地铁杂散电流防护探讨

地铁杂散电流防护探讨

黄炜明

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要：地铁作为人们首选出行的交通工具，具有快捷、舒适等特征。地铁的直流供电作为供电配电的配套装置，其最核心的技术是直流供电控制和保护装置，同时也是地铁直流牵引供电系统的安全可靠运行的重要保障技术。本文根据多年工作实践，对地铁直流牵引供电的轨道保护技术进行研究。

关键词：地铁；直流牵引供电；轨道；保护技术

前言

近几年我国地铁建设力度不断加大，有效缓解了地面交通的压力。地铁运行的安全及可靠性也得到人们的关注。作为地铁列车运行的供电系统---直流牵引供电系统，是故障频发的系统之一。直流牵引供电系统的馈线保护以微处理器为基础，用来完成对直流快速断路器的控制和保护。保护装置集成了监测、运算、控制、输入输出及通信等多种功能。直流控制和保护系统应具备模块化，适应能力强的特点，以满足牵引供电系统的各种需要。由此可以看出，地铁建设中的直流牵引供电保护技术是非常重要的。它能够对于故障及时发现与我处理，减少故障给地铁正常运营带来的经济损失。因此，本文以地铁轨道建设为核心，对一些直流牵引供电保护技术进行了分析。相应地，下面是某地区地铁轨道直流牵引供电系统的接线图。

一、框架泄露保护原理及作用

框架泄露保护主要监测直流设备接地部分与带电部分的泄露电流及电压，当绝缘降低，存在泄露电流或电压，甚至是短路电流产生时，电流电压达到一定动作值，启动框架泄露保护，联跳相关直流及交流断路器，防止故障范围进一步扩大。

框架泄露保护属于较严重的直流系统故障，发生后人员应在第一时间内赶赴现场进行处理。框架泄露保护主要是为了防止当直流系统设备内部绝缘降低时，设备正极与柜体发生漏电所造成的危害。框架泄露保护是直流供电系统中特有的保护。

图1地铁轨道直流牵引供电系统接线图

二、框架泄露保护的组成与配合

框架泄露保护部件主要包括电流元件和电压元件，其主要实现电流保护和电压保护。

（1）电流元件

框架泄露保护装置内设定有一个电流元件，电流元件主要包括分流器和电流检测元件，一端接设备外壳，另一端接地。主要监测设备外壳对地的泄露电流。

正常运行情况下，电流检测回路没有电流流过。当有设备对设备外壳放电，泄露电流经过检测回路流过地网，并达到整定值后，电流元件动作，联跳相应断路器，切断故障回路，框架泄露保护动作。

（2）电压元件

框架泄露保护装置内设定一个电压元件，电压元件一端接于负极，另一端接设备外壳，电压元件等价于检测的是钢轨对地之间的电压。当这个电压大于整定值时，电压元件动作，联跳相应断路器，切断故障回路，框架泄露保护动作。

三、地铁杂散电流产生的原因与腐蚀问题解决措施

（1）地铁杂散电流产生的原因

在地铁列车运行过程中，直流牵引供电系统经常出现过电压的情况。相应地，需要设置合理的过电压保护，来阻止因过电压而引发一系列故障导致该系统无法处于有序地运行之中。针对这方面，需要从实际出发，对地铁杂散电流产生的原因予以恰当地分析，才有利于对过电压保护装置予以合理的设定。对于地铁系统来说，有两种不同型号的直流电压形式，而直流1500V便是其中直流牵引供电系统中的一种。在这种型号的直流电压方面，地铁列车的受电弓会以架空接触网为媒介，进行受电。在此基础上，电流会输入到地铁列车的主、辅回路上边。并以不同类型的回流导体为桥梁，回到负极。相应地，对于地铁直流牵引供电系统来说，当走行轨和大地之间直接进行连接的时候，在两个相邻的牵引变电所一定范围内，出现不止一组列车行驶，系统中电流回流的形式将不会仅仅是行驶轨道。而在这种情况下，电流在流动的过程中，就会形成杂散的电流。相应地，在地铁系统运行的过程中，这些杂散的电流短时间存在是不会对地铁中的金属物造成任何损坏。但是，如果杂散电流长期存在，就会对轨道附近的金属物造成不同程度的影响。进而，腐蚀这些金属物。

（2）杂散电流腐蚀问题解决的措施

在地铁运行中，需要对用于直流牵引供电系统方面的设备进行绝缘形式的安装。通过绝缘的形式，可以避免杂散电流在流经过程中腐蚀金属物体。在此基础上，还要对走行轨和大地之间的电阻适当加大。以此，减少其中回流方面出现泄露问题。这样就可以使其中的直流供电系统能够不依赖于其它的系统，能够独立的运行。

四、轨道过电压产生的原因与解决对策

对于地铁直流牵引供电系统来说，过电压的产生和杂散电流有着密不可分的联系。相应地，直流设备的外壳在和大地进行绝缘的时候，它会和回路电路之间会出现对应的电位差。同时，直流设备的外壳还会和保护地之间发生电流泄漏的问题。面对这种情况，想要使直流设备的外壳不会在系统运行的过程中被腐蚀，就需要在外壳上设置对应的故障保护体系。以此，减少该系统在运行过程中故障的发生。相应地，在设备外壳腐蚀问题得以解决的同时，该系统中出现了新的问题。主要是因为在在金属外壳腐蚀问题的时候，会产生故障电流或者回路电流。进而，对使地铁轨道对大地产生较大的危险电压。一旦乘客不小心触碰到这些危险电压，将会对他们的生命安全造成威胁。因而，需要采取有效的措施对过电压问题及时解决。相应地，在解决过电压问题方面，主要是在地铁轨道的每个车站点都安置一定的过电压保护装置。在此基础上，借助这些过电压保护装置的力量，对地铁轨道对车站地所造成的过电压进行合理的限制。以此，来使地铁直流牵引供电系统能够处于正常运行中。同时，该系统相关设备的寿命也能得以延长，使这些设备的使用价值得以更好地呈现。相应地，下面是某地区，地铁运营线该系统出现短路情况的曲线图。

图2短路情况的曲线图

五、轨道过电压保护装置设定的原理

对于过电压问题的解决，主要是在直流牵引供电系统中设置限制保护装置。一是：关于过电压保护装置设置的原理。换句话说，也是一种限制装置。它是以走行轨与车站地为纽带，在它们之间合适的地方设置钢轨电位限制装置。该装置能够对它们之间的电位差进行正确地检测。一旦车站地与走行轨之间的电位差已经小在设定的范围内，该装置就会自动进行短路保护。而限制装置产生的短路保护只是瞬间的，很快它就会自动打开。需要注意的是：如果走行轨和车站地之间的电位差再次超过规定值，该装置还是会出现自动短路保护。但是，在第二次自动短路保护后，它们之间的电位差还是不能满足相关要求，该限制装置关闭之后就不会自动打开。这就需要采取维修人员采取其它措施予以解决。相应地，下面是过电压方面，时间与电压之间的曲线图。

图3时间与电压之间的曲线图

六、结束语

随着科学技术的不断发展，地铁建设工作者采用先进的保护和控制理论，对直流牵引供电系统所出现的杂散电流、腐蚀、过电压问题进行解决，为地铁直流牵引供电系统提供更加可靠的保障。

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