城市軌道交通雜散電流的防護(hù)摘 要 雜散電流對供電系統(tǒng)周邊的環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施的危害很大。對雜散電流的防護(hù)應(yīng)采用“以防為主,以排為輔,防排結(jié)合,加強(qiáng)監(jiān)測”的原則。結(jié)合多年的現(xiàn)場施工經(jīng)驗,從雜散電流的防護(hù)方法、技術(shù)原理及雜散電流的監(jiān)測等方面,對城市軌道交通雜散電流的防護(hù)進(jìn)行探討。關(guān)鍵詞 軌道交通,雜散電流,排流柜,單向?qū)ㄑb置1 雜散電流的防護(hù)原則 軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)中,只要用走行軌兼做回流導(dǎo)體,雜散電流的產(chǎn)生是不可避免的。為了減少雜散電流的危害,就應(yīng)當(dāng)設(shè)法減少雜散電流量。這就需要采取有效的防雜散電流措施,使雜散電流量控制在允許的范圍內(nèi)。雜散電流的防護(hù)工程基本上采用“以防為主,以排為輔,防排結(jié)合,加強(qiáng)監(jiān)測”的原則。(1) 以防為主控制所有可能的雜散電流泄漏途徑,減少雜散電流進(jìn)入軌道交通系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備以及沿線附近相關(guān)設(shè)施的結(jié)構(gòu)鋼筋。具體實施時,由于涉及到的專業(yè)多,各專業(yè)、各工種必須緊密配合,尤其在施工設(shè)計階段更要考慮綜合防治措施,盡量減少直流系統(tǒng)與其他建筑物的電氣連接。可采取的措施有:牽引變電所內(nèi)和區(qū)間的直流供電設(shè)備在安裝時與結(jié)構(gòu)鋼筋和結(jié)構(gòu)主體絕緣安裝;走行軌道在施工時,采用與軌道道床絕緣的安裝方式;由外界引入軌道交通內(nèi)部或由軌道交通內(nèi)部引出的金屬管線均應(yīng)進(jìn)行絕緣處理后方可引入和引出;在軌道交通線內(nèi)部設(shè)立結(jié)構(gòu)鋼筋電氣連通,把所有結(jié)構(gòu)鋼筋和接地點連接在一起,將泄漏的雜散電流排流回直流系統(tǒng)。(2) 以排為輔 設(shè)置雜散電流的收集系統(tǒng)。此收集系統(tǒng)為雜散電流從回流軌上泄漏后遇到的第一道小電阻的回流通道,可以將雜散電流盡量限制在本系統(tǒng)內(nèi)部,防止雜散電流向本系統(tǒng)以外泄漏。2不同區(qū)段的雜散電流排流系統(tǒng)具體實施中,不同區(qū)段應(yīng)采取相應(yīng)的排流措施。2.1 高架區(qū)段雜散電流排流系統(tǒng) 上海市軌道交通高架線路一般采用現(xiàn)澆混凝土簡支箱梁結(jié)構(gòu)形式,箱梁與橋墩之間通過板式橡膠支座安裝,起到絕緣安裝的效果。在雜散電流防護(hù)系統(tǒng)中,現(xiàn)澆混凝土簡支箱梁內(nèi)部的表面鋼筋網(wǎng)與主體結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)焊接,作為收集和排流的通道,是雜散電流防護(hù)的第一道防線。用銅排引出結(jié)構(gòu)表面作為排流銅端子,利用1×150ｍｍ2電纜把每段現(xiàn)澆混凝土簡支箱梁的排流銅端子連接起來,再通過安裝在變電所內(nèi)的排流柜,把散落在區(qū)間的雜散電流排流到直流供電系統(tǒng),起到雜散電流的防護(hù)作用。同時,銅端子也可作為雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測點。2.2 盾構(gòu)隧道區(qū)間雜散電流排流系統(tǒng) 盾構(gòu)隧道區(qū)間是由圓形管片一片一片通過螺栓連接在一起,每個盾構(gòu)管片內(nèi)有結(jié)構(gòu)鋼筋。在隧道內(nèi)安裝的管片是預(yù)制的。按雜散電流專業(yè)的要求,每個管片內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋成網(wǎng)狀,焊接在一起,使管片內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋電氣連通,通過鋼墊圈將電氣連接點良好引出。隧道管片拼裝作業(yè)時,通過螺栓和螺母將各隧道管片結(jié)構(gòu)鋼筋全部電氣連通,形成等電位體。環(huán)、縱兩向通過螺栓將每塊管片、每環(huán)管片連成一體,形成一個法拉第籠,對地鐵進(jìn)行電氣屏蔽,以防止地鐵雜散電流對外泄漏,減少對地下環(huán)境的污染。2.3整體道床雜散電流的防護(hù) 整體道床用于地下區(qū)間隧道內(nèi)時,由于整體道床位于走行軌的下面,與軌道距離最近,最容易直接收集軌道泄漏的雜散電流。因此,在盾構(gòu)隧道內(nèi),利用整體道床內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋的電氣連接,建立主要雜散電流的收集網(wǎng),最能從根本上解決雜散電流的防護(hù)問題。但整體道床的設(shè)計需考慮地震等自然條件的影響。在一定位置設(shè)沉降縫,在沉降縫位置引出道床鋼筋連接銅端子,用1×150ｍｍ2電纜將沉降縫兩側(cè)道床結(jié)構(gòu)鋼筋進(jìn)行電氣連接,然后通過牽引變電所的排流柜將雜散電流排流回直流系統(tǒng),起到雜散電流防護(hù)的作用。同時,引出的銅端子為雜散電流的監(jiān)測提供了直接監(jiān)測點。整體道床用于高架區(qū)間時,由于現(xiàn)澆混凝土簡支箱梁形式的采用,雜散電流基本上得到控制,因此,在該整體道床內(nèi)部的結(jié)構(gòu)鋼筋不再做雜散電流防護(hù)電氣連接,只作為結(jié)構(gòu)主鋼筋起加固作用。2.4其他相關(guān)專業(yè)的要求 觸網(wǎng)、電纜支架及給排水專業(yè)的排水管道等固定件的安裝,均需用膨脹螺栓進(jìn)行固定。在隧道內(nèi)和高架區(qū)間安裝施工時,必須避開管片和箱梁結(jié)構(gòu)的主筋,在預(yù)留螺栓時應(yīng)設(shè)置遇水膨脹密封墊圈,既利于防水,又不至于和金屬螺栓預(yù)埋件接觸,隔斷雜散電流傳播的途徑。3排流柜和單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用3.1排流柜的工作原理 牽引變電所安裝的排流柜在排流系統(tǒng)中起著重要的作用。排流柜能有效地防止雜散電流對高架現(xiàn)澆混凝土簡支箱梁內(nèi)鋼筋、隧道內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋、整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋以及沿線金屬設(shè)備的電腐蝕破壞,同時可防止雜散電流向軌道交通外部泄漏,是保護(hù)軌道交通地下公共環(huán)境的有效方法。 負(fù)極柜的負(fù)母排與雜散電流防護(hù)收集網(wǎng)之間的雜散電流排流二極管支路是排流柜的主要工作電路。每個二極管支路由二極管、熔斷器、分流器和變阻器串聯(lián)組成,每個回路并聯(lián)一個ＲＣ回路,以抑制過電壓。排流柜的原理圖如圖1。
雜散電流的收集母排與牽引變電所的負(fù)母排之間有一個電流測量裝置,測量雜散電流的大小,一般額定量程為600Ａ,該測量裝置包括一個電流表和過流繼電器,一個時間繼電器。電流表指示雜散電流的大小,過流繼電器的調(diào)整范圍為直流50～250Ａ,時間繼電器的調(diào)節(jié)范圍為5～25ｓ。當(dāng)測到的雜散電流超過設(shè)計范圍時,啟動時間繼電器,發(fā)出報警信號至排流柜面板的信號燈上,并送到控制中心,以便于檢查直流供電系統(tǒng)是否發(fā)生故障或其他相關(guān)專業(yè)的事故隱患。3.2單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用 在軌道交通停車場和列車檢修庫中,由于運行環(huán)境復(fù)雜以及人為因素,引起雜散電流泄漏的原因較多。另外,軌道由于電氣系統(tǒng)運行的原因,在此位置設(shè)有絕緣節(jié)。因此,單向?qū)ㄑb置的采用,不但解決了絕緣節(jié)的電氣連接問題,也解決了雜散電流防護(hù)的難題。 單向?qū)ㄑb置由二極管回路、隔離開關(guān)回路和放電間隙裝置等3個電路并聯(lián)組成(見圖2),用電纜連接絕緣節(jié)兩端的鋼軌。正常工作時,隔離開關(guān)開路,二極管回路工作,使鋼軌電流在一個方向?qū)?而在另一個方向截止,有效防止因部分鋼軌絕緣水平較差而增加整個軌道交通雜散電流的數(shù)量。當(dāng)列車在停車場和列檢庫位置緊急制動時,首先采用再生方式。如果沒有其他機(jī)車吸收產(chǎn)生的再生電流,絕緣節(jié)兩端鋼軌電壓升高到一定值時(1000Ｖ),放電間隙擊穿放電(見圖3),回路Ｒ-Ｍ1-Ｍ2-ＣＰ-Ｐ內(nèi)有電流流過,鋼軌電位降低,可避免人身傷害事故的發(fā)生。當(dāng)回路Ｒ-Ｍ1-Ｍ2-ＣＰ-Ｐ電流值達(dá)到200Ａ?xí)r,由于Ｍ1和Ｍ2線圈的共同動作使旁路開關(guān)閉合,Ｒ-Ｍ1-Ｋ-Ｐ回路接通,當(dāng)Ｍ1中流過的電流減少到50Ａ以下時,Ｍ1電磁力不足以保持旁路開關(guān)閉合,旁路開關(guān)打開。在二極管回路故障時,可以采用隔離開關(guān)回路直接連通軌道絕緣節(jié),保證機(jī)車的正常運行。4設(shè)置雜散電流監(jiān)測系統(tǒng) 設(shè)計完整的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測雜散電流的大小,可為運行維護(hù)和防止雜散電流提供數(shù)據(jù)依據(jù)。 電化學(xué)中的電位分析法是現(xiàn)階段雜散電流測量的原理。選取電位恒定的、提供測量電位標(biāo)準(zhǔn)的參比電極作為基本電位,以測量結(jié)構(gòu)鋼筋、排流銅排、鋼軌等的電位大小,來衡量軌道交通中雜散電流的多少。 雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)由參比電極、軌道電位測試端子、排流網(wǎng)測試端子、主體結(jié)構(gòu)鋼筋測試端子、電位測量箱以及雜散電流綜合測試裝置構(gòu)成(見圖4)。目前,上海市軌道交通雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)中,多采用ＤＱＵ-350型系列ＣＵ-ＣＵＳＯ4電極作為參比電極,測量時通過數(shù)據(jù)采集儀收集數(shù)據(jù)。它接收來自電位測量箱的測量電位的信號,進(jìn)行記錄并保存,可以與計算機(jī)聯(lián)接同步監(jiān)測記錄,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后若發(fā)現(xiàn)異常,則發(fā)出報警信號。此法便于對雜散電流的情況進(jìn)行掌握,并及時做出處理,保護(hù)軌道建設(shè)工程。 通過上述防、排、監(jiān)測等方法的配合采用,基本上能防止雜散電流的危害,起到保護(hù)軌道交通及附近地下公共環(huán)境的作用。參考文獻(xiàn)1汪園園.雜散電流“源處理”方法的研究與探討.城市軌道交通研究,2001(1):422 李 威.地鐵雜散電流的監(jiān)測與防治.城市軌道交通研究,2003(4):48
雜散電流的收集母排與牽引變電所的負(fù)母排之間有一個電流測量裝置,測量雜散電流的大小,一般額定量程為600Ａ,該測量裝置包括一個電流表和過流繼電器,一個時間繼電器。電流表指示雜散電流的大小,過流繼電器的調(diào)整范圍為直流50～250Ａ,時間繼電器的調(diào)節(jié)范圍為5～25ｓ。當(dāng)測到的雜散電流超過設(shè)計范圍時,啟動時間繼電器,發(fā)出報警信號至排流柜面板的信號燈上,并送到控制中心,以便于檢查直流供電系統(tǒng)是否發(fā)生故障或其他相關(guān)專業(yè)的事故隱患。3.2單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用 在軌道交通停車場和列車檢修庫中,由于運行環(huán)境復(fù)雜以及人為因素,引起雜散電流泄漏的原因較多。另外,軌道由于電氣系統(tǒng)運行的原因,在此位置設(shè)有絕緣節(jié)。因此,單向?qū)ㄑb置的采用,不但解決了絕緣節(jié)的電氣連接問題,也解決了雜散電流防護(hù)的難題。 單向?qū)ㄑb置由二極管回路、隔離開關(guān)回路和放電間隙裝置等3個電路并聯(lián)組成(見圖2),用電纜連接絕緣節(jié)兩端的鋼軌。正常工作時,隔離開關(guān)開路,二極管回路工作,使鋼軌電流在一個方向?qū)?而在另一個方向截止,有效防止因部分鋼軌絕緣水平較差而增加整個軌道交通雜散電流的數(shù)量。當(dāng)列車在停車場和列檢庫位置緊急制動時,首先采用再生方式。如果沒有其他機(jī)車吸收產(chǎn)生的再生電流,絕緣節(jié)兩端鋼軌電壓升高到一定值時(1000Ｖ),放電間隙擊穿放電(見圖3),回路Ｒ-Ｍ1-Ｍ2-ＣＰ-Ｐ內(nèi)有電流流過,鋼軌電位降低,可避免人身傷害事故的發(fā)生。當(dāng)回路Ｒ-Ｍ1-Ｍ2-ＣＰ-Ｐ電流值達(dá)到200Ａ?xí)r,由于Ｍ1和Ｍ2線圈的共同動作使旁路開關(guān)閉合,Ｒ-Ｍ1-Ｋ-Ｐ回路接通,當(dāng)Ｍ1中流過的電流減少到50Ａ以下時,Ｍ1電磁力不足以保持旁路開關(guān)閉合,旁路開關(guān)打開。在二極管回路故障時,可以采用隔離開關(guān)回路直接連通軌道絕緣節(jié),保證機(jī)車的正常運行。4設(shè)置雜散電流監(jiān)測系統(tǒng) 設(shè)計完整的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測雜散電流的大小,可為運行維護(hù)和防止雜散電流提供數(shù)據(jù)依據(jù)。 電化學(xué)中的電位分析法是現(xiàn)階段雜散電流測量的原理。選取電位恒定的、提供測量電位標(biāo)準(zhǔn)的參比電極作為基本電位,以測量結(jié)構(gòu)鋼筋、排流銅排、鋼軌等的電位大小,來衡量軌道交通中雜散電流的多少。 雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)由參比電極、軌道電位測試端子、排流網(wǎng)測試端子、主體結(jié)構(gòu)鋼筋測試端子、電位測量箱以及雜散電流綜合測試裝置構(gòu)成(見圖4)。目前,上海市軌道交通雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)中,多采用ＤＱＵ-350型系列ＣＵ-ＣＵＳＯ4電極作為參比電極,測量時通過數(shù)據(jù)采集儀收集數(shù)據(jù)。它接收來自電位測量箱的測量電位的信號,進(jìn)行記錄并保存,可以與計算機(jī)聯(lián)接同步監(jiān)測記錄,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后若發(fā)現(xiàn)異常,則發(fā)出報警信號。此法便于對雜散電流的情況進(jìn)行掌握,并及時做出處理,保護(hù)軌道建設(shè)工程。 通過上述防、排、監(jiān)測等方法的配合采用,基本上能防止雜散電流的危害,起到保護(hù)軌道交通及附近地下公共環(huán)境的作用。參考文獻(xiàn)1汪園園.雜散電流“源處理”方法的研究與探討.城市軌道交通研究,2001(1):422 李 威.地鐵雜散電流的監(jiān)測與防治.城市軌道交通研究,2003(4):48
