城市軌道交通場段、停車場雜散電流防護研究

李雄　李斌冰

摘要 城市軌道交通場段、停車場是電客列車運營結束回庫停車以及列車調試、檢修的基地，出、入段線是指正線與場段、停車場之間的過渡線路。車輛段、停車場的軌道一般采用碎石道床，無法設置雜散電流排流網，因此采用在出、入段線鋼軌上設置絕緣節及單向導通裝置，使鋼軌回流只能由場段流向正線，正線鋼軌回流無法流向場段，以達到減小場段、停車場雜散電流的目的。文章介紹了絕緣節及單向導通裝置工作原理，列舉了實際運用中絕緣節及單向導通裝置運用失敗的案例，并分析了出、入段線不同供電制式下絕緣節及單向導通裝置的合理設置方式。

關鍵詞 城市軌道交通;場段、停車場;絕緣節;單向導通裝置

中圖分類號 U231.8 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0053-03

0 引言

城市軌道交通電客列車采用直流（DC750 V或DC1500 V）牽引，采用接觸軌或接觸網作為牽引系統正極，鋼軌作為牽引系統負極，因此鋼軌又稱為回流軌。由于鋼軌不可能做到對地完全絕緣，有少量的電流不沿鋼軌流回到牽引變電所的負極，而是從鋼軌泄漏到大地中，再沿著大地回到牽引變電所負極或流向大地低電位處，這部分電流稱為雜散電流。雜散電流會對道床、建筑物結構鋼筋造成一定腐蝕，對電氣設備接地方式造成一定影響[1]。正線軌道一般采用整體道床，在整體道床、隧道壁中設置排流網對雜散電流進行收集。然而，車輛段、停車場的軌道采用碎石道床，無法設置排流網，一般在出、入段線鋼軌上設置絕緣節及單向導通裝置達到減小雜散電流的目的。絕緣節及單向導通裝置應結合出、入段線供電方式進行設置，不同的供電方式采用不同的設置方式，才能達到理想的效果。

1 絕緣節、單向導通裝置工作原理

在城市軌道交通一些特殊地段，如車輛段、停車場等地段，由于軌道采用碎石道床，無法設置排流網對雜散電流進行收集[2]。另外，鋼軌對地過渡電阻較低，雜散電流可以從正線經場段、停車場泄漏至大地，容易對建筑物結構鋼筋造成一定腐蝕等影響。

因正線的行車密度遠遠高于場段，牽引電流較大，容易造成嚴重的雜散電流泄漏[3]。為了限制雜散電流的泄露對場段、停車場的影響，需要場段、停車場與正線之間的鋼軌上設置絕緣節，目的是將場段、停車場與正線之間的鋼軌隔開，并在絕緣節兩端設置單向導通裝置，使場段、停車場鋼軌中電流可以流向正線，但正線鋼軌中電流不能流向場段、停車場，從而減小雜散電流及影響范圍，如圖1所示。

2 存在問題

出、入段線有許多種供電方式，進行絕緣節、單向導通裝置設置需要根據出、入段線供電方式進行調整。實際使用過程中，往往存在許多不合理的因素，導致單向導通裝置發揮不出效果，不能起到減小雜散電流影響的目的。下面介紹一種單向導通裝置被回流電纜短接失效的案例。

案例中，出、入段線采用車輛段變電所及正線變電所雙邊供電的方式，鋼軌絕緣節、單向導通裝置設置在出、入段線與場段線的臨界點，如圖2所示。在實際運營過程中，運營人員發現實際雜散電流并沒有減小，反而出現一些雜散電流影響明顯的現象，比如場段、停車場變電所電氣設備在設備維護接地及掛接地線過程中出現“火花”“放電”現象，給城市軌道交通運營管理造成一定困擾。

3 原因分析

在場段、停車場變電所電氣設備維護檢修使用過程中，整流機組負極柜在停電檢修時，在對負極柜中負極母排驗電、掛接地線時，接地線搭接瞬間出現明顯的放電現象，且放電現象不會因放電時間延長而衰減。

在變電所負極柜內對出、入段線接地電流與其他股道接地電流進行電流采集，可以發現負極母排維護接地狀態下接地電流完全來自出、入段線，最大電流可達150 A，而其他股道接地電流幾乎為0，如圖3所示，電流幅值較大的波形為出、入段接地電流，電流幅值幾乎為0的是其他股道接地電流。分析說明出、入段線設置的絕緣節、單向導通裝置未能阻止正線電流流向場段、停車場，絕緣節、單向導通裝置處于失效狀態。

對出、入段線回流及其他軌道回流進行采集，如圖4所示，出、入段線回流及場段其他股道回流電流大小相等，方向完全相反，可以說明正線的回流通過出、入段線，回到牽引變電所負極母排，再通過變電所負極母排流向整個車輛段其他股道，絕緣節、單向導通裝置處于失效狀態，擴大了雜散電流影響范圍，加劇了場段、停車場雜散電流腐蝕。

通過上述數據分析，再對照場段回流系統圖排查，當出、入段線牽引供電采用場段內變電所及正線變電所雙邊供電的方式時，出、入段線設置了回流電纜連接到場段內牽引變電所的負極，出、入段線回流電纜及場段內回流鋼軌形成通路，將出、入段線處設置的單向導通裝置短接，正線牽引回流可能通過出、入段線回流電纜流向負極柜負極母排，在通過場段其他回流電纜流到場段內，導致單向導通裝置失效，參考圖2所示。

4 出、入段線不同供電方式下絕緣節及單向導通裝置設置分析

城市軌道交通出、入段線供電方式分為以下幾類：由場段單邊供電、由正線單邊供電、由車輛段及正線雙邊供電、由正線雙邊供電4種[4-7]。出、入段線不同供電方式下絕緣節及單向導通裝置設置分析如下。

4.1 車輛段變電所單邊供電

車輛段變電所單邊供電是指出、入段線通過車輛段變電所進行單獨供電的方式。當車輛段變電所供電故障解列時，無法對出入段線供電，因此供電可靠性不高。在此種供電模式下，絕緣節及單向導通裝置設置應設置在出、入段線與正線臨界點位置，設置簡單、經濟性好。

4.2 正線單邊供電

正線變電所單邊供電是指出、入段線通過正線變電所進行單獨供電的方式。當正線負責供電的牽引變電所供電故障解列時，同樣無法對出入段線供電，供電可靠性也不高。在此種供電模式下，絕緣節及單向導通裝置設置應設置在出、入段線與場段線臨界點位置，設置簡單、經濟性好。

4.3 車輛段及正線變電所雙邊供電

車輛段及正線變電所雙邊供電是指出、入段線通過車輛段變電所及正線變電所同時進行供電的方式。當車輛段變電所或正線變電所其中一個變電所供電故障解列時，可以通過另外一個變電所進行單邊供電，因此供電可靠性較高，運用比較廣泛。在此種供電模式下，應將出、入段線供電劃分為常態供電及備用供電模式，可分為兩種情況，一種是場段變電所為常態供電模式，正線變電所為備用供電模式，這種情況下絕緣節及單向導通裝置設置應設置在出、入段線與正線臨界點位置，并且出、入段線與場段線臨界點設置絕緣節及電動隔離開關，電動隔離開關常態處于閉環狀態，當采用正線變電所備用供電時，電動隔離開關處于斷開位置;另一種情況為正線變電所常態供電模式，場段變電所為備用供電模式，絕緣節及單向導通裝置設置應設置在出、入段線與場段線臨界點位置，并且出、入段線與正線臨界點位置設置絕緣節及電動隔離開關，電動隔離開關常態處于閉環狀態，當采用場段變電所備用供電時，電動隔離開關處于斷開狀態。還需注意的是出、入段線回流電纜應接在絕緣節靠場段側，設置復雜、經濟性差。

4.4 正線變電所雙邊供電

正線變電所雙邊供電是指出、入段線通過正線相鄰兩個牽引變電所同時向出、入段線供電的方式。當車輛段變電所或正線變電所其中一個變電所供電故障解列時，可以通過另外一個變電所進行單邊供電，同樣可以達到較高供電可靠性。在此種供電模式下，絕緣節及單向導通裝置應設置在出、入段線與場段線臨界點位置，設置簡單、經濟性好。

5 結束語

絕緣節及單向導通裝置的設置應結合出、入段線供電方式進行設置，不同的供電方式采用不同的設置方式，才能達到理想的效果。城市軌道交通出、入段線供電方式有多種，不同的供電方式，供電的可靠性不一樣，絕緣節及單向導通裝置應設置也有較大區別。通過對比分析，可以看出當出、入段線供電方式采用正線變電所雙邊供電時，既能滿足出、入段線供電可靠性較高，同時出、入段線絕緣節及單向導通裝置設置比較簡單、經濟性好的特點，可以用較小的成本達到增加供電可靠性，同時減小場段、停車場雜散電流的目的。

參考文獻

[1]宋大治. 地鐵場段基地雜散電流泄漏監測與治理[J]. 城市軌道交通研究， 2020（7）： 74-78.

[2]黃慶鋒. 地鐵場段雜散電流測試分析[J]. 智能城市， 2019（7）： 8-10.

[3]陸煜旻， 張華英. 上海軌道交通3號線石龍路停車場雜散電流狀況分析[J]. 城市軌道交通研究， 2021（S1）： 75-79.

[4]劉翔. 出入車廠線處“分—絕—單”系統的設置探討[J]. 機電信息， 2017（18）： 53+55.

[5]曾繁偉. 地鐵出入段線供電方式研究[J]. 機電信息， 2017（12）： 24-25.

[6]王蛟. 城市軌道交通出入段線鋼軌電分段方式研究[J]. 城市軌道交通研究， 2006（2）： 50-53.

[7] 地鐵設計規范： GB 50157―2003 [S].北京：中國計劃出版社， 2003.