基于城市軌道交通電氣安全技術(shù)研究

左晶龍

摘要：當(dāng)前階段，城市整體規(guī)劃布局的優(yōu)化調(diào)整，推進(jìn)了交通運(yùn)輸體系的建設(shè)，信息化、智能化技術(shù)在城市交通系統(tǒng)中的應(yīng)用逐步深入，為現(xiàn)代軌道交通網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)提供了有力的支持。電氣系統(tǒng)作為支持城市軌道運(yùn)輸設(shè)施建設(shè)與使用的重要技術(shù)，其技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用的形式不同，安全防護(hù)性能也存在差異。為有效提升城市軌道車輛運(yùn)輸?shù)陌踩?、高效性與有序性，本文從現(xiàn)階段軌道運(yùn)輸電氣系統(tǒng)的主要構(gòu)成出發(fā)，對(duì)電氣安全防護(hù)工作、安全、屏蔽接地技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)的探析。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng);工作接地;安全防護(hù)

城市軌道作為現(xiàn)代交通運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，具有運(yùn)行速率高、乘客承載量大、資源消耗量低、經(jīng)濟(jì)適用等方面的優(yōu)勢(shì)，是新時(shí)期城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要內(nèi)容。在車輛實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于牽引、制動(dòng)、控制等系統(tǒng)的構(gòu)成較為復(fù)雜，為有效控制軌道運(yùn)輸?shù)陌踩[患，需要結(jié)合車輛運(yùn)行需求、電氣設(shè)備配置、系統(tǒng)運(yùn)維周期等方面出發(fā)，合理設(shè)計(jì)安全防護(hù)系統(tǒng)，在實(shí)際管理過(guò)程中，加強(qiáng)車輛狀態(tài)檢測(cè)，運(yùn)用智能化、自動(dòng)化技術(shù)，進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，最大限度的避免安全事故的發(fā)生，為城市交通建設(shè)的現(xiàn)代化發(fā)展提供保障。

一、城市軌道運(yùn)輸電力系統(tǒng)的主要構(gòu)成

1、牽引、制動(dòng)系統(tǒng)

牽引、制動(dòng)系統(tǒng)是軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)中關(guān)鍵性技術(shù)應(yīng)用，通過(guò)牽引與制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)行，可以對(duì)車輛運(yùn)行速度、停車與啟動(dòng)、承載力等進(jìn)行控制，是軌道車輛運(yùn)行控制的核心技術(shù)，與車輛整體運(yùn)行狀態(tài)有著直接的關(guān)系。通常情況下，城市軌道交通是利用設(shè)備的組件之間的相互摩擦進(jìn)行制動(dòng)或者是組件與空氣之間的相互摩擦進(jìn)行制動(dòng)。在軌道交通運(yùn)輸體系中，牽引系統(tǒng)的作用原理較為直觀，為保證運(yùn)輸效率、質(zhì)量符合預(yù)定目標(biāo)，應(yīng)對(duì)車輛運(yùn)行牽引力進(jìn)行精細(xì)化控制，避免由于牽引力過(guò)高、過(guò)低，造成的安全事故問(wèn)題。

2、供電系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行，需要充足的能源進(jìn)行供應(yīng)。目前，軌道交通運(yùn)輸體系的主要能源供應(yīng)是電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)在提供電力支持的過(guò)程中，不僅需要為車輛運(yùn)行配備足量的電力，同時(shí)，還需要為車輛內(nèi)部的溫度調(diào)控、照明等設(shè)備提供能源基礎(chǔ)。當(dāng)前階段，軌道車輛電力供應(yīng)輸出以直流電為主。

3、控制系統(tǒng)

智慧城市建設(shè)理念的影響下，軌道交通作為城市基礎(chǔ)運(yùn)輸設(shè)施，在運(yùn)營(yíng)管理的過(guò)程中，應(yīng)逐步完善控制系統(tǒng)功能，推進(jìn)智能管理平臺(tái)的建設(shè)與完善，注重電氣系統(tǒng)中，電力機(jī)構(gòu)、線路運(yùn)行以及開關(guān)的自動(dòng)化控制，加強(qiáng)安全防護(hù)的整體建設(shè)投入，為軌道交通體系的高效、安全利用奠定基礎(chǔ)。

4、傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)作為軌道運(yùn)輸系統(tǒng)的重要構(gòu)成，與車輛運(yùn)行質(zhì)效、安全等有著密切的關(guān)系。為有效緩解城市交通壓力，滿足乘客多元化的出行需求，需要傳統(tǒng)系統(tǒng)具有高效傳導(dǎo)的性能?，F(xiàn)階段，軌道交通運(yùn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，存在站點(diǎn)人員密度分布不均勻、車輛啟動(dòng)與停車頻繁、站點(diǎn)之間的距離短等特點(diǎn)，在固定的運(yùn)行模式之下，城市軌道交通運(yùn)行車輛必須有安全穩(wěn)定的傳動(dòng)系統(tǒng)作為支撐，傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣安全要求較高。

二、城市軌道運(yùn)輸系統(tǒng)電氣安全防護(hù)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

1、工作接地電氣安全防護(hù)技術(shù)

（1）高壓接地

高壓回流接地在軌道交通運(yùn)輸體系中的實(shí)際應(yīng)用是指，將接觸網(wǎng)絡(luò)中的高壓電流通過(guò)接地的形式，導(dǎo)入軌道中，電流回流到變電站，形成穩(wěn)定的回路，為軌道運(yùn)輸車輛提供供電支持。在進(jìn)行高壓電流回路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)確保電路中的電流可以有效回流到變電站中，最大限度的避免出現(xiàn)電路損壞、故障、觸電風(fēng)險(xiǎn)。需要注意的是，高壓接地電路設(shè)計(jì)中，需要兩條以上不同通路的路線可以進(jìn)行回流，以防某一條電路故障導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。

（2）低壓接地

低壓接地安全防護(hù)技術(shù)通過(guò)為低壓電路運(yùn)行設(shè)置基準(zhǔn)電位，提供分散信號(hào)的通道。由于電路需要同時(shí)使用同一接地線，產(chǎn)生阻抗，在后端的電流會(huì)逐步疊加阻抗，一旦電流出現(xiàn)變化，對(duì)前端電路電壓也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，導(dǎo)致負(fù)載增強(qiáng)，形成共組抗干擾。當(dāng)高頻信號(hào)作用時(shí)，地線的阻抗會(huì)受到感抗影響，干擾影響加劇。為此，為有效控制數(shù)字信號(hào)對(duì)電流控制模擬信號(hào)的共阻抗干擾影響，應(yīng)設(shè)置單獨(dú)接地裝置。

2、安全接地防護(hù)技術(shù)的具體應(yīng)用

（1）人身安全防護(hù)

人身安全防護(hù)的技術(shù)控制體現(xiàn)在兩方面：一方面，控制人體阻抗。軌道交通電氣系統(tǒng)中的人體阻抗實(shí)質(zhì)上是指?jìng)€(gè)體體制差異化影響下的抗阻數(shù)值。通常情況下，電壓越大，人體阻抗數(shù)值會(huì)隨之增加;反之，電壓越高，皮膚產(chǎn)生的阻抗會(huì)隨之降低。同時(shí)，電位施加程度不同，人體阻抗數(shù)值也會(huì)出現(xiàn)變化;另一方面，車輛接地防護(hù)技術(shù)。為了控制乘客、工作人員受電氣運(yùn)行影響出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)，車輛中所有容易被接觸的電氣設(shè)備都會(huì)安裝到箱體與內(nèi)裝板中，金屬箱體明確要求通過(guò)接地線與車體相連接，車體利用接地線連接到回流軸端，實(shí)現(xiàn)與鐵軌的聯(lián)通。如果設(shè)備出現(xiàn)漏電、故障等問(wèn)題，人體抗阻大于車體與相關(guān)設(shè)備產(chǎn)生的串聯(lián)阻抗，可以有效控制人體電流處于安全范圍區(qū)間，提升軌道交通運(yùn)行的安全性、舒適性。

（2）設(shè)備安全防護(hù)

設(shè)備安全防護(hù)的技術(shù)應(yīng)用包括兩個(gè)方向：一是防雷接地技術(shù)應(yīng)用。該種技術(shù)需要在受電弓后端裝設(shè)金屬避雷裝置，控制軌道車輛的抗雷擊性能，限制雷擊續(xù)流幅度與維持時(shí)間;二是高壓電氣設(shè)備的外殼接地管理。通過(guò)外殼接地可以有效到出外殼上積累過(guò)多的電荷，避免設(shè)備由于絕緣損耗導(dǎo)致的帶電風(fēng)險(xiǎn)，能夠評(píng)屏蔽較大的電場(chǎng)，一旦電荷過(guò)高，可以及時(shí)啟動(dòng)電源保護(hù)裝置，自動(dòng)斷電。

3、屏蔽接地安全技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

（1）集膚效應(yīng)

變電流在經(jīng)由導(dǎo)體時(shí)，大部分是在導(dǎo)體表面流動(dòng)，產(chǎn)生集膚效應(yīng)，電流頻率越高，集膚效應(yīng)產(chǎn)生的影響越大。為有效控制集膚效應(yīng)的影響，高頻接地線路應(yīng)選擇表面積較大的編制編織電纜。

（2）屏蔽電場(chǎng)

當(dāng)屏蔽層沒(méi)有進(jìn)行接地時(shí)，等效電路在運(yùn)行過(guò)程中，騷擾電壓通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生與屏蔽層電容耦合的效果，并在屏蔽層上展現(xiàn)。然后借由屏蔽層與相關(guān)導(dǎo)線再次耦合，對(duì)導(dǎo)線電路的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾。當(dāng)屏蔽層處于接地狀態(tài)，相當(dāng)于短路，耦合電容短接到地，無(wú)法把騷擾傳導(dǎo)給導(dǎo)線，電場(chǎng)屏蔽只需要把屏蔽層單端進(jìn)行接地就可以，同時(shí)，應(yīng)盡量選擇編制層緊密的屏蔽接線電纜，確保芯線防護(hù)緊密。

（3）屏蔽磁場(chǎng)

通過(guò)屏蔽層的設(shè)置，在阻隔層外部回流磁場(chǎng)與屏蔽磁場(chǎng)會(huì)相互抵消，產(chǎn)生較好的屏蔽效果。該種屏蔽效應(yīng)既可以作為主動(dòng)屏蔽模式，也可以作為被動(dòng)屏蔽機(jī)制的運(yùn)行基礎(chǔ)。在回流頻率處于低頻范圍中，回流會(huì)借由地線傳送到電源負(fù)極中;處于高頻范圍，應(yīng)設(shè)置雙端接地，或雙端負(fù)線回路，保證屏蔽層實(shí)際安全防護(hù)效果。

（4）地環(huán)路影響

交通軌道接地點(diǎn)間如果出現(xiàn)降壓現(xiàn)象，將會(huì)逐步形成環(huán)路，即增加負(fù)載電壓。環(huán)路的電壓除了信號(hào)源電壓外，還可能會(huì)產(chǎn)生噪聲電壓。由噪聲電流運(yùn)行與屏蔽層間電阻乘積產(chǎn)生的電壓影響，將會(huì)在一定程度上削弱屏蔽層對(duì)磁場(chǎng)、電場(chǎng)阻隔效應(yīng)。

結(jié)語(yǔ)：

城市交通運(yùn)輸需求的多元化、復(fù)雜化轉(zhuǎn)變，對(duì)電氣系統(tǒng)的運(yùn)行效率與安全性等都提出了更高的要求。軌道交通運(yùn)輸體系由牽引系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)與傳動(dòng)系統(tǒng)共同構(gòu)成，為有效提升車輛系統(tǒng)的運(yùn)輸安全，不僅應(yīng)加強(qiáng)電氣設(shè)備的維修、養(yǎng)護(hù)與管理，不斷完善智能化、自動(dòng)化控制功能，同時(shí)，還應(yīng)設(shè)置對(duì)應(yīng)的接地安全防護(hù)機(jī)制，通過(guò)工作接地、屏蔽接地與安全接地等技術(shù)手段的有效規(guī)劃、實(shí)行，提升軌道運(yùn)輸?shù)陌踩?、穩(wěn)定性與舒適性，為現(xiàn)代城市交通體系的建設(shè)與完善夯實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]康洪銘.論電氣化在安全交通上的應(yīng)用[J].中國(guó)科技投資，2018（04）：103;

[2]吳文彬.城市軌道交通車輛電氣牽引技術(shù)分析與研究[J].名城繪，2018（2）：702;

[3]殷玥.城市軌道交通車輛電氣系統(tǒng)接地措施探討[J].通信電源技術(shù)，2018，35（02）：253-254;

[4]王瑩瑩.城市軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)分析[J].通信電源技術(shù)，2018，172（04）：69-70.