楊 西

(上海地鐵維護保障中心供電分公司,200233,上?！沃砉こ處?

為了合理地解決地鐵雜散電流的腐蝕防護問題,有效地限制地鐵雜散電流,降低并消除其不利影響,越來越多的新建地鐵線路采用了各種方式,對雜散電流進行監(jiān)測和防護。本文在已投入運營的上海軌道交通9號線的基礎上,結(jié)合參與運營維護管理的經(jīng)驗,探討了地鐵雜散電流的監(jiān)測與防護系統(tǒng)。

1 雜散電流的防護與控制

1.1 減少雜散電流的方法

從雜散電流產(chǎn)生的原因可以得到治理的方向,即按照“堵,排,限”的思路。

“堵”,即減少雜散電流產(chǎn)生量。適當限制供電區(qū)段長度,減小走行軌電位,設置走行軌均流線和走行軌電位限制器以降低走行軌電位,可減少雜散電流。

“排”,即設置雜散電流收集網(wǎng),逐層屏蔽。利用道床內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋和隧道結(jié)構(gòu)鋼筋,形成二道屏蔽網(wǎng),既保護自身免受腐蝕,又防止雜散電流向道床和隧道外部漏泄。另外,可在牽引變電所內(nèi)設置排流裝置,構(gòu)成排流通路。

“限”,即限制雜散電流。對于車輛段走行軌,道床的泄漏電阻較低,雜散電流較大的區(qū)段可設置單向?qū)ㄑb置,限制雜散電流的擴散。對于隧道內(nèi)的金屬管線和其他金屬設施,可采取材質(zhì)選擇和對地絕緣等措施,限制雜散電流向其漏泄。

1.2 雜散電流的防護措施

牽引回流系統(tǒng)主要由走行軌、負回流線、上下行均流線等組成。通過理論公式和工程實踐都已證明:抑制雜散電流首先要保持牽引回流回路的暢通,減小回路電阻;同時應設法盡量增加走行軌與道床的過渡電阻。為此主要采取確保牽引回流系統(tǒng)暢通并降低鋼軌電位、增大鋼軌泄漏電阻、控制雜散電流的流通路徑、設置排流柜及單向?qū)ㄑb置等措施。本文將重點探討上海軌道交通9號線所使用的智能排流柜及單向?qū)ㄑb置實時監(jiān)測并防護雜散電流。

2 智能排流柜及單向?qū)ㄑb置

排流柜安裝在牽引變電所內(nèi),接于牽引站1 500 V直流負極與大地集流網(wǎng)之間。排流柜采用極性排流的原理,只有當埋地結(jié)構(gòu)鋼相對于鋼軌的電位為正時,才有電流通過,從而減少雜散電流的腐蝕。排流柜的二極管起了限制電流方向的作用,使電流方向始終是由集流網(wǎng)流向牽引站的直流母線。這樣就起到了收集散失電流的目的,即排走了流入大地的電流。

排流網(wǎng)是由縱橫交錯按一定距離間隔由金屬件構(gòu)成的立體網(wǎng),安裝于道床的下方,從走行軌同流走失的電流能通過排流網(wǎng)流回牽引站的負母線。排流柜的示意圖如圖1所示。

而單向?qū)ㄑb置,則是在地鐵走行軌系統(tǒng)中軌道的某些特殊地段設置單獨的絕緣接頭。其目的是盡量減少雜散電流的存在與作用范圍,從而減少雜散電流腐蝕。在采用絕緣接頭的鋼軌部位,為保證回流電流的正常流動,必須采用單向?qū)ㄑb置,用于連接絕緣接頭兩端鋼軌,使鋼軌中電流只流通一個方向,而在另一個方向截止。

圖1 排流柜示意圖

隨著地鐵運營自動化程度的提高,單向?qū)ㄑb置內(nèi)設置的數(shù)據(jù)采集控制及遠程通信系統(tǒng)可實時檢測系統(tǒng)的運行狀態(tài);并且具有遠端通信接口,可連接到控制信號盤的通信網(wǎng)絡上,在監(jiān)測系統(tǒng)的主控機上實時觀測單向?qū)ㄑb置的運行情況,以便在發(fā)生故障時及時處理。

3 雜散電流的監(jiān)測

為掌握地鐵牽引回流泄漏的情況和地下金屬結(jié)構(gòu)受雜散電流腐蝕的程度,必須進行專門的測量工作。雜散電流測量點一般設置在地鐵車站站臺兩側(cè)的進出站信號附近,以及地鐵沿線橋梁兩段、地鐵的盡頭線和線路與車輛段的連接坡道處?？赏ㄟ^傳感器將各測量點所采集的參比電極對結(jié)構(gòu)鋼筋及軌道對結(jié)構(gòu)鋼筋的電壓的模擬量及時轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,再由安裝在牽引變電所控制室內(nèi)的監(jiān)測裝置傳送到計算機系統(tǒng),以供操作人員隨時查詢。

而9號線則是目前上海軌道交通中首次使用雜散電流實時監(jiān)測系統(tǒng)的地鐵線路,其監(jiān)控系統(tǒng)對雜散電流的防護起了很大的作用。

3.1 雜散電流的監(jiān)測模式

上海軌道交通9號線采用分布式雜散電流監(jiān)測模式。該系統(tǒng)由參比電極、傳感器、監(jiān)測裝置、微機管理系統(tǒng)等組成。該系統(tǒng)既設有中央監(jiān)控計算機,能對全線的雜散電流進行集中監(jiān)控,同時監(jiān)測裝置之間也能借助變電所SCADA(電力監(jiān)控)的通信通道直接進行數(shù)據(jù)交換。雜散電流監(jiān)測模式如圖2所示。

智能監(jiān)測裝置同信號轉(zhuǎn)接器與傳感器進行通信聯(lián)絡,接收傳感器上傳的各種數(shù)據(jù)和信號;同時完成沿線每一供電區(qū)間的鋼軌與道床排流網(wǎng)、鋼軌與隧道結(jié)構(gòu)排流網(wǎng)間過渡電阻的測量計算,并把傳感器的信號測量計算值實時傳遞到監(jiān)測中心計算機系統(tǒng);并通過智能型轉(zhuǎn)接器向所連接的傳感器發(fā)布校正本體電位命令,上位機根據(jù)結(jié)構(gòu)鋼筋極化電壓的情況,向牽引變電所內(nèi)的智能排流柜發(fā)布分合控制命令。

圖2 雜散電流監(jiān)測模式圖

3.2 雜散電流的監(jiān)測內(nèi)容

3.2.1 結(jié)構(gòu)鋼筋極化電壓正向偏移平均值

地鐵軌道泄漏出來的雜散電流能否引起隧道結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕,以雜散電流引起結(jié)構(gòu)鋼筋的電壓極化電壓偏移值來確定?！兜罔F雜散電流腐蝕防護技術(shù)規(guī)程》(CJJ 49—92)中規(guī)定:對于鋼筋混凝土地鐵主體結(jié)構(gòu)的鋼筋,極化電壓30 min內(nèi)的正向偏移平均值不得超過500 mV。這也是設計地鐵監(jiān)測系統(tǒng)的依據(jù)。

3.2.2 參比電極的本體電位

參比電極用于測量結(jié)構(gòu)鋼的極化電位。但是參比電極的本體電位會隨著時間的增加而下降,當下降到一定值時會影響到測量的精度,因此監(jiān)測參比電極的本體電位很有必要。

3.2.3 鋼軌對結(jié)構(gòu)鋼的電壓值

地鐵軌道與站臺間(鋼軌與結(jié)構(gòu)鋼間)有時會出現(xiàn)異常電壓。為了保護乘客和工作人員的安全,免遭鋼軌與結(jié)構(gòu)鋼間接觸電壓的傷害,根據(jù)標準VDE 0115第一部分所規(guī)定:軌道與結(jié)構(gòu)鋼間的電位差(接觸電壓)不得超過92 V。另外,根據(jù)鋼軌對結(jié)構(gòu)鋼的電壓值,可以了解鋼軌的運行狀態(tài),判斷鋼軌有無裂縫。

3.2.4 軌道對結(jié)構(gòu)鋼的過渡電阻值

軌道與結(jié)構(gòu)鋼的過渡電阻值是考查軌道絕緣的一個很重要的參數(shù)。在《地鐵雜散電流腐蝕防護技術(shù)規(guī)程》中明確規(guī)定:地鐵走行軌與隧洞主體結(jié)構(gòu)鋼之間的過渡電阻不應小于15 Ω·km。如果軌道與排流網(wǎng)接地,過渡電阻為零。監(jiān)測系統(tǒng)能夠每天監(jiān)測這個數(shù)據(jù),以保證地鐵的安全運行。

4 結(jié)語

為減少及防止雜散電流所造成的影響,上海軌道交通9號線主要采用了以下防護方法:保證暢通的牽引負極回路,回流軌采用絕緣墊,對地鐵的各種管線及設備采取絕緣措施,利用整體道床內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋構(gòu)成雜散電流收集網(wǎng)等。同時使用先進的在線監(jiān)測系統(tǒng),能夠?qū)崟r監(jiān)測極化電壓、接觸電壓、參比電極的自然本體電位、過渡電阻等相關數(shù)據(jù);并且設有中央監(jiān)控計算機,能對全線的雜散電流進行集中監(jiān)控;監(jiān)測裝置之間也能借助變電所SCADA(電力監(jiān)控)的通信通道直接進行數(shù)據(jù)交換。監(jiān)測系統(tǒng)除了能進行相關命令數(shù)據(jù)的上傳下發(fā)外,還能與智能排流柜通信,可控制智能排流柜的自動排流,實現(xiàn)數(shù)字化控制。

目前9號線的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng),雖然能實時監(jiān)測相關數(shù)據(jù),并根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進行分析判斷,從而控制并減少雜散電流的產(chǎn)生,但是其數(shù)據(jù)采集裝置末端的參比電極卻可能因為施工原因或隧道區(qū)間內(nèi)滲漏水等環(huán)境因素的影響,導致上傳至傳感器的數(shù)據(jù)不準確;而隧道區(qū)間內(nèi)眾多傳感器的日常維護保養(yǎng)也是一個不小的難題。這些都將直接影響控制中心監(jiān)控人員對運行線路中雜散電流危害大小的判斷。這也可能是今后雜散電流實時監(jiān)測系統(tǒng)的改進之處。

然而雜散電流的防治是一個多工種、多專業(yè)協(xié)調(diào)配合的工作,它不僅涉及到供電專業(yè),也涉及到土建結(jié)構(gòu)、管道等專業(yè)。因此,無論在設計、施工和運營維護中,各個專業(yè)的協(xié)調(diào)配合是做好雜散電流防護的必要前提。

本文只是粗淺地對上海軌道交通9號線所采用的雜散電流監(jiān)測防護措施進行了探討。對于雜散電流的防護,目前不會只采用單一的方法,通常會采用多種監(jiān)測防護措施,以求達到最佳的效果。

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