基于地鐵排流對(duì)鋼軌電位及雜散電流的影響論述

田讀洲

摘要：本文主要分析了地鐵排流柜、鋼軌電位限制裝置的工作原理，地鐵雜散電流的產(chǎn)生及影響，重點(diǎn)介紹了地鐵排流對(duì)鋼軌電位及雜散電流的影響，它不僅能夠提高地鐵運(yùn)行的安全性，而且還可以減少雜散電流對(duì)地鐵周邊的擴(kuò)散。通過(guò)對(duì)地鐵排流對(duì)鋼軌電位及雜散電流的影響進(jìn)行研究，以期確保地鐵系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，創(chuàng)造出最大化的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：地鐵排流;鋼軌電位;雜散電流;影響

1.排流柜的作用及原理

在城市軌道交通系統(tǒng)中，排流柜安裝在牽引變電所內(nèi)，一般是指為了降低雜散電流對(duì)結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕而引入的專用設(shè)備。排流柜連接在排流網(wǎng)與負(fù)極之間，采用極性排流原理，當(dāng)排流網(wǎng)極化電位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，排流柜導(dǎo)通，為雜散電流提供可靠通路回至負(fù)極柜。。排流柜可以有效避免雜散電流對(duì)隧道結(jié)構(gòu)鋼筋、地下金屬設(shè)備產(chǎn)生電腐蝕破壞，避免雜散電流的進(jìn)一步擴(kuò)散。具體的技術(shù)應(yīng)用在于通過(guò)設(shè)定具有主回路和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的排流柜設(shè)備來(lái)加強(qiáng)對(duì)鋼軌電流的引流和分析，最終在合理控制電流電壓基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)合理的回路分析，提高地鐵設(shè)備保護(hù)程度。

排流柜裝置一般是由監(jiān)測(cè)控制和主回路系統(tǒng)組成，主回路系統(tǒng)又是由直流接觸器、快速熔斷器、限流電阻、硅二極管、檢測(cè)變送器和阻容保護(hù)組成，其中硅二極管是排流柜主回路的核心零部件，極性排流原理主要是借助硅二極管的反向截止、正向?qū)ㄔ恚軌蛴行ё柚关?fù)極母線到排流網(wǎng)中出現(xiàn)逆向排流。監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)可以完成對(duì)電壓、電流等信號(hào)的收集，并對(duì)直流接觸器的分合進(jìn)行控制，以確保信息順利輸出至顯示回路。

2.雜散電流的作用及原理

調(diào)查顯示，在地鐵供電系統(tǒng)中，由于列車通常應(yīng)用直流電作為牽引電流，隨著地鐵運(yùn)行時(shí)間的變長(zhǎng)，在潮濕和粉塵的環(huán)境下，鋼軌與大地之間的絕緣電阻會(huì)減小，牽引電流經(jīng)鋼軌回流至負(fù)極時(shí)，將會(huì)有一部分電流泄漏至大地。這部分被留存和泄露的電流就被稱為雜散電流，它容易與地下金屬等產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，威脅到金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命。所以，針對(duì)這部分雜散電流的需要通過(guò)排流法進(jìn)行排流，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)鋼軌等地下金屬的保護(hù)效果，最終在在保證完整回路的基礎(chǔ)上，維護(hù)地鐵運(yùn)行環(huán)境的安全。

3.鋼軌電位作用及原理

通常情況下，鋼軌與大地之間存在一定的電阻，如果鋼軌泄漏至大地的雜散電流呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致鋼軌與大地間產(chǎn)生一定的電位差。在進(jìn)出車廂過(guò)程中，如果乘客觸碰到列車金屬車體，將會(huì)導(dǎo)致雙腳在列車與站臺(tái)之間出現(xiàn)跨步電壓，一旦鋼軌對(duì)地電位過(guò)高時(shí)，將會(huì)對(duì)乘客的人身安全造成威脅。鋼軌對(duì)地電位過(guò)高將會(huì)誘發(fā)直流框架保護(hù)誤動(dòng)作跳閘，不利于正常牽引供電。

為了避免鋼軌對(duì)地電位出現(xiàn)過(guò)高現(xiàn)象，則需要每個(gè)車站和車場(chǎng)配備鋼軌電位限制裝置，并使其連接在鋼軌與大地之間，以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌對(duì)地電位的有效監(jiān)測(cè)。如果電位超過(guò)設(shè)定值時(shí)，將會(huì)誘發(fā)鋼軌電位限制裝置出現(xiàn)接觸器動(dòng)作，并快速的使鋼軌與大地短接，確保設(shè)備和人身安全。

4.地鐵排流對(duì)鋼軌電位及雜散電流影響仿真研究

4.1模型建立

為了分析和探究排流對(duì)鋼軌電位及雜散電流所產(chǎn)生的影響，下面將會(huì)借助Matlab仿真，來(lái)構(gòu)建鋼軌-大地-排流網(wǎng)分布結(jié)構(gòu)回流系統(tǒng)模型，如圖1所示：

通常情況下，土壤中流入的雜散電流具有比較大的流通面積，再次模型系統(tǒng)中忽略了大地的縱向電阻，并假設(shè)大部分雜散電流通過(guò)排流網(wǎng)實(shí)現(xiàn)回流，僅有很少一部分的雜散電流流入大地。

計(jì)算坐標(biāo)原點(diǎn)選擇為牽引變電所，模型參數(shù)符號(hào)如下：Rr表示排流網(wǎng)的縱向電阻，Rs表示鋼軌的縱向電阻，Rd表示大地的縱向電阻，Rg1表示排流網(wǎng)對(duì)地的過(guò)渡電阻，Rg表示鋼軌對(duì)排流網(wǎng)的過(guò)渡電阻，I表示列車取流電流，L表示牽引變電所到列車的距離，u（x）表示鋼軌對(duì)地電壓，i（x）表示鋼軌電流，is（x）表示流至排流網(wǎng)中的雜散電流;

通過(guò)對(duì)圖2和圖3進(jìn)行分析，并結(jié)合基爾霍夫定律得出下述方程：

聯(lián)立（1）和（2），可以推導(dǎo)出泄露的雜散電流和鋼軌回流電流方程如下：

4.2仿真分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)資料進(jìn)行分析，并取如下參數(shù)：鋼軌對(duì)排流網(wǎng)過(guò)渡電阻Rg=15Ω，鋼軌縱向電阻Rs=0.026Ω/km，排流網(wǎng)縱向電阻Rr=0.01Ω/km，列車與牽引所距離L=3km，列車取流I=1000A。得仿真波形如圖2、3 所示：

由仿真結(jié)果分析可得：

（1）排流柜投入排流后，會(huì)使鋼軌對(duì)地電位出現(xiàn)整體抬升;（2）排流柜投入排流后，排流情況下鋼軌泄漏的雜散電流量將會(huì)大于不排流情況。

5.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地鐵排流網(wǎng)在收集雜散電流過(guò)程中，將會(huì)誘發(fā)總雜散電流的泄漏，并產(chǎn)生較高的鋼軌電位，進(jìn)而對(duì)地鐵的安全、穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，因此要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，只有當(dāng)雜散電流很大時(shí)才將排流柜投入，以達(dá)到預(yù)期的防護(hù)效果。

參考文獻(xiàn)：

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