城市軌道交通場(chǎng)段、停車場(chǎng)雜散電流防護(hù)研究

李雄　李斌冰

摘要 城市軌道交通場(chǎng)段、停車場(chǎng)是電客列車運(yùn)營(yíng)結(jié)束回庫(kù)停車以及列車調(diào)試、檢修的基地，出、入段線是指正線與場(chǎng)段、停車場(chǎng)之間的過(guò)渡線路。車輛段、停車場(chǎng)的軌道一般采用碎石道床，無(wú)法設(shè)置雜散電流排流網(wǎng)，因此采用在出、入段線鋼軌上設(shè)置絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置，使鋼軌回流只能由場(chǎng)段流向正線，正線鋼軌回流無(wú)法流向場(chǎng)段，以達(dá)到減小場(chǎng)段、停車場(chǎng)雜散電流的目的。文章介紹了絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置工作原理，列舉了實(shí)際運(yùn)用中絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置運(yùn)用失敗的案例，并分析了出、入段線不同供電制式下絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置的合理設(shè)置方式。

關(guān)鍵詞 城市軌道交通;場(chǎng)段、停車場(chǎng);絕緣節(jié);單向?qū)ㄑb置

中圖分類號(hào) U231.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0053-03

0 引言

城市軌道交通電客列車采用直流（DC750 V或DC1500 V）牽引，采用接觸軌或接觸網(wǎng)作為牽引系統(tǒng)正極，鋼軌作為牽引系統(tǒng)負(fù)極，因此鋼軌又稱為回流軌。由于鋼軌不可能做到對(duì)地完全絕緣，有少量的電流不沿鋼軌流回到牽引變電所的負(fù)極，而是從鋼軌泄漏到大地中，再沿著大地回到牽引變電所負(fù)極或流向大地低電位處，這部分電流稱為雜散電流。雜散電流會(huì)對(duì)道床、建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋造成一定腐蝕，對(duì)電氣設(shè)備接地方式造成一定影響[1]。正線軌道一般采用整體道床，在整體道床、隧道壁中設(shè)置排流網(wǎng)對(duì)雜散電流進(jìn)行收集。然而，車輛段、停車場(chǎng)的軌道采用碎石道床，無(wú)法設(shè)置排流網(wǎng)，一般在出、入段線鋼軌上設(shè)置絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置達(dá)到減小雜散電流的目的。絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置應(yīng)結(jié)合出、入段線供電方式進(jìn)行設(shè)置，不同的供電方式采用不同的設(shè)置方式，才能達(dá)到理想的效果。

1 絕緣節(jié)、單向?qū)ㄑb置工作原理

在城市軌道交通一些特殊地段，如車輛段、停車場(chǎng)等地段，由于軌道采用碎石道床，無(wú)法設(shè)置排流網(wǎng)對(duì)雜散電流進(jìn)行收集[2]。另外，鋼軌對(duì)地過(guò)渡電阻較低，雜散電流可以從正線經(jīng)場(chǎng)段、停車場(chǎng)泄漏至大地，容易對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋造成一定腐蝕等影響。

因正線的行車密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于場(chǎng)段，牽引電流較大，容易造成嚴(yán)重的雜散電流泄漏[3]。為了限制雜散電流的泄露對(duì)場(chǎng)段、停車場(chǎng)的影響，需要場(chǎng)段、停車場(chǎng)與正線之間的鋼軌上設(shè)置絕緣節(jié)，目的是將場(chǎng)段、停車場(chǎng)與正線之間的鋼軌隔開，并在絕緣節(jié)兩端設(shè)置單向?qū)ㄑb置，使場(chǎng)段、停車場(chǎng)鋼軌中電流可以流向正線，但正線鋼軌中電流不能流向場(chǎng)段、停車場(chǎng)，從而減小雜散電流及影響范圍，如圖1所示。

2 存在問(wèn)題

出、入段線有許多種供電方式，進(jìn)行絕緣節(jié)、單向?qū)ㄑb置設(shè)置需要根據(jù)出、入段線供電方式進(jìn)行調(diào)整。實(shí)際使用過(guò)程中，往往存在許多不合理的因素，導(dǎo)致單向?qū)ㄑb置發(fā)揮不出效果，不能起到減小雜散電流影響的目的。下面介紹一種單向?qū)ㄑb置被回流電纜短接失效的案例。

案例中，出、入段線采用車輛段變電所及正線變電所雙邊供電的方式，鋼軌絕緣節(jié)、單向?qū)ㄑb置設(shè)置在出、入段線與場(chǎng)段線的臨界點(diǎn)，如圖2所示。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)人員發(fā)現(xiàn)實(shí)際雜散電流并沒有減小，反而出現(xiàn)一些雜散電流影響明顯的現(xiàn)象，比如場(chǎng)段、停車場(chǎng)變電所電氣設(shè)備在設(shè)備維護(hù)接地及掛接地線過(guò)程中出現(xiàn)“火花”“放電”現(xiàn)象，給城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理造成一定困擾。

3 原因分析

在場(chǎng)段、停車場(chǎng)變電所電氣設(shè)備維護(hù)檢修使用過(guò)程中，整流機(jī)組負(fù)極柜在停電檢修時(shí)，在對(duì)負(fù)極柜中負(fù)極母排驗(yàn)電、掛接地線時(shí)，接地線搭接瞬間出現(xiàn)明顯的放電現(xiàn)象，且放電現(xiàn)象不會(huì)因放電時(shí)間延長(zhǎng)而衰減。

在變電所負(fù)極柜內(nèi)對(duì)出、入段線接地電流與其他股道接地電流進(jìn)行電流采集，可以發(fā)現(xiàn)負(fù)極母排維護(hù)接地狀態(tài)下接地電流完全來(lái)自出、入段線，最大電流可達(dá)150 A，而其他股道接地電流幾乎為0，如圖3所示，電流幅值較大的波形為出、入段接地電流，電流幅值幾乎為0的是其他股道接地電流。分析說(shuō)明出、入段線設(shè)置的絕緣節(jié)、單向?qū)ㄑb置未能阻止正線電流流向場(chǎng)段、停車場(chǎng)，絕緣節(jié)、單向?qū)ㄑb置處于失效狀態(tài)。

對(duì)出、入段線回流及其他軌道回流進(jìn)行采集，如圖4所示，出、入段線回流及場(chǎng)段其他股道回流電流大小相等，方向完全相反，可以說(shuō)明正線的回流通過(guò)出、入段線，回到牽引變電所負(fù)極母排，再通過(guò)變電所負(fù)極母排流向整個(gè)車輛段其他股道，絕緣節(jié)、單向?qū)ㄑb置處于失效狀態(tài)，擴(kuò)大了雜散電流影響范圍，加劇了場(chǎng)段、停車場(chǎng)雜散電流腐蝕。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析，再對(duì)照?qǐng)龆位亓飨到y(tǒng)圖排查，當(dāng)出、入段線牽引供電采用場(chǎng)段內(nèi)變電所及正線變電所雙邊供電的方式時(shí)，出、入段線設(shè)置了回流電纜連接到場(chǎng)段內(nèi)牽引變電所的負(fù)極，出、入段線回流電纜及場(chǎng)段內(nèi)回流鋼軌形成通路，將出、入段線處設(shè)置的單向?qū)ㄑb置短接，正線牽引回流可能通過(guò)出、入段線回流電纜流向負(fù)極柜負(fù)極母排，在通過(guò)場(chǎng)段其他回流電纜流到場(chǎng)段內(nèi)，導(dǎo)致單向?qū)ㄑb置失效，參考圖2所示。

4 出、入段線不同供電方式下絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置設(shè)置分析

城市軌道交通出、入段線供電方式分為以下幾類：由場(chǎng)段單邊供電、由正線單邊供電、由車輛段及正線雙邊供電、由正線雙邊供電4種[4-7]。出、入段線不同供電方式下絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置設(shè)置分析如下。

4.1 車輛段變電所單邊供電

車輛段變電所單邊供電是指出、入段線通過(guò)車輛段變電所進(jìn)行單獨(dú)供電的方式。當(dāng)車輛段變電所供電故障解列時(shí)，無(wú)法對(duì)出入段線供電，因此供電可靠性不高。在此種供電模式下，絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置設(shè)置應(yīng)設(shè)置在出、入段線與正線臨界點(diǎn)位置，設(shè)置簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好。

4.2 正線單邊供電

正線變電所單邊供電是指出、入段線通過(guò)正線變電所進(jìn)行單獨(dú)供電的方式。當(dāng)正線負(fù)責(zé)供電的牽引變電所供電故障解列時(shí)，同樣無(wú)法對(duì)出入段線供電，供電可靠性也不高。在此種供電模式下，絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置設(shè)置應(yīng)設(shè)置在出、入段線與場(chǎng)段線臨界點(diǎn)位置，設(shè)置簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好。

4.3 車輛段及正線變電所雙邊供電

車輛段及正線變電所雙邊供電是指出、入段線通過(guò)車輛段變電所及正線變電所同時(shí)進(jìn)行供電的方式。當(dāng)車輛段變電所或正線變電所其中一個(gè)變電所供電故障解列時(shí)，可以通過(guò)另外一個(gè)變電所進(jìn)行單邊供電，因此供電可靠性較高，運(yùn)用比較廣泛。在此種供電模式下，應(yīng)將出、入段線供電劃分為常態(tài)供電及備用供電模式，可分為兩種情況，一種是場(chǎng)段變電所為常態(tài)供電模式，正線變電所為備用供電模式，這種情況下絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置設(shè)置應(yīng)設(shè)置在出、入段線與正線臨界點(diǎn)位置，并且出、入段線與場(chǎng)段線臨界點(diǎn)設(shè)置絕緣節(jié)及電動(dòng)隔離開關(guān)，電動(dòng)隔離開關(guān)常態(tài)處于閉環(huán)狀態(tài)，當(dāng)采用正線變電所備用供電時(shí)，電動(dòng)隔離開關(guān)處于斷開位置;另一種情況為正線變電所常態(tài)供電模式，場(chǎng)段變電所為備用供電模式，絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置設(shè)置應(yīng)設(shè)置在出、入段線與場(chǎng)段線臨界點(diǎn)位置，并且出、入段線與正線臨界點(diǎn)位置設(shè)置絕緣節(jié)及電動(dòng)隔離開關(guān)，電動(dòng)隔離開關(guān)常態(tài)處于閉環(huán)狀態(tài)，當(dāng)采用場(chǎng)段變電所備用供電時(shí)，電動(dòng)隔離開關(guān)處于斷開狀態(tài)。還需注意的是出、入段線回流電纜應(yīng)接在絕緣節(jié)靠場(chǎng)段側(cè)，設(shè)置復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)性差。

4.4 正線變電所雙邊供電

正線變電所雙邊供電是指出、入段線通過(guò)正線相鄰兩個(gè)牽引變電所同時(shí)向出、入段線供電的方式。當(dāng)車輛段變電所或正線變電所其中一個(gè)變電所供電故障解列時(shí)，可以通過(guò)另外一個(gè)變電所進(jìn)行單邊供電，同樣可以達(dá)到較高供電可靠性。在此種供電模式下，絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置應(yīng)設(shè)置在出、入段線與場(chǎng)段線臨界點(diǎn)位置，設(shè)置簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好。

5 結(jié)束語(yǔ)

絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置的設(shè)置應(yīng)結(jié)合出、入段線供電方式進(jìn)行設(shè)置，不同的供電方式采用不同的設(shè)置方式，才能達(dá)到理想的效果。城市軌道交通出、入段線供電方式有多種，不同的供電方式，供電的可靠性不一樣，絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置應(yīng)設(shè)置也有較大區(qū)別。通過(guò)對(duì)比分析，可以看出當(dāng)出、入段線供電方式采用正線變電所雙邊供電時(shí)，既能滿足出、入段線供電可靠性較高，同時(shí)出、入段線絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置設(shè)置比較簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，可以用較小的成本達(dá)到增加供電可靠性，同時(shí)減小場(chǎng)段、停車場(chǎng)雜散電流的目的。

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