地鐵停車場軌電位異常升高的原因分析及解決措施

謝育國

中國鐵建電氣化局集團(tuán)有限公司 北京 100043

一、鋼軌電位異常升高的現(xiàn)象

地鐵線路開通運(yùn)營后，電力監(jiān)控后臺檢測到停車場鋼軌電位異常升高，導(dǎo)致鋼軌電位限制裝置接地保護(hù)合閘，合閘次數(shù)超過3次后，形成接地閉鎖，將停車場鋼軌永久接地，需要檢修人員現(xiàn)場復(fù)位。

（一）鋼軌電位異常升高導(dǎo)致接地閉鎖

通過電力監(jiān)控后臺發(fā)現(xiàn)，停車場鋼軌電位超限報(bào)警，并且頻繁合閘接地，形成接地閉鎖，需要檢修人員現(xiàn)場復(fù)位，同時(shí)觀察鋼軌電位限制裝置顯示面板，檢測到鋼軌上的瞬時(shí)電位高達(dá)99V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)置的60V安全電壓。

圖一：檢測到鋼軌電位99v

（二） 鋼軌電位異常升高導(dǎo)致變電所負(fù)極柜無法檢修

停車場變電所負(fù)極柜檢修過程中發(fā)現(xiàn)，在整流機(jī)組停電的情況下，負(fù)極柜母排對地持續(xù)放電，地線與母排搭接位置被電流灼傷?？紤]到負(fù)極柜母排與鋼軌連接，對鋼軌進(jìn)行了接地測試，將接地線一端接鋼軌，一端接地，也發(fā)生持續(xù)放電現(xiàn)場，并且地線灼傷嚴(yán)重，危及檢修作業(yè)安全。

圖二：對鋼軌進(jìn)行接地測試

從以上現(xiàn)象可以得出，鋼軌電位異常升高不僅會(huì)導(dǎo)致鋼軌電位限制裝置接地故障頻發(fā)，也會(huì)導(dǎo)致鋼軌對地放電，嚴(yán)重危及檢修人員的安全，需要盡快查明原因，及時(shí)解決。

二、 鋼軌電位異常升高的原因分析

（一）鋼軌電流來源的分析

在直流DC1500V牽引供電系統(tǒng)中，變電所整流出來的直流電輸送至接觸網(wǎng)上，然后給機(jī)車供電，最后通過回流系統(tǒng)流入變電所負(fù)極柜?；亓飨到y(tǒng)主要就包括鋼軌、回流電纜、均流電纜，鋼軌上的電壓就是回流電流流過時(shí)產(chǎn)生的，為了判斷鋼軌電流的來源，進(jìn)行如下測試：

測試一：白天正線跑車時(shí)，停車場整流機(jī)組停電，檢查鋼軌電位情況。結(jié)果：鋼軌電位異常升高，鋼軌對地有放電現(xiàn)象；測試二：晚上正線停止跑車后，停車場整流機(jī)組停電，檢查鋼軌電位情況。結(jié)果：鋼軌電位為0V，鋼軌對地?zé)o放電現(xiàn)象；測試三：晚上正線停止跑車后，停車場整流機(jī)組恢復(fù)送電，檢查鋼軌電位情況。結(jié)果：鋼軌電位為0V～35V漂移，未超過60V的安全電壓。

通過上述的測試結(jié)果可以得出，鋼軌電位的異常升高主要是正線變電所的電流流入停車場導(dǎo)致的，故鋼軌電流的來源為正線變電所，而正線變電所電流流入停車場的路徑需要我們進(jìn)一步分析。

（二） 電流流入停車場路徑分析

在停車場與正線分界處，通過設(shè)置絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置，將正線鋼軌與停車場鋼軌隔開，保證停車場電流可以流入正線，而正線電流無法流入停車場。在工程中，地鐵停車場鋼軌電位的異常升高就是正線電流流入停車場導(dǎo)致的，如需解決這個(gè)問題，必須找出電流流入停車場路徑，分析流入路徑上的絕緣薄弱環(huán)節(jié)。根據(jù)停車場的供電系統(tǒng)特點(diǎn)，我們重點(diǎn)對絕緣節(jié)、單向?qū)ㄑb置、鋼軌對地過渡電阻進(jìn)行測試。

測試一：用2500V絕緣搖表，對鋼軌絕緣節(jié)進(jìn)行絕緣測試。結(jié)果：鋼軌與絕緣節(jié)之間的絕緣電阻無窮大，排除絕緣節(jié)安裝質(zhì)量問題。測試二：用萬用表對單向?qū)ㄑb置的二極管極性進(jìn)行測試。結(jié)果：單向?qū)ㄑb置正向測量壓降260mv，反向測量無窮大，極性正確，排除單向?qū)ㄑb置施工安裝錯(cuò)誤及二極管被擊穿的質(zhì)量問題。測試三：用500V絕緣搖表測量鋼軌對地電阻。結(jié)果：鋼軌對地絕緣電阻為0歐姆。

通過上述測試可以分析，鋼軌對地的過渡電阻較小，沒有做到與大地的絕緣安裝，可以初步得出電流回流路徑為：正線變電所—正線鋼軌—大地—停車場鋼軌—單向?qū)ㄑb置的正向?qū)ā€鋼軌—變電所負(fù)極，正線變電所電流就是通鋼軌與大地的絕緣薄弱環(huán)節(jié)泄入大地，再通過大地流入停車場鋼軌內(nèi)，但電流路徑無法直接觀察，需要進(jìn)一步驗(yàn)證電流回流方向。

（三）電流回流方向的分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證電流回流方向，需要將初步得出的回流路徑切斷，觀察停車場鋼軌電位的變化情況，由于整個(gè)回流路徑中，大地及鋼軌泄露點(diǎn)無法切斷，只能將單向?qū)ㄑb置拆除，并進(jìn)行測試。

測試一：白天正線跑車，停車場整流機(jī)組停電，將單向?qū)ㄑb置與鋼軌連接的電纜拆除，切斷電流通過單向?qū)ㄑb置正向?qū)üδ芑亓鞯穆窂?。結(jié)果：拆除前，停車場鋼軌升高，拆除后，停車場鋼軌電位為0V，并且無變化。測試二：拆除單向?qū)ㄑb置后，將停車場鋼軌及正線鋼軌分別接地，觀察放電現(xiàn)象。結(jié)果：停車場鋼軌對地?zé)o放電現(xiàn)象，正線鋼軌對地放電。測試三：拆除單向?qū)ㄑb置后，用萬用表測量正線鋼軌與停車場鋼軌的壓差。結(jié)果：測量絕緣節(jié)兩端鋼軌的壓差瞬時(shí)值-101.3V，電壓漂移，停車場鋼軌電位高于正線鋼軌，電流從停車場流向正線。

綜上所述可以分析，停車場鋼軌電位異常升高，主要原因就是鋼軌對地的過渡電阻較低，正線鋼軌中的電流，通過大地流入停車場造成的，而這些泄漏到大地中的電流就稱為雜散電流。雜散電流不僅會(huì)抬高停車場的鋼軌電位，影響檢修安全，同時(shí)也會(huì)對道床的結(jié)構(gòu)鋼筋及周圍金屬管線造成腐蝕，雜散電流的防治也是直流牽引供電系統(tǒng)疑難問題，需要多方面綜合治理。

三、地鐵線路已采取的措施

解決停車場鋼軌電位升高問題，就需要綜合治理雜散電流，減小雜散電流的泄露，盡量保證走行軌對地絕緣，從根源上控制和減少雜散電流的泄漏，并提出了以下建議措施：

（一）清理鋼軌扣件及碎石道床的雜物

對停車場碎石道床區(qū)段鋼軌和扣件進(jìn)行污穢清理，清篩砟石，使鋼軌脫離軌枕包覆，要求滿足《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50157-2013)“7.4.2 條：道砟頂面應(yīng)與混凝土軌枕中部頂面平齊”的要求。目的是提高鋼軌對地的絕緣性能，從源頭上減小雜散電流的泄漏，但由于鋼軌已安裝完成，雜散電流泄漏點(diǎn)難以排查，同時(shí)清理工作量大，清理效果難以評估，鋼軌電位下降并不明顯。

（二） 通過并聯(lián)電纜改善回路電阻，增大回流通流能力

回流通路不暢導(dǎo)致電阻增大，也會(huì)抬高鋼軌的電位。回流不暢主要是鋼軌接頭處、道岔接頭處接續(xù)電纜、魚尾板等導(dǎo)流不暢所致，通過對停車場軌縫連接、道岔處的連接檢查，確保鋼軌回流通路暢通；同時(shí)采用150mm2的電纜，在鋼軌絕緣節(jié)處兩側(cè)，增加橫向均流，整治后經(jīng)過測試，鋼軌電位限制裝置動(dòng)作次數(shù)下降并不明顯。

（三）將正線變電所排流柜短時(shí)投入

將緊鄰?fù)＼噲龅恼€變電所的排流柜短時(shí)(兩個(gè)運(yùn)行日)投入運(yùn)行，并查驗(yàn)排流柜電流，同時(shí)觀察停車場鋼軌電位裝置的電壓和動(dòng)作狀態(tài)。目的是通過正線雜散電流的排流網(wǎng)，主動(dòng)將正線鋼軌泄漏的的雜散電流回收，從而不流入停車場，但通過測試，鋼軌電位下降并不明顯。

通過實(shí)際整改驗(yàn)證，以上3種措施均未能有效的減小雜散電流的泄露，鋼軌電位升高問題未能得到有效解決。

四、建議措施

采用新型的鋼軌分段綜合控制裝置：雜散電流的治理難點(diǎn)就是無法有效的提高鋼軌對地的過渡電阻，特別是對于已施工完成的鋼軌，查找絕緣薄弱環(huán)節(jié)非常困難?？紤]停車場雜散電流通過單向?qū)ㄑb置的正向?qū)üδ芰骰卣€，在拆除單向?qū)ㄑb置后，停車場鋼軌電位明顯降低，但如果沒有單向?qū)ㄑb置，機(jī)車在通過鋼軌絕緣節(jié)時(shí)，就會(huì)因?yàn)殡妷翰顭龤Ы^緣節(jié)。如何能解決這種矛盾，使其具備在沒有機(jī)車通過的情況下，絕緣節(jié)兩端的鋼軌斷開，當(dāng)機(jī)車通過絕緣節(jié)時(shí)，單向?qū)ㄔ賹撥墝?dǎo)通消弧，新型的鋼軌分段綜合控制裝置就可以有效的解決這個(gè)問題。

傳統(tǒng)單向?qū)ú捎孟≈窞榭煽毓柙脵C(jī)車車輪到達(dá)絕緣節(jié)時(shí)的電壓實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而驅(qū)動(dòng)可控硅導(dǎo)通來消弧，而新型鋼軌分段綜合控制裝置平常處于長開狀態(tài)，將絕緣節(jié)兩端鋼軌分段，機(jī)車通過時(shí)，根據(jù)位置傳感器提前判斷機(jī)車車身的位置，在機(jī)車車輪經(jīng)過絕緣節(jié)前驅(qū)動(dòng)直流接觸器閉鎖，從而實(shí)現(xiàn)絕緣節(jié)兩端鋼軌完成電氣連接，消除絕緣節(jié)處的打火、起弧等安全隱患。

五、結(jié)束語

軌電位高低與雜散電流息息相關(guān)，從源頭入手盡量減少雜散電流泄漏，合理設(shè)置牽引系統(tǒng)，加強(qiáng)鋼軌對地絕緣，同時(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼筋等設(shè)備的腐蝕防護(hù)，才能從根本上降低軌電位。對于雜散電流的防治，一直是直流牽引供電系統(tǒng)的疑難問題，需要我們不停去探索研究，攻克這一難題，保障城市軌道交通安全可靠運(yùn)行。