地鐵場段雜散電流測試分析

黃慶鋒

（寧波軌道交通集團(tuán)有限公司建設(shè)分公司，浙江 寧波 315000）

目前，在城市軌道交通地鐵列車供電普遍采用直流牽引供電方式，在這種供電方式中，列車直流牽引系統(tǒng)采用正極接觸網(wǎng)，走行軌兼作為回流通路。由于走行軌對地不可能完全絕緣，有部分電流經(jīng)鋼軌泄漏到道床及周圍土壤中，再由大地流回鋼軌并返回到牽引變電所，從而形成了地鐵雜散電流。長期的雜散電流，將對埋地金屬造成嚴(yán)重的腐蝕，由雜散電流引起的過高接地電位也可能導(dǎo)致某些設(shè)備無法正常工作，此外雜散電流引起過高的對地電位也會危及人員的安全。因此，研究雜散電流分布并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，對地鐵的建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)都有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為了掌握地鐵車場牽引回流的泄漏情況和金屬結(jié)構(gòu)受雜散電流腐蝕的程度，研究雜散電流的分布情況，需設(shè)置合理的測試點(diǎn)。為此，選擇在場段的臨時(shí)接地線，臨時(shí)掛接地線股道旁隔離開關(guān)處架空地線，變電所電纜夾層內(nèi)強(qiáng)電接地母排各電纜、接地扁鋼，庫前單向?qū)ㄑb置，出入段線架空地線等位置進(jìn)行測量。

1 測試方法

本測量項(xiàng)目配置多臺測試箱并配套相關(guān)軟件以完成數(shù)據(jù)自動測量、記錄、存儲。電流測量均采用霍爾電流傳感器。每個(gè)測試位置設(shè)置1臺數(shù)據(jù)采集箱，根據(jù)各測試點(diǎn)被測量對象配置相應(yīng)數(shù)量的采樣通道，對測量點(diǎn)采樣模塊進(jìn)行通道配置，通道配置與被測量對象相互對應(yīng)。每個(gè)測試點(diǎn)數(shù)據(jù)采樣頻率為120 次/min。測試前，本項(xiàng)目所有數(shù)據(jù)采集設(shè)備均做對時(shí)處理。采樣存儲的數(shù)據(jù)支持U盤/FTP協(xié)議導(dǎo)出，支持EXCEL軟件瀏覽。采用霍爾傳電流傳感器測量如圖1所示。

圖1 采用霍爾傳電流傳感器測量原理圖

2 數(shù)據(jù)采集

（1）地鐵場段庫內(nèi)臨時(shí)掛接地線電流測試。其原理示意圖如圖2所示。A、B端電流如表1所示，電流波形如圖3、4所示，測試如圖5所示。

圖2 庫內(nèi)掛接地線原理示意圖

表1 臨時(shí)掛接地線A端、B端電流最值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表/A

圖4 停車場L5股道掛接地線B端電流24 h趨勢圖

圖5 庫內(nèi)掛接地線電流測試圖

測試結(jié)結(jié)果表明，地鐵運(yùn)營時(shí)段，臨時(shí)掛接地線時(shí)有大量的雜散電流，最大值達(dá)到400 A。

（2）地鐵場段庫前單向?qū)ㄑb置電流測試，可得如表2所示，并與同一時(shí)段臨時(shí)地線電流趨勢對比如圖6所示。

表2 停車場庫前單導(dǎo)裝置電流極值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表/A

圖6 同一時(shí)段臨時(shí)地線電流與其對應(yīng)的庫前單導(dǎo)電流趨勢對比圖

（3）地鐵場段庫內(nèi)掛接地線L5股道旁架空地線電流測試如圖7所示，庫內(nèi)L5股道旁架空地線電流極值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表如表3所示，并與同一時(shí)段臨時(shí)地線電流趨勢對比如圖8所示。

圖7 庫內(nèi)L5股道旁架空地線雜散電流測試圖

表3 庫內(nèi)L5股道旁架空地線電流極值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表/A

圖8 同一時(shí)段臨時(shí)地線電流與其對應(yīng)股道旁架空地線電流趨勢對比圖

測量結(jié)果表明，隔離開關(guān)接地刀合閘并掛接臨時(shí)地線時(shí)，其連接結(jié)構(gòu)立柱架空地線回路存在雜散電流。

（4）地鐵場段出入段線旁架空地線電流測試，可知段電流如表4所示。

表4 地鐵場段出入段線旁架空地線電流極值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表/A

測試結(jié)果表明，庫內(nèi)掛接地線時(shí)，有來自正線架空地線的雜散電流流入庫內(nèi)。

（5）地鐵場段出入段線單向?qū)ㄑb置電流測試電流如表5所示，并對其分析可得結(jié)果如圖9所示。

表5 場段出入段線單導(dǎo)數(shù)據(jù)極值統(tǒng)計(jì)表/A

圖9 出入段線單向?qū)ㄑb置電流數(shù)據(jù)分布圖

測量結(jié)果表明，出入段線單導(dǎo)裝置存在雜散電流從場段流回正線的現(xiàn)象，時(shí)間較長且電流值可達(dá)100 A以上；當(dāng)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)，存在正線流向場段的雜散電流。

（6）庫內(nèi)變電所電纜夾層電流測試示意圖如圖10所示，電流如表6所示。

圖10 庫內(nèi)變電所電纜夾層雜散電流測試示意圖

表6 庫內(nèi)變電所電纜夾層電流極值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表/A

測試結(jié)果表明，泄露到庫內(nèi)變電所電纜夾層雜散電流較小。

3 地鐵場段雜散電流測試結(jié)果分析

根據(jù)測試數(shù)據(jù)分析，正線泄漏的雜散電流，在大地中流動，在地鐵場段鋼軌絕緣薄弱的地方流入場段鋼軌，然后再經(jīng)單向?qū)ㄑb置流回至牽引變電所。運(yùn)營時(shí)段，地鐵場段內(nèi)雜散電流瞬時(shí)值可達(dá)到400 A以上。

由于本次測試場段內(nèi)的隔離開關(guān)為帶地刀三工位結(jié)構(gòu)，掛接地線時(shí)，接觸網(wǎng)、鋼軌、架空地線均與地網(wǎng)連通，部分從正線泄漏的雜散電流也可能經(jīng)過架空地線流入場段，在場段內(nèi)鋼軌絕緣薄弱的地方流入鋼軌，然后再經(jīng)單導(dǎo)流入牽引變電所。

4 結(jié)語

（1）地鐵車輛段、停車場的隔離開關(guān)不能采用帶地刀三工位結(jié)構(gòu)。如果在段內(nèi)一側(cè)掛接臨時(shí)短路接地線（網(wǎng)-軌短接）時(shí)，無論場段內(nèi)還是場段外的雜散電流都會經(jīng)過“地-隔離開關(guān)地刀-接觸網(wǎng)-臨時(shí)短路接地線-鋼軌-牽引變電所”流通，所以就出現(xiàn)了臨時(shí)接地線打火和嚴(yán)重發(fā)熱的狀況。

（2）為避免因場段庫內(nèi)隔離開關(guān)接地刀合閘而造成雜散電流泄漏，建議對庫內(nèi)手動隔離開關(guān)接地刀進(jìn)行絕緣安裝，接地刀通過電纜與鋼軌連通，不再與接地回路連通。

（3）可將出入段線單向?qū)ㄑb置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，即在有車輛通過時(shí)將其導(dǎo)通，而無車輛通過時(shí)將其斷開。這樣相當(dāng)于切斷了正線與場段雜散電流的主要通路，使雜散電流盡量流回就近的牽引變電所。