1、浅谈地铁杂散电流防护与检测系统摘 要地铁杂散电流对城市建筑、地铁主体结构钢筋、地铁电气设备及地铁附近的埋地管线具有较大的腐蚀作用。本文主要讨论了杂散电流的形成；杂散电流的影响和危害；杂散电流的防护措施；杂散电流防护与检测系统装置的构成；杂散电流防护与监测系统工程施工程序及施工方案。 关键词地铁 杂散电流 杂散电流防护 杂散电流检测 施工程序 施工方案 中图分类号：U231.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0194-02 1 引言 随着科学技术和城市化的发展，大运量的地铁交通在现代化大城市中起着越来越重要的作用，地铁已经成为各国经济发展和改善人民生活的一个不可分
2、割的部分。 目前我国地铁的牵引方式多采用直流供电牵引，电压多为直流 750V和 1500V，直流供电系统中的杂散电流将加速地下金属构件的腐蚀。因此必须认真研究杂散电流的危害机理，结合传统的杂散电流防护体系，逐步加以修正完善，确保地铁设施的长期安全运行，提高地铁设施的短期效益和长期效益。 北京地铁九号线全长 16.5km，全部为地下线，本线供电系统采用10KV 开闭所供电方式，全线共设置 10 座牵引降压混合变电所，4 座降压变电所，1 座跟随式降压变电所，5 座开闭所（其中 4 座开闭所与牵引降压混合变电所共建，1 座与降压变电所共建） ，直流牵引供电系统采用DC750V 接触轨供电。 2 杂
3、散电流的形成 如图 1 所示，直流牵引供电系统在理想的状况下，牵引电流由牵引变电所的正极出发，经由接触网、电动列车和回流轨返回到牵引变电所的负极。但钢轨与隧道或道床等结构钢之间的绝缘电阻不是无限大，这样势必造成流经牵引轨的牵引电流不能全部经由钢轨流回牵引变电所的负极，有一部分的牵引电流会泄漏到隧道或道床等结构钢上，然后经过结构钢和大地流回牵引变电所的负极，这部分泄漏到隧道或道床等结构钢上的电流就是杂散电流。 3 杂散电流的影响和危害 城市轨道中的杂散电流是一种有害的电流，会对地铁中的电气设备、设施的正常运行造成不同程度的影响，以及对隧道、道床的结构钢和附近的金属管线造成危害。这种危害主要表现在
4、如下几个方面。 若地下杂散电流流入电气接地装置，将引起过高的接地电位，使某些设备无法正常工作。 若钢轨局部或整体对地的绝缘变差，则此钢轨对大地的泄漏电流增大，地下杂散电流增大，这时有可能引起牵引变电所的框架保护动作。而框架保护动作，则整个牵引变电所的断路器会跳闸，全所失电，同时还会联跳相邻牵引变电所对应的馈线断路器，从而造成较大范围的停电事故，影响地铁的正常运行。 对城市轨道隧道、道床或其他建筑物的结构钢筋以及附近的金属管线造成电腐蚀。如果这种电腐蚀长期存在，将会严重损坏地铁附近的各种结构钢筋和地下金属管线，破坏了结构钢的强度，缩短了其使用寿命。 4 杂散电流的防护措施 杂散电流的防护设计应采
5、取“以堵为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则。 堵。就是隔离和控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入城市轨道的主体结构、设备及可能与其相关的设施。 排。就是通过杂散电流的收集及排流系统（排流柜） ，提供杂散电流返回至牵引变电所负母线的通路，防止杂散电流继续向本系统外泄漏，以减少腐蚀。 监测。设计完备的杂散电流检测系统，监视、测量杂散电流的大小。5 杂散电流防护与检测系统的构成 杂散电流防护与检测系统主要由：排流柜、单向导通装置、杂散电流检测系统组成。 5.1 排流柜 排流柜安装于正线牵引变电所内，排流柜的一端接负极柜内的直流负母排，另一端接隧道结构钢筋、整体道床结构钢筋、牵引变
6、电所接地母排。将结构钢筋中的杂散电流单方向经金属回路引回牵引变电所内的负极柜，减少杂散电流对结构钢筋的腐蚀。 5.1.1 每台排流柜内设有两种支路： 地下区段的排流柜有 4 个排流二极管支路和 1 个接地二极管支路，排流柜内有一个总母排，排流二极管支路和接地二极管支路与该母排相连，总母排和牵引变电所内的负母排相连。每个二极管支路串接一个可调电阻和一个负荷开关，可调整排流大小，也便于该支路的投入或解除。（1）排流二极管支路 a.杂散电流排流二极管支路连接在负母排与杂散电流防护收集网系统之间，给杂散电流提供一个回路。 b.每个支路由直流快速熔断器、传感器、二极管和负荷开关组成。 c.负荷开关在正常
7、情况下为打开状态，以减少总的杂散电流，同时也减少了钢轨的腐蚀。 d.单个排流二极管支路的额定电流为 200A，所有的支路应设有过电压和短路保护装置。 （2）接地二极管支路 a.每个排流柜中有 1 路接地二极管支路，作为将悬浮接地系统转化成二极管接地系统的转换开关，同时为地网中的杂散电流提供金属通路，使杂散电流流回牵引变电所。减少对地网的腐蚀。 b.每个接地二极管支路由负荷开关、传感器、可调电阻、接地二极管保护熔丝和二极管组成。 c.在悬浮接地系统状态下，负荷开关打开，当转换到二极管接地系统状态时，负荷开关闭合。 d.接地二极管支路的额定电流不小于 400A，并且能够承受直流牵引系统的短路电流（
8、短路电流为 50KA、100ms）的冲击。每个支路应设有过电压和短路保护装置。 5.2 单向导通装置 单向导通装置通过电缆与绝缘结两端回流轨相连，使回流轨中电流仅单方向流通，以利于杂散电流防护和减少杂散电流影响。其内除设置二极管支路外，还设有隔离开关和消弧装置，隔离开关用于特殊运营方式下，将绝缘节两端回流轨直接电气连接；消弧装置用于车辆再生制动导致单向导通装置附近回流轨电位升高时，该装置电气导通，降低走行轨电位，限制绝缘结两端放电和保证回流轨附近人员的安全，主回路接线如图 2 所示： 5.3 杂散电流检测系统 杂散电流检测系统由参考电极、整体道床测防端子、地下结构测防端子、接线盒、测量电缆、变
9、电所测试装置、便携式计算机及管理系统组成。 参考电极安装（埋设）在整体道床、地下结构侧墙，用于测试杂散电流引起轨道梁、隧道、整体道床内结构钢筋电位，从而反映结构钢筋的腐蚀情况，具有体积小、点位稳定、耐振动、长寿命、适用于较干燥混凝土结构测试的特点，参考电极安装后不影响行车安全。 北京地铁九号线工程杂散电流检测系统采用车站（变电所）检测和控制中心集中检测二级检测系统。全线按变电所划分为 12 个检测分区，每个检测分区在车站变电所设置一台杂散电流数据采集和统计处理装置，该装置经过测量电缆与该站及该站两端各半个区间内的结构和整体道床测防端子、对应的参考电极相连，实现对该分区结构和整体道床结构钢筋的极
10、化电位数据采集，并进行数据统计和存储。该装置还可采集该站排流柜电流和钢轨电位（取自轨电位限制装置）数据。杂散电流测试及数据处理装置通过变电所内通信网络与综合自动化系统接口，并将处理和统计后的数据传至监控中心。 6 杂散电流防护与监测系统工程施工程序及施工方案 6.1 杂散电流防护工程施工方案 6.1.1 杂散电流防护专业施工范围 杂散电流防护专业负责 9 号线全线杂散电流收集网中测防端子的连接，参考电极、区间信号盒和变电所内信号测量端子箱的安装，杂散电流测量用信号电缆的敷设，杂散电流监测系统的安装、调试、系统联调和试运行等工作；其它相关设备的安装及相关电缆的敷设、调试、系统联调和试运行等工作。
11、 6.1.2 杂散电流防护专业施工程序 杂散电流防护分三方面的内容：一是建立杂散电流收集网，将杂散电流收集起来，通过排流柜收回牵引变电所；二是在上下行钢轨间焊接均流电缆，使钢轨中的电流均匀分布，以减少杂散电流的产生；三是建立杂散电流监测系统，测量和监视供电系统产生杂散电流的大小，以此判断是否需要采取措施减少杂散电流的产生，或安装排流柜使杂散电流按一定的途径流回牵引变电所，减少杂散电流对钢筋的腐蚀。 在车站两端设均流电缆，将上下行钢轨电气连通。利用整体道床内结构钢筋作为杂散电流的主收集网，将整体道床内结构钢筋焊接成网，并在整体道床伸缩缝处引出排流及测量端子，并将伸缩缝两边排流端子连接，以便将全线
12、整体道床内结构钢筋贯通，形成统一、连续的收集网。利用车站、隧道内结构钢筋作杂散电流的第二层收集网，将隧道内结构钢筋焊接成网，并在车站、隧道伸缩缝（或结构缝）处引出测防端子，并将伸缩缝（或结构缝）两边测防端子连接以便将全线隧道（或车站）内结构钢筋贯通形成统一连续收集网。在车辆段停车库与车场线钢轨间、车场线与正线钢轨间设单向导通装置。在正线道床、区间隧道、车站结构内设参考电极，用控制电缆将参考电极及测防端子杂散电流信号引至综合测控装置及计算机系统，由综合测控装置及计算机系统监测杂散电流情况。 6.1.3 杂散电流防护专业施工方案 由于本专业工程量分布于全线，工作量较为分散，且受其它工程制约影响较大
13、。我们安排电力施工队负责全线杂散电流防护系统设备的安装，变电所内的排流柜及单向导通装置安排变电所施工队施工，以利于调度和工艺标准的统一。 6.2 杂散电流防护工程施工方法 6.2.1 排流网测试 测防端子连接前对排流网进行全面测试。内容包括：检查测防端子预留情况，如连接端子有无遗漏、设置位置、规格型号是否满足设计要求、连接端子是否适合于测防端子连接等。 6.2.2 测防端子连接 测防端子连接按以下工序进行： （1）测量 测量所连接的测防端子间距，在测量位置处用油漆或防水笔作好标记（编号） ，并记录下测量区段名称、标记编号及测量间距长度。 （2）测防端子连接电缆终端制作 根据测量列表数据，按照直
14、流电缆终端头制作工艺制作测防端子连接电缆终端并在终端头制作好的连接电缆上作好标记。 （3）测防端子除锈 测防端子连接前应用钢丝刷、砂纸及磨光机将表面污垢及氧化层打磨干净。 （4）测防端子连接 连接电缆接线端子与测防端子采用螺栓连接，连接处表面涂导电脂，中间加弹簧垫圈。连接完成后，对所有外露金属部分涂刷沥青漆进行防腐处理。 （5）连接电缆固定 如所连接的测防端子间距较大、连接电缆较长以致有可能影响行车安全，在测防端子连接工作完成后，需对连接电缆整理和固定。电缆整理后应有一定弛度，电缆固定点不小于两个，转弯处也应进行固定。 6.2.3 排流柜安装 北京地铁 9 号线正线每座牵引变电所内设置一台排流
15、柜。排流柜的一端接负极柜内的直流负母排，另一端接隧道结构钢筋、整体道床结构钢筋、牵引变电所地母排，排流柜安装具体方法与盘柜安装一致。 6.2.4 单向导通装置安装 根据北京地铁 9 号线杂散电流防护要求，在车辆段等特殊地段的轨道上设置绝缘接头的钢轨部位，需安装智能单向导通装置。 北京地铁 9 号线单向导通装置为户外安装的独立式金属柜，安装在钢轨绝缘接头附近线路侧不影响行车的位置，单向导通装置采用混凝土基础固定安装方式。 6.2.5 监测系统 监测系统由参考电极、测防端子（整体道床、结构） 、接线盒、测量电缆、变电所测试装置、便携式计算机及管理系统组成。监测系统安装内容包括： （1）参考电极安装 参考电极安设在整体道床、隧道结构侧墙上，用来测试杂散电流引起轨道梁、隧道、整体道床内结构钢筋极化电位，以反应结构钢筋的腐蚀情况。9 号线杂散电流防护工程采用埋置式氧化钼参考电极，其安装方法如下：
