关键词：地铁；杂散电流；分布；防护
一、车辆段负回流系统的现状及影响
目前，我国许多城市的地铁车辆段由于负回流系统设备运行环境复杂、建设施工水平存在差异、施工工艺技术受限等原因，个别车辆段在运营过程中仍存在一些问题，具体如下：（1）在车辆段变电所作业，负极对地接挂地线时，接头处打火，通过合车辆段轨电位限制装置仍无法解决；（2）进行车辆段接触网检修时，库外架空地线对地接挂地线过程中，接头处打火，通过合车辆段轨电位限制装置
仍无法解决；（3）车辆段钢轨电位限制装置频繁动作；（4）车辆段库外钢轨电位过高时，误触发框架保护。上述问题可通过合上与车辆段相邻最近的正线车站钢轨电位限制装置临时解决，保证作业安全，但钢轨电位限制装置长期合闸会造成
泄漏电流的增大，从而造成附近钢筋结构的腐蚀。
二、地铁车辆段杂散电流的特征
1.附着性特征。所谓地铁车辆段杂散电流，是与地铁运输所应用的直流牵引电流相对应的电流形式。杂散电流是轨道交通运输中，伴随着直流牵引供电流形成的电流形式。地铁车辆段接触网与牵引变电站的正极相连接。当车辆在轨道上运行时，此时直流牵引电流会经回流通路回到牵引变电站负极。这种电流传输过程形成了电力循环体，进而导致电流循环结构。由于钢轨的绝缘电阻不是无限大，在电流传输过程中有一部分的电流泄露到建筑或道床结构钢上，对地铁正常运输产生干扰。从杂散电流的形成过程来看，该电流具有较强的附着性，只要有交通轨道运输，就会有杂散电流。
2.强腐蚀性特征。杂散电流在直流牵引电流的作用下，也会对轨道及周围结构产生电解。电流在由正极向负极转变的过程中，会携带金属表层部分磁力，致使金属直接与氧气接触，发生氧化反应。依据轨道交通相关资料可知，地铁直流引流状态下产生的杂散电流，1A电流平均1年可腐蚀9.55 kg钢铁；对混凝土的腐蚀度为1年腐蚀2.66 kg，从这一层面来说，杂散电流具有较强的腐蚀性。
3.周期性特征。地铁车辆段杂散电流是伴随着地铁运输时所应用的直流电所产生的附加电流。该种电流原本属于小规模电流，但由于地铁运输时直流牵引电流是集中在某一区域内的电流传输过程，因而，小规模的杂散电流就会随着直流形式变化，转换为集中性的杂散电流，再加上地铁运输属于周期循环过程，就会出现杂散电流周期循环状态。
三、案例分析
为了掌握地铁车场牵引回流的泄漏情况和金属结构受杂散电流腐蚀的程度，研究杂散电流的分布情况，需设置合理的测试点。为此，选择在场段的临时接地线，临时挂接地线股道旁隔离开关处架空地线，变电所电缆夹层内强电接地母排各电缆、接地扁钢，库前单向导通装置，出入段线架空地线等位置进行测量。
1.测试方法。本测量项目配置多台测试箱并配套相关软件以完成数据自动测量、记录、存储。电流测量均采用霍尔电流传感器。每个测试位置设置1台数据采集箱，根据各测试点被测量对象配置相应数量的采样通道，对测量点采样模块进行通道配置，通道配置与被测量对象相互对应。每个测试点数据采样频率为120次/min。测试前，本项目所有数据采集设备均做对时处理。采样存储的数据支持U盘/FTP协议导出，支持EXCEL软件浏览。
2.数据采集。（1）地铁场段库内临时挂接地线电流测试。其原理示意图如图1所示。A、B端电流如表1所示，测试结结果表明，地铁运营时段，临时挂接地线时有大量的杂散电流，最大值达到400 A。（2）地铁场段库前单向导通装置电流测试，可得如表2所示。（3）地铁场段库内挂接地线L5股道旁架空地线电流测试如图2所示，库内L5股道旁架空地线电流极值数据统计表如表3所示。
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表1 临时挂接地线A端、B端电流最值数据统计表
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表2 停车场库前单导装置电流极值数据统计表
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表3 库内L5股道旁架空地线电流极值数据统计表
测量结果表明，隔离开关接地刀合闸并挂接临时地线时，其连接结构立柱架空地线回路存在杂散电流。（3）地铁场段杂散电流测试结果分析。根据测试数据分析，正线泄漏的杂散电流，在大地中流动，在地铁场段钢轨绝缘薄弱的地方流入场段钢轨，然后再经单向导通装置流回至牵引变电所。运营时段，地铁场段内杂散电流瞬时值可达到400 A以上。由于本次测试场段内的隔离开关为带地刀三工位结构，挂接地线时，接触网、钢轨、架空地线均与地网连通，部分从正线泄漏的杂散电流也可能经过架空地线流入场段，在场段内钢轨绝缘薄弱的地方流入钢轨，然后再经单导流入牵引变电所。
四、车辆段杂散电流防护
地铁车辆段是杂散电流防护的薄弱环节。应采取有效措施对地铁车辆段的杂散电流进行防护，同时应考虑监测及排流措施。可采取的具体措施如下：
1.设置回流回路。车辆段可通过恰当设置回流点和均流电缆来降低钢轨电位，从而减小杂散电流的泄漏。车辆段内线路和出入段线之间、车辆段各电化库内线路和库外线路之间设置钢轨绝缘节并装设单向导通装置。
2.设置杂散电流收集网。在电化库及试车线下方道床结构钢筋设置杂散电流收集网，收集网通过连接排流端子的电缆进入变电所排流柜。收集网钢筋与底板结构钢筋分离。
3.监测系统。车辆段采用集中式监测系统，分别对停车列检库、周月检库、静调库、试车线、洗车机棚内整体道床结构进行监测，所有监测装置可将处理信息通过牵引所综合自动化装置送至控制中心，进行全线的信息处理。
4.结构要求。钢轨采用绝缘法安装，以加强钢轨对道床的绝缘。应定期对车辆段钢轨进行清理，防止铁屑及油污粘附在绝缘垫上而降低轨地绝缘。车辆段主体结构的防水层必须具有良好的防水性能和电气绝缘性能。
为避免因场段库内隔离开关接地刀合闸而造成杂散电流泄漏，建议对库内手动隔离开关接地刀进行绝缘安装，接地刀通过电缆与钢轨连通，不再与接地回路连通。可将出入段线单向导通装置进行优化设置，即在有车辆通过时将其导通，而无车辆通过时将其断开。这样相当于切断了正线与场段杂散电流的主要通路，使杂散电流尽量流回就近的牵引变电所。
参考文献：
[1]李艳成.全自动运行系统地铁车辆关键技术[J].都市快轨交通，2018，31（1）：123，128
[2]黄寄鸿.地铁车辆现场数据收集方法及数据库设计[J].城市轨道交通研究，2018，21（1）：44，48.
论文作者:李 宁
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年 19期
论文发表时间:2020/3/16
标签：电流论文; 地线论文; 车辆论文; 钢轨论文; 地铁论文; 测试论文; 装置论文; 《当代电力文化》2019年 19期论文;