浅析城市轨道交通杂散电流防护

浅析城市轨道交通杂散电流防护

戴范

中交机电工程局有限公司，北京  100088

摘要：城市轨道交通牵引供电系统在长时间运行过程中会产生杂散电流,这就需依据城市轨道交通牵引供电系统运行模式确定杂散电流防护方案,降低杂散电流的危害。结合佛山城市轨道交通2号线杂散电流防护系统,从其形成机理出发，分析研究杂散电流防护措施。

关键词：城市轨道交通；杂散电流防护

引言

受到运营环境、经济、技术等各方面实际情况的制约,走行轨无法完全与道床结构绝缘,因此钢轨无可免除地会向道床、车站、桥梁结构及区间隧道泄漏电流,即形成杂散电流。杂散电流会对土建结构钢筋、设备金属外壳及地铁其它地下金属管线产生电化学腐蚀,从而影响土建结构、设备的使用寿命,在轨道交通设计施工中需采取完善的杂散电流腐蚀防护措施[1],以保证轨道交通长期、平稳运行。
1杂散电流腐蚀防护技术方案

1.1 牵引回流系统

1）牵引回流系统由走行轨、负回流电缆、均流电缆、排流柜、单向导通装置等构成。

2)负回流电缆采用直流电缆与走行轨可靠连接后引至牵引变电所负极柜母排,负回流电缆的数量应根据牵引供电计算结果确定,且应保证当其中一根电缆故障时,其余电缆也能满足导电截面的要求[2]。以佛山城市轨道交通2号线为例，各牵引变电所的负回流回路数和每回路需用截面为400mm2的直流电缆根数如下：

南庄-广州南站正线付汇流回路数都为2回，每回路电缆根数为6根，其中林岳车辆段负回流回路数为7回，每回路电缆根数为5根，湖涌停车场负回流回路数为4回，每回路电缆根数为5根。

3)为平衡上、下行钢轨中的电流,降低回流回路电阻和钢轨对地电位,在车站两端、地下区间联络通道及高架区间每隔200m左右设置上、下行均流电缆。

4)由于正线信号系统采用移动闭塞方式,无轨道电路,为确保牵引回流通路的畅通,所有钢轨纵向应电气连通,如有断开(例如正线道岔等),应在断开处可靠连接两根截面为150mm2的直流电缆作为连接电缆。

5)场段内的钢轨线路根据现场实际位置安装均流电缆,均流电缆采用两根截面为150mm2的直流电缆。

1.2 杂散电流腐蚀防护技术方案

依据牵引回流系统的构成和杂散电流产生的机理,主要采取以下措施进行杂散电流防护。

1)限制杂散电流的产生

(1)降低回流系统阻抗,保证通畅的牵引回流通路

①走行钢轨尽量焊接成长轨,并应全线电气连接,以减小回流阻抗,其连接质量应符合有关标准规定,且满足对应等级钢轨纵向电阻值的要求。若采用短轨,用鱼尾板栓接,则两根钢轨之间需用两根截面为150mm2的直流电缆与钢轨可靠连接。保证钢轨纵向的电气连接,以减小钢轨纵向电阻。

②负回流电缆和均流电缆应与钢轨可靠连接。

(2)增大钢轨泄漏过渡电阻,减少泄漏电流

①线路投运时,钢轨与道床间的泄漏电阻应不小于15·km。钢轨泄漏电阻测量方法参见《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》(CJJ49-2020)的规定。

②维持车站和区间中无积水、灰尘较少的情况;车站主体结构的防水层应有相关的防水性能和电气性能检测报告，防水材料的体积电阻率ρ≥108Ω·m。在车站、区间隧道等地铁场所内应设有畅通的排水措施,防止积水现象。

2)正线杂散电流腐蚀防护方法

(1)设置杂散电流主收集监测网

根据牵引供电计算结果，各牵引变电所供电分区在系统规模高峰小时的平均电流如下：南庄-湖涌站平均电流为1020A，湖涌-绿岛湖站平均电流为861A，绿岛湖-莲塘站平均电流为961A，莲塘-石湾站平均电流为1282A，石湾-魁奇路站平均电流为1208A，魁奇路-湾华站平均电流为923A，湾华-登州站平均电流为1045A，登州-花卉世界站平均电流为642A，花卉世界-仙涌站平均电流为1573A，

仙涌-石洲站平均电流为788A，石洲-林岳东站平均电流为1394A，林岳东-广州南站平均电流为760A。

杂散电流主收集监测网截面应根据牵引变电所间距、系统规模高峰小时钢轨中的平均电流、钢轨泄漏阻抗等资料，校核道床收集监测网钢筋的腐蚀电位，进而确定各区段主收集监测网钢筋最小截面。通过计算，本工程各供电分区上行或下行道床钢筋截面选择结果如下：南庄站∽湖涌站2500mm2，湖涌站∽绿岛湖站2500mm2，绿岛湖站∽莲塘站2500mm2，莲塘站∽石湾站2500mm2，石湾站∽魁奇路站2500mm2，魁奇路站∽湾华站2500mm2，湾华站∽登洲站3000mm2，登洲站∽花卉世界站2500mm2，花卉世界站∽仙涌站2500mm2，仙涌站∽石洲站2500mm2，石洲站∽林岳东站2500mm2，林岳东站∽广州南站3000mm2。

对应道床钢筋截面选择结果，系统规模高峰小时各供电分区道床钢筋的平均腐蚀电位校验结果如下：

南庄站∽湖涌站0.071V，湖涌站∽绿岛湖站0.036V，绿岛湖站∽莲塘站0.047V，莲塘站∽石湾站0.178V，石湾站∽魁奇路站0.140V，魁奇路站∽湾华站0.048V，湾华站∽登洲站0.065V，登洲站∽花卉世界站0.011V，花卉世界站∽仙涌站0.403V，仙涌站∽石洲站0.025V，石洲站∽林岳东站0.249V，林岳东站∽广州南站0.018V。

从上文数据可见，系统规模高峰小时各供电分区道床钢筋的平均腐蚀电位最高值均满足《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ49-92）的规定。

2杂散电流监测系统

佛山城市轨道交通2号线杂散电流监测系统采用的是HSX-JC/A1000杂散电流监测系统。该系统适用于城市轨道交通地铁、轻轨、矿山等直流牵引供电系统中杂散电流的实时在线监测。系统由HSX-MMO-1型电极、HSX-JC/A1001型智能传感器、HSX-JC/A1000型杂散电流监测装置和HSX-JC/A1002杂散电流微机管理系统组成,是集数据监测、数据查询、报警、曲线、报表、打印等功能为一体的综合自动化在线监测系统。

图1 HSX-JC/A1000杂散电流监测防护系统典型组网图

2.1基本参数

产品型号：HSX-JC/A1001、装置电源：AC220V、传输速率：600-115200Bit/S

通信方式：RS485、RS232、CAN、测量范围：极化电压-5V-+5V、钢轨电压-220V-+220V

测量误差：<0.5%、防护等级：IP65、安装方式：壁挂式、输入电压：3路、功率损耗：<20W、最大传输距离：5km。产品型号：HSX-JC/A1002、操作系统：windows 764位、装置电源：AC220V（电源适配器）、屏幕尺寸：10.1寸触摸屏、分辨率：1280*800、USB接口：3个、处理器：英特尔J1900 四核处理器、内存：4G、硬盘：32G、通信接口：RS232/RS485/CAN/100M以太网、功率损耗：20W、防护等级：前面板防护等级IP65。Mo/Mo03参比电极广泛应用与各种钢筋混凝土结构工程的腐蚀防护工程，地铁工程中 主要安设在整体道床和隧道结构上，用来测试结构钢的极化电位，以反应结构钢的腐蚀情况。产品型号：HSX-MM0-1 参比电极类型：Mo/Mo03、电位稳定性：≤±20mV 、电极尺寸：48mm×135mm电极极化性：在极化电流密度<5ua>²下电位波动≤30mV、电极外壳：陶瓷外壳，抗压强度10Mpa、温度系数：0.95 mV/℃ 、抗振性能：经加速度为 3g，频率为 50Hz，垂向、横向、纵向各 20 分钟振动后无损坏。

2.2主要功能

1.显示功能：系统主界面显示全线所有杂散电流监测装置的网络布置图，点击进入各车站监视界面可详细显示各智能传感器通讯状态、编号、公里标、监测位置、极化电位值、钢轨电位值及本体电位值。

2.监测控制功能：显示排流柜各支路电压、电流，支路合分闸状态，排流柜支路合分控制功能。

3.系统报警功能：系统实时监测全线各车站所有智能传感器。显示故障告警，通信中断告警，对测量值实时对比具备测量值越限告警功能，并可查询各传感器的历史报警。

4.历史数据查询功能：系统实时访问各个车站监测装置，获得各监测点的测量信息，保存正线各监测点的电位，极化电位，极化电位，钢轨电位，每半小时最大极化、最小极化、最大钢轨电位，最小钢轨电位、正均极化、负均极化、正均钢轨电位、负均钢轨电位。

5.报表功能：系统提供报表生成功能，对全线各传感器数据可新建遥测量小时报，遥测量日报，遥测量月报，遥测量年报。
结语

为保证城市轨道交通牵引供电系统运行的安全性，就需要对牵引供电系统长时间运行过程中可能出现的杂散电流进行有效防护，借此保证城市轨道交通供电的连贯性和实际运行的稳定性。同时还需要根据城市轨道交通牵引供电系统运行模式对杂散电流防护措施进行完善化处理，控制杂散电流腐蚀危害，使得城市轨道交通牵引供电系统运行效果和实际作用可以得到有效保障，这对于提升牵引供电系统在城市轨道交通运行中的作用显得至关重要。

参考文献

[1]牛安心.地铁杂散电流腐蚀防护研究[D].西南交通大学, 2011.

[2]彭青.埋地金属管线的杂散电流防护方案[J].机电信息, 2020，30：7-8.