地鐵鋼軌電位限制裝置定值的探討

胡伊男

（貴陽市城市軌道交通有限公司，貴州 貴陽 550000）

在地鐵直流牽引系統(tǒng)中，由于操作電流、短路電流和泄漏電流的存在，可能會(huì)引起回流回路和大地之間產(chǎn)生超過安全許可的接觸電壓。在此情況下，就需要在回流回路與大地間裝設(shè)鋼軌電位限制裝置（簡稱OVPD，有些資料也稱為VLD），以限制運(yùn)行軌電位，避免超出安全許可的接觸電壓。由于目前我國在建或已建的地鐵線路上均采用走行軌回流的方式，走行軌與直流的負(fù)極直接連接，不可避免的會(huì)在鋼軌及與鋼軌等電位連接的車廂、屏蔽門等和大地之間產(chǎn)生電位差，因此，幾乎所有在建及已建的地鐵線路，在每個(gè)車站及車輛段均裝設(shè)有OVPD。

1 鋼軌電位限制裝置的構(gòu)成

該地鐵1號(hào)線采用了上海某軌道交通設(shè)備有限公司的RVPD-90型鋼軌電位限制裝置，裝置由直流接觸器和晶閘管并聯(lián)復(fù)合開關(guān)回路、測(cè)量和操作回路、信號(hào)接口、PLC 控制器、防凝露加熱器、狀態(tài)顯示設(shè)備等組成，接觸器的主觸頭為常閉型。在正常情況下，接觸器的主觸頭是斷開的，晶閘管處于阻斷狀態(tài)。非正常情況下，由電壓檢測(cè)系統(tǒng)控制接觸器的主觸頭短接。原理圖如圖1所示。

圖1 RVPD-90型鋼軌電位限制裝置簡化電氣原理示意圖

2 鋼軌電位限制裝置的定值

該地鐵1號(hào)線鋼軌電位限制裝置保護(hù)定值是依據(jù)GB/T 28026.1-2011/IEC 62128-1:2003《軌道交通 地面裝置 第1部分：電氣安全和接地相關(guān)的安全性措施》進(jìn)行整定，具體定值及動(dòng)作情況如表1所示。

表1 貴陽地鐵1號(hào)線鋼軌電位限制裝置定值及動(dòng)作邏輯

表2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及征求意見稿中有關(guān)軌電位的描述節(jié)選

在運(yùn)行一段時(shí)間鋼軌對(duì)地絕緣性能下降后，過渡電阻減小至5Ω·km以內(nèi)時(shí)，發(fā)生框架泄漏故障時(shí)，框架泄漏保護(hù)的方向電流元件應(yīng)能作用于相應(yīng)的斷路器跳閘，但此時(shí)框架保護(hù)電壓元件可能不動(dòng)作，應(yīng)及時(shí)修改框架保護(hù)電壓元件的定值或撤除。在投入排流柜的情況下，可以撤除框架保護(hù)的電壓元件，但在排流柜不投入或者鋼軌電位限制裝置退出運(yùn)行的情況下，為確保系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，電壓元件仍應(yīng)投入運(yùn)行。

3 存在的問題

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼軌電位限制裝置的定值尚無完整、統(tǒng)一、明確的描述，造成全國各地既有的地鐵線路及新建地鐵線路的有關(guān)軌電位限制裝置的定值各不相同，見表 2。

結(jié)合國內(nèi)部分既有地鐵線路及新建地鐵了解到的情況，因各標(biāo)準(zhǔn)間存在差異，大部分地鐵的車輛段、停車場(chǎng)軌電位Ⅰ段定值為60V（有的甚至更低），正線部分有的地鐵定值為90V，有的為120V，但基本不區(qū)分正常雙邊供電與大雙邊供電，即正常供電與大雙邊供電均為一套定值。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)中描述的電壓或電位“不應(yīng)大于”或“不應(yīng)超過”，從安全角度出發(fā)，作用于人體的電壓應(yīng)是越低越好，標(biāo)準(zhǔn)僅是給出了上限。在鋼軌電位裝置動(dòng)作時(shí)，動(dòng)作次數(shù)過多也非軌電位限制裝置的正常運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)高定值（仍在高限范圍內(nèi)）可在一定程度上減少軌電位的動(dòng)作次數(shù)，避免作為直流系統(tǒng)負(fù)極的鋼軌長期處于接地狀態(tài)，如現(xiàn)國內(nèi)某一線城市地鐵的軌電位Ⅰ段定值為正線90V，車輛段曾經(jīng)為50V，均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)，后因車輛段軌電位頻繁動(dòng)作而調(diào)整為現(xiàn)在的60V。正是由于標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，同時(shí)地鐵在運(yùn)行一段時(shí)間后，難以量化的評(píng)估鋼軌對(duì)地絕緣性能的下降趨勢(shì)，對(duì)軌電位定值的調(diào)整策略造成了一定的困難，因此，制定標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)盡快統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，利用可行的輔助測(cè)量技術(shù)手段作為調(diào)整軌電位定值的依據(jù)，是當(dāng)前需要研究解決的問題。

4 降低軌電位的原則

由于鋼軌直接與負(fù)極相連，鋼軌有電流通過時(shí)才會(huì)在電阻的作用下產(chǎn)生電位，因此降低軌電位的基本原則在回流方面與降低雜散電流的部分做法類似。主要體現(xiàn)在降低回流系統(tǒng)阻抗，保證牽引回流暢通。如盡量采用焊接長軌減少接頭，在車站兩端的上、下行走行軌間設(shè)置均流電纜，道岔與轍岔的連接、用魚尾板螺栓連接的短軌均采直流銅芯軟電纜連接等措施。應(yīng)注意的是，依據(jù)GB/T 28026.1-2011，對(duì)電擊的防護(hù)應(yīng)優(yōu)先于對(duì)雜散電流的防護(hù)，不應(yīng)以減小雜散電流為目的，人為的調(diào)高軌電位定值、減少軌電位的動(dòng)作次數(shù)，也不應(yīng)人為的將OVPD設(shè)置為永久接地狀態(tài)，已有文獻(xiàn)表明，這樣做雖降低了變電所近端的軌電位，卻抬升了其他位置的軌電位，增加了被抬升區(qū)段的安全隱患，同時(shí)會(huì)增大雜散電流以及增加雜散電流的流通路徑，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危害。因此，參與軌道交通建設(shè)的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等各方在符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，應(yīng)重點(diǎn)控制工程中各個(gè)工序及現(xiàn)場(chǎng)的施工質(zhì)量，朝著降低軌電位的方向努力。