摘要：本文简要分析了地铁杂散电流的产生、危害，指出杂散电流检测系统的重要性，简述杂散电流检测系统的工作原理，即通过在正线隧道埋设测量端子，并将传感信号由传感器搜集后反馈至变电所数据处理装置。在杂散电流检测系统中，传感器作为设置在线路上的精密设备，由于线路环境较差、传感器电路敷设距离长，其故障率较高，如何检查并排除传感器的故障，是本文讨论的重点。
关键词：杂散电流监测系统；传感器；检查；故障排除
引言
随着我国城市轨道交通的大力建设和飞速发展，如何保证轨道系统的正常运行是整个系统工程的重点。地铁系统地下线路一般采用盾构式钢结构建筑，在线路中存在钢结构网络。城市轨道交通电动列车供电多采用直流电，钢轨回路属于列车牵引供电系统回路中的重要组成部分，自身存在较高的电位（即“轨电位”）。
根据设计要求，钢轨需要与隧道结构互相绝缘，防止钢轨回流回路接地导致牵引供电系统跳闸，同时也能防止回流电荷流入隧道结构，流入钢结构网络的电流就是所谓的“杂散电流”（如图1）。杂散电流是一种有害的电流，会对轨道交通中的电气设备、设施的正常运行造成不同程度的影响，以及对隧道、道床的的钢结构和附近的金属管线造成危害。
图1 地铁回馈电路与杂散电流的产生
然而，目前由于施工工艺水平限制，世界铁道施工尚无法保证钢轨与隧道结构的完全绝缘，为保证结构安全使用，城市轨道交通供电专业引入杂散电流腐蚀防护及监测系统，对流入隧道结构内的杂散电流进行检测，防止出现异常杂散电流，保证隧道钢结构的相对稳定。因此，一套良好的杂散电流监测系统是列车在地下线路安全运行的保障，牵引供电专业需要对杂散电流监测系统加以重视，由于隧道内潮湿、多尘等不利因素，杂散电流监测系统中的传感器一端故障较为频发，本文就传感器故障的检查与排除开展讨论。
1 杂散电流监测系统的组成
杂散电流监测系统采用相对集中式监测系统，由参比电极、测量端子（道床收集网测试端子、隧道收集网测试端子）、杂散电流测量电缆、传感器及变电所数据采集及统计处理装置、综合监测装置组成，具体构成方式如图1-1所示。
图1-1 相对集中式监测系统
参比电极、测量端子、电缆可归类为前端设备，传感器属于中端设备，变电所数据采集及统计处理装置、综合监测装置属于后端设备。
1.1前端设备
车站区段及附近区间是杂散电流腐蚀严重区段，为监测杂散电流大小及腐蚀状况，在这些区段的整体道床及车站、隧道结构中引出测量端子，并在附近混凝土中埋置参比电极，通过参比电极，测量结构钢筋与混凝土介质间的电位差，此电位差可间接反应出结构钢筋腐蚀情况。
1.2中端设备
传感器属于中端设备，安装在线路旁侧，传感器的主体结构为集成电路板，主要接入数据信号收集、数据信号上传、电源3个线路，它的主要功能为收集前端设备返回的采集数据并整理上传至上级的监控分析装置。
1.3后端设备
杂散电流监测装置放置在变电所内，测试数据处理后经变电所综合自动化系统通过综合监控通道上传至杂散电流综合监测系统，同时也可在每个变电所内调出所需数据。
传感器处于杂散监测系统的中端，属城市交通检修供电系统中比较重要的检修设备，但其安装在线路旁侧，易受线路潮湿、积尘等外部不利因素的影响，使得传感器成为整套杂散电流监测系统中故障率最高的设备，有必要对其常见故障进行分析、总结。
2 杂散电流传感器的结构
本文以南宁轨道交通在用的某XX-3型号杂散电流传感器为例，介绍传感器工作原理及功能、硬件接线要求。
2.1原理
图2-1 传感器原理图
如图2-1所示为XX-3型传感器的工作原理图，各测量信号经过放大、AD转换等变换电路，由模拟量转换为数字量，CPU通过采集的数字量进行相应运算，最终将数据通过通信网络上传至监测装置。
2.2传感器功能
实时监测牵引钢轨对道床排流网结构钢筋电压。
实时监测牵引钢轨对隧道壁结构钢筋电压。
实时监测道床排流网结构钢筋对参比电极的电位。
实时监测隧道壁结构钢筋对参比电极的电位。
机车停止运行时，参比电极的自然本体电位。
2.3内部接线
图2-2 XX-3型传感器整体接口图
图2-2 XX-3型传感器端子接线图
图2-2为XX-3型传感器端子接线图，通信进线口2个，包括通讯进线口和通讯出线口；测量接口3个，包括参比电极进线口、排流网进线口和走行轨进线口；电源接口2个，包括电源进线口和电源出线口。
2.4传感器外观
图2-3 XX-3型传感器外观
如图2-3所示，XX-3型传感器外观面板主要有三个指示灯位，一个机械锁口。指示灯位从左到右依次为：通信灯、故障灯、电源灯。正常状态下，通信灯间歇性闪烁（数秒一次），故障灯常灭，电源灯常亮。
2.5传感器后台界面
图2-4 传感器后台显示界面
如图2-4所示，在变电所后台终端系统中，可以查询全部站点传感器运行情况：
1）正常运行的传感器显示为A处绿色方块式样。
2）传感器检测到故障显示为B处黄色方块式样，根据实际情况到现场进行传感器设备检查，此时传感器故障灯常亮。
3）传感器通信失联则显示为C处空白方块式样，检查传感器电源、通讯地址是否存在故障，同时检查变电所站级采集装置是否存在接线故障。
传感器检修人员可通过变电所后台显示情况开展针对性的专项检查，有助于提高检查效率。
3 传感器常见故障及排除方法
3.1传感器电源灯异常
电源灯熄灭，考虑几种原因：一、电源线路失电；二、电源线路接线错误；三、电源灯烧损。
排除方法：
1）打开XX-3型传感器箱面板，使用万用表测量检查传感器电源进线端AC220V电压，若进线电压为0则考虑线路失电，与变电所联系查找配电故障；
2）检查保险丝
若进线端电压正常，检查保险丝（如图2-5）是否熔断，保险丝熔断则更换保险丝，并注意检查是否是接线错误引起的保险丝熔断问题。
图2-5 传感器电源接线
3）检查接线情况
对照图2-2检查接线是否存在错接漏接现象。
4）检查电源灯状态
若上述1-3步未能发现问题，且通讯灯、故障灯显示正常，则考虑电源灯自身故障，更换电源灯备件即可排除故障。
3.2传感器通信灯异常
通信灯异常考虑几种原因：一、电源故障，二、接触不良，三、通信地址设置错误。
排除方法：
1）检查电源情况：首先按照3.1传感器电源灯异常排查步骤检查电源情况；
2）检查接触情况：若检查发现打开XX-3型传感器箱面板，若观察到电路板的显示灯亮，可重新拨插一下信号灯信号线，看是否可恢复正常显示。
3）检查通讯地址：传感器与监测系统通讯地址的检查确认。检查步骤如下：
A.上行、下行每3个传感器串列为一组，向监测系统（所内）传输信号。
图3-1 传感器成组串列与变电所监测系统连接
B.查看每台传感器DIP开关的地址码是否与监控系统显示编号相符。
C.确定传感器DIP开关的地址码是否与监控系统显示编号相符后，记录下该台传感器在监控系统显示的参比、轨构的数值瞬时值。
4 结语
杂散电流监测系统属于长期监测设备，设备使用周期较长，故障发生率较高，在日常检修过程中技术管理人员需要关注杂散电流传感器故障情况，通过后台系统及时掌握设备运行状态，开展针对性修复工作，将极大提高故障处理效率。
另外，技术管理人员应加强对一线检修人员的技能技术培训，使得检修人员能掌握传感器基本原理及结构，提高检修人员现场故障分析和处理能力。
参考文献：
[1]陈刚，汪承勇．对牵引供电系统接触网保护回路的探讨［J］．佛山科学技术学院学报（自然科学版），2014（2）．
[2]李威 杂散电流的监测与防治[J].城市轨道交通研究，2003（4）.
论文作者:零大军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：传感器论文; 电流论文; 电源论文; 监测系统论文; 故障论文; 变电所论文; 隧道论文; 《基层建设》2019年第26期论文;