門的絕緣距離較近，絕緣電阻不夠，容易形成雜散電流泄漏的電路通路，產(chǎn)生打火放電現(xiàn)象。

從目前的分析來看，是由于屏蔽門對(duì)裝修材料的絕緣值達(dá)不到要求造成的，因此通過調(diào)整裝修的吊頂掛件與屏蔽門的距離，或者增加絕緣材料，可以避免打火現(xiàn)象。

2.8 已運(yùn)營(yíng)機(jī)車絕緣情況測(cè)試

由于機(jī)車與鋼軌等電位，如果機(jī)車自身絕緣較好，則人體接觸機(jī)車和大地時(shí)，對(duì)人身造成的安全危害將消除。通過對(duì)廣州地鐵八號(hào)線赤沙車輛段內(nèi)地鐵機(jī)車絕緣情況進(jìn)行測(cè)試，了解已運(yùn)營(yíng)機(jī)車絕緣情況。

測(cè)試位置示意圖如圖11-12所示。

測(cè)試位置說明見表2。

測(cè)試結(jié)果如表3。

由測(cè)試結(jié)果可知，已運(yùn)營(yíng)機(jī)車由于磨損等原因，多處絕緣位置絕緣損壞，不利于鋼軌電位的防護(hù)。

2.9 屏蔽門懸浮時(shí)與鋼軌之間電位測(cè)試

由于現(xiàn)場(chǎng)屏蔽門對(duì)地絕緣電阻普遍較低，與鋼軌等電位連接后，屏蔽門成為絕緣薄弱點(diǎn)，會(huì)有大量雜散電流通過屏蔽門泄漏至大地，造成屏蔽門打火等問題。因此，應(yīng)對(duì)屏蔽門是否與鋼軌等電位連接進(jìn)行論證。測(cè)試中解除屏蔽門與鋼軌之間等電位連接線，使屏蔽門處于懸浮狀態(tài)，測(cè)試正常運(yùn)營(yíng)時(shí)，屏蔽門的懸浮電位及屏蔽門與鋼軌之間的電位。測(cè)試結(jié)果如圖13-15。

測(cè)試結(jié)果表明，屏蔽門與鋼軌等電位連接線拆除后，屏蔽門處于懸浮狀態(tài)，對(duì)地電位很低，該狀態(tài)下不會(huì)發(fā)生打火現(xiàn)象。但同時(shí)，屏蔽門對(duì)鋼軌之間電位很高，可達(dá)到90V人身安全電壓限制。要保證人身安全，必須提高機(jī)車自身車體絕緣及屏蔽門絕緣。

3 鋼軌電位解決方案

3.1 鋼軌電位限制裝置與屏蔽門信號(hào)聯(lián)動(dòng)

根據(jù)實(shí)際波形記錄結(jié)果分析，在屏蔽門開啟時(shí)，機(jī)車已經(jīng)停車，根據(jù)測(cè)試結(jié)果，此時(shí)車站位置軌電位較低，軌電位升高導(dǎo)致OVPD動(dòng)作的時(shí)刻在機(jī)車出站加速時(shí)，此時(shí)屏蔽門已經(jīng)關(guān)閉，如果屏蔽門與鋼軌不采取等電位連接方式，此時(shí)乘客不會(huì)接觸至軌行區(qū)鋼軌。根據(jù)屏蔽門與鋼軌不等電位連接時(shí)門軌電位測(cè)試結(jié)果，門軌電位大的時(shí)刻也為機(jī)車出站加速時(shí)，如圖16。

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，如果屏蔽門與走行軌非等電位連接，可增加鋼軌電位限制裝置的動(dòng)作條件，在其動(dòng)作判斷條件中增加屏蔽門動(dòng)作信號(hào)，當(dāng)屏蔽門打開時(shí)鋼軌電位限制裝置會(huì)根據(jù)此時(shí)軌道電壓值正常動(dòng)作；屏蔽門關(guān)閉時(shí)，鋼軌電位限制裝置不動(dòng)作。

鋼軌電位限制裝置動(dòng)作判斷條件中是否有屏蔽門動(dòng)作信號(hào)與屏蔽門連接方式有關(guān)，如果屏蔽門與走行軌為等電位連接，則鋼軌電位限制裝置是否動(dòng)作不應(yīng)考慮屏蔽門是否開啟。

3.2 鋼軌電位限制裝置分閘條件改進(jìn)

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試結(jié)果得到，鋼軌電位限制裝置閉鎖的主要原因是由于回流系統(tǒng)暫態(tài)參數(shù)存在的情況下，裝置分閘時(shí)產(chǎn)生的操作過電壓超過III段電壓設(shè)定值，導(dǎo)致其直接合閘閉鎖。該問題導(dǎo)致的閉鎖為裝置自身操作導(dǎo)致的，應(yīng)對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)化控制，避免該種情況的出現(xiàn)。

通過對(duì)直流牽引回流系統(tǒng)暫態(tài)模型及產(chǎn)生尖峰過電壓的理論分析，尖峰過電壓峰值表達(dá)式為：

UCmax=■

直流牽引回流系統(tǒng)的自身暫態(tài)參數(shù)電感L與電容C是很難進(jìn)行改變的，只有通過降低分閘時(shí)刻流經(jīng)OVPD的電流來減小分閘操作產(chǎn)生的尖峰過電壓。因此，對(duì)OVPD的控制優(yōu)化可通過改進(jìn)分閘條件實(shí)現(xiàn)。如圖17所示。

當(dāng)OVPD合閘動(dòng)作完成后，需檢測(cè)流經(jīng)OVPD的泄漏電流絕對(duì)值I0，如果I0值較大，大于分閘電流的整定值I，則OVPD不應(yīng)該進(jìn)行分閘操作，當(dāng)檢測(cè)到較小的泄漏電流I0時(shí)，OVPD可以進(jìn)行相應(yīng)的分閘操作，這樣就可以避免過高尖峰過電壓的產(chǎn)生，減少OVPD不必要的閉鎖操作。

圖18所示為OVPD合閘后，流經(jīng)的電流曲線，根據(jù)上述控制方法，應(yīng)在電流小于設(shè)定值范圍內(nèi)進(jìn)行分閘操作，電流大于設(shè)定范圍時(shí)，不可進(jìn)行分閘操作。

通過該控制方法，OVPD分閘時(shí)產(chǎn)生的操作過電壓減小，可避免因自身操作引起的閉鎖問題。

3.3 電流長(zhǎng)距離傳輸?shù)匿撥夒娢簧呓鉀Q方案

目前，機(jī)車再生制動(dòng)導(dǎo)致電流長(zhǎng)距離傳輸是導(dǎo)致鋼軌電位升高的主要原因。解決該因素對(duì)鋼軌電位的影響應(yīng)限制電流長(zhǎng)距離傳輸。目前普遍采用再生制動(dòng)能量回饋裝置或車載超級(jí)電容等裝置可以在機(jī)車再生制動(dòng)時(shí)，將能量回饋或儲(chǔ)存，不但使能量再生利用，還能抑制再生制動(dòng)電流長(zhǎng)距離傳輸，因此，還應(yīng)針對(duì)該方案進(jìn)行驗(yàn)證。

3.4 軌電位波形振蕩的抑制

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試與數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)軌電位波形存在較大程度的振蕩，如果將該振蕩進(jìn)行抑制，可在一定程度上減小軌電位的峰值。

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試得到的軌電位數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化濾波處理。設(shè)置不同截至頻率，得到濾波前后軌電位波形對(duì)比如圖20-21所示。

在沿線裝設(shè)電容器后，軌地電壓的變化趨于平緩，抑制了軌地電壓的極值。當(dāng)然，增設(shè)了電容器后雜散電流也會(huì)增大，但由于通過抑制軌地電壓的極值可以減少軌電位的動(dòng)作，對(duì)應(yīng)軌電位動(dòng)作時(shí)泄漏的雜散電流，增設(shè)電容器增加的雜散電流是微不足道的。

3.5 排流柜退出運(yùn)行

在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，當(dāng)排流柜投入運(yùn)行時(shí)，由于二極管的鉗制作用，使得鋼軌電位負(fù)電位鉗制為零，而正電位升高到原來的兩倍。因此在雜散電流控制在盾化范圍內(nèi)時(shí)，將排流柜退出運(yùn)行。排流柜投入作為沒有其他辦法解決時(shí)的一種極端措施。

3.6 其他建議方案

軌電位異常升高是多種原因共同導(dǎo)致，除以上治理方案外，還應(yīng)在供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少單邊供電問題，在建設(shè)時(shí)盡量減小鋼軌縱向電阻，增加每行之間與上下行之間的均流電纜等方式，來抑制鋼軌電位異常升高。

4 屏蔽門絕緣及安全解決方案

通過對(duì)萬(wàn)勝圍站的鋼軌與屏蔽門、鋼軌與大地間的電位的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在列車未進(jìn)站時(shí)，屏蔽門對(duì)鋼軌電位不大于36 V，小于人體能接受的安全電壓，車輛加速駛出期間，屏蔽門與鋼軌電位差升高，電位能達(dá)到鋼軌電位限制裝置動(dòng)作值，其持續(xù)時(shí)間在5～10S。

理論上，屏蔽門絕緣阻值良好，且大于0.5MΩ的情況下，可較好地保護(hù)乘客的乘車安全。但由于外部環(huán)境、施工等因素的影響，目前多數(shù)屏蔽門絕緣狀況不理想，普遍存在絕緣失效的情況。

根據(jù)萬(wàn)勝圍現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)分析推斷，屏蔽門與鋼軌間不進(jìn)行等電位連接，對(duì)乘客乘車的安全影響較小，加上鋼軌電位限制裝置的保護(hù)作用，異常情況下鋼軌電位可限制在合理的范圍內(nèi)，所以屏蔽門與鋼軌不作等電位連接，根據(jù)目前的測(cè)量數(shù)據(jù)分析及運(yùn)行情況，初步判斷是可行的。根據(jù)測(cè)試結(jié)果及分析，屏蔽門的安全解決方案可以有

4.1 屏蔽門絕緣及安全解決方案一

屏蔽門不作絕緣設(shè)計(jì)、安裝，同時(shí)對(duì)門體集中接地處理。

本方案中，屏蔽門與土建站臺(tái)板及土建頂梁間不作絕緣安裝。如圖22所示。

本方案會(huì)導(dǎo)致列車與屏蔽門間產(chǎn)生電位差，影響乘客安全通過。對(duì)乘客在乘車時(shí)可能碰到的區(qū)域采取絕緣處理的方式解決，該區(qū)域包括：門檻板、門楣、立柱裝飾板、滑動(dòng)門、應(yīng)急門、后封板等。同時(shí)，應(yīng)對(duì)車輛相應(yīng)區(qū)域作絕緣防護(hù)處理，避免因屏蔽門絕緣防護(hù)失效，危及乘客安全。

相對(duì)于目前屏蔽門的絕緣方式，該方案具有如下特點(diǎn)：①施工質(zhì)量容易保障.本方案僅對(duì)滑動(dòng)門區(qū)域作絕緣處理，與其它專業(yè)間的接口較少，不會(huì)因其它專業(yè)的施工影響屏蔽門整體絕緣效果。②整體鋼構(gòu)強(qiáng)度易保障。目前的屏蔽門設(shè)計(jì)方案是：鋼構(gòu)立柱底部通過絕緣件與底座相連，頂部通過絕緣套與上部固定件相連，因絕緣件屬于非金屬材料，其強(qiáng)度與金屬材料相差較大，因此屏蔽門整體剛度較弱。③維護(hù)方便。目前的屏蔽門設(shè)計(jì)方案中的絕緣件和頂部絕緣套因受周期性結(jié)構(gòu)壓力作用，并受空氣氧化等因素的影響，將逐漸老化，機(jī)械性能、絕緣性等降低，因此須定期更換。絕緣件的更換一般在非運(yùn)營(yíng)期鋼軌側(cè)作業(yè)，作業(yè)強(qiáng)度和作業(yè)難度較高。④減少雜散電流對(duì)車站建筑結(jié)構(gòu)的腐蝕。由于屏蔽門與鋼軌不作等電位連接，可有效避免回流軌雜散電流通過屏蔽門腐蝕車站建筑結(jié)構(gòu)，確保車站壽命。

總之，本方案采用屏蔽門集中接地、滑動(dòng)門區(qū)域采用絕緣隔離等措施，對(duì)乘客起到了防護(hù)作用，確保乘車安全，同時(shí)減少回流軌雜散電流對(duì)車站建筑結(jié)構(gòu)的腐蝕。

4.2 屏蔽門絕緣及安全解決方案二

屏蔽門絕緣安裝，但不與鋼軌等電位連接。

本方案中，屏蔽門對(duì)大地絕緣安裝，絕緣電阻大于0.5MΩ，同時(shí)，屏蔽門與鋼軌間不作等電位連接，即屏蔽門懸浮安裝，屏蔽門與列車間的位置及電位如圖23所示。

該方案的特點(diǎn)是：

①屏蔽門與鋼軌不作等電位連接，可避免回流軌雜散電流通過屏蔽門腐蝕車站建筑結(jié)構(gòu)，確保車站的設(shè)計(jì)壽命不受影響。

②屏蔽門絕緣效果良好的情況下，可較好地保障乘客上下車的人身安全。此外，如前所述，屏蔽門與車站建筑結(jié)構(gòu)間的絕緣值不達(dá)標(biāo)，但不作等電位連接的情況下，對(duì)其乘客的乘車安全影響較小。

③對(duì)于柔性接觸網(wǎng)式供電方式，因存在接觸網(wǎng)搭在屏蔽門上的風(fēng)險(xiǎn)，影響乘客安全，屏蔽門不適合采用此方式。

5 總結(jié)

通過對(duì)廣州地鐵鋼軌電位相關(guān)影響因素進(jìn)行了實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，分析得出了鋼軌電位升高、閉鎖的原因，并針對(duì)各影響因素提出針對(duì)性的解決方案。提出通過聯(lián)動(dòng)鋼軌電位限制裝置與屏蔽門信號(hào)、增加鋼軌電位限制裝置分閘條件、制動(dòng)電流長(zhǎng)距離傳輸治理、抑制軌電位波形振蕩、排流柜退出運(yùn)行等控制措施，來控制鋼軌電位。針對(duì)屏蔽門與鋼軌的等電位連接方式帶來的問題進(jìn)行了分析，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)屏蔽門、機(jī)車等絕緣情況進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，通過分析，提出屏蔽門不作絕緣設(shè)計(jì)、安裝，同時(shí)對(duì)門體集中接地處理和屏蔽門絕緣安裝，但不與鋼軌等電位連接的兩種解決方案。

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