摘要：介绍了城市轨道交通直流牵引回流系统的主要特点,对牵引回流系统运行中出现过的钢轨电位升高典型问题进行说明，当前，城市轨道交通直流牵引供电系统钢轨电位升高问题已成为线路运行安全的难题，通过原因分析、系统总结和归纳有效治理措施，并针对薄弱环节采用新工艺、新方法，对直流回流系统提出了新的思路及建议，可供同行探讨或参考。
关键词：城市轨道交通；牵引回流系统；轨电位升高；分析研究；
1.牵引回流系统的主要问题分析
城市轨道交通直流牵引供电系统采用悬浮接地、走行轨回流方式，该供电方式下钢轨电位与杂散电流问题已成为影响当前城市轨道交通线路供电安全的重要因数。走行轨自身电阻的存在使牵引电流回流时在走行轨与地之间存在电位差，称为钢轨电位；走行轨与地之间无法做到完全绝缘，存在部分回流电流从轨道泄漏至周边大地中，形成杂散电流。 钢轨电位会对乘客人身安全及轨旁设备运行安全造成危害；杂散电流泄漏过程中不仅会腐蚀走行轨，还会对周边主体结构钢筋及埋地金属管线产生电化学腐蚀，影响埋地金属工程的运行安全。当前，国内外轨道交通线路普遍存在钢轨电位异常升高与杂 散电流过大问题，线路虽然设置有钢轨电位限制装置及排流装置，但仍存在较大副作用，分析钢轨电位异常升高原因从而进行抑制是当前牵引供电系统安全运行的重要研究内容。
2.轨电位升高及杂散电流增大原因分析
走行轨-埋地排流网-大地的电阻分布网络图如图1所示[1]，对应钢轨的不同位置x，可计算相应钢轨电位.png)
、钢轨泄漏到地下的杂散电流.png)
、轨道和埋地金属结构间跨接电流.png)
等。
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图1 走行轨-埋地排流网-大地的电阻分布网络图
将图1的数学模型用公示表示，并适当简化[1],并令.png)
，则
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(1)
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(2)
式（1）、式（2）表明，计算中.png)
可忽略，假设电客车距变电所最远距离为.png)
，轨对地过渡电阻.png)
，收集网电阻.png)
，机车电流.png)
时，按式（1）取不同的钢轨电阻计算轨电位，轨道电阻.png)
时，轨电位如图2所示。
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图2 轨道电阻.png)
时的轨电位
由式1和图2可见，轨道内阻越大，轨电位越高，这与轨道的焊接、线缆与轨及回流系统设备各连接点的牢靠程度相关； 牵引所之间距离越大，越不利于降低轨电位，双边供电比单边供电时轨电位上升幅度大，这与运行方式有关。
假设电客车距变电所最远距离为.png)
，轨对地过渡电阻.png)
，收集网电阻.png)
，机车电流.png)
时，按式（2）计算.png)
，如图3所示。
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图3过渡电阻.png)
时的杂散电流
计算结果说明，轨对地过渡电阻大小成为杂散电流扩散的主因，轨通过绝缘垫与道床衔接，但隧道内异常潮湿的环境甚至积水，还有污秽及绝缘降低等原因。轨电位升高及机车取流较大，使得轨电位升高与杂散电流扩散互相交织而形成恶性循环。
3. 应对措施
3.1 降低钢轨电位
减少回流通路电阻，如通过与轨道并联电缆的措施，增加回流电缆的截面，但并联范围及电缆截面需要通过测试或计算来确定。应仔细检查回流通道中回流线或电缆与钢轨、道岔、汇流箱、负极柜等接头牢固程度。可采用如低温软钎焊加栓接的新方法，将L形铜排与钢轨连接，然后电缆与铜排预留孔通过螺栓连接等新工艺对均回流电缆与钢轨间连接。
3.2 减少杂散电流排放
采用抗老化和耐腐蚀性强的绝缘材料加强轨对地的绝缘，减少隧道潮湿，杜绝道床积水及污染。在越江等重点隧道区段提高轨道对地的安装距离，还有在重点隧道两端设置单相导通装置进行加强等措施。在道床与主体结构之间涂抹新型绝缘材料并使用绝缘扣件固定道床的措施，增大道床与主体结构之间的绝缘。
3.3 解除OVPD 频繁动作闭锁
应该从削弱和抑制开断过程中的过电压的角度出发来解决问题，如重点检修OVPD 接触器触头和保护电路用晶闸管等。
3.4 正确投入OVPD 及排流柜
根据规范要求［3］，地铁内除钢轨等金属外不得与回流轨和电源负极间电气相连，更不应该长时间连接，因此从规范规定上推断应尽量避免投入OVPD 及排流柜的操作。通过识别多点轨电位先对最高轨电位进行接地操作［2］，OVPD 承担着保护人身安全的作用，比排流柜有优先权，当OVPD 投入时对排流柜屏蔽。采用自动投入排流柜装置，当OVPD 保护需动作时，接触器设置为延时合闸，在OVPD 合闸前判断排流柜运行状态［4］。若排流柜未投运，排流柜自动隔离开关不动作; 若排流柜已投运，自动打开排流柜隔离开关。将排流柜母排搭接处的结构进行改变，尽量减小接触电阻，如加大接触面并牢靠连接，增大通流容量。
4.结束语
地铁直流牵引供电系统较交流系统电压低而电流大，以走行轨作为回流通路，虽然节省了工程投资，但也带来不少问题，通过总结还是应综合考虑、系统优化，加强对轨对地的绝缘措施，采用新工艺保持回流通路通畅，采取防止OVPD 操作过电压措施，采用通过逻辑控制和加强监测等方式避免OVPD与排流柜的动作问题；钢轨电位计算，要有足够的余量应对实际运行图的不确定因素;建议将钢轨泄漏电阻值测试作为线路开通前的必要测试项目，制定详细的测试方案，准确评价钢轨泄漏电阻值，对于不满足要求的线路区段，应及时整改。
参考文献：
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[4]韩冶。数字化变电站技术在城市轨道交通的应用研究[J]。电气应用,2013(12):45-48。
论文作者:温向宇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
标签：钢轨论文; 电位论文; 电流论文; 电阻论文; 轨道论文; 轨道交通论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第28期论文;