王 磊

（中鐵十六局集團(tuán)電氣化工程有限公司，北京 100018）

隨著我國(guó)城市地鐵線路建設(shè)的快速發(fā)展，地鐵軌道電位異常升高的現(xiàn)象越來(lái)越受到重視。雖然地鐵軌道電位上升的問(wèn)題存在已久，但是我國(guó)對(duì)軌道電位異常的研究?jī)?nèi)容很少，尚沒(méi)有具體可行的理論指導(dǎo)和成功的經(jīng)驗(yàn)。

一、地鐵軌道發(fā)生電位異常升高時(shí)產(chǎn)生的危害

當(dāng)前城市地鐵軌道交通的牽引供電方式使用最多的是軌道回流直流供電，這種供電方式在很大程度上節(jié)約了建設(shè)投資。然而，因?yàn)檐壍雷陨泶嬖陔娮?，?dāng)電流流過(guò)軌道時(shí)電壓下降，軌道和地面之間出現(xiàn)壓力差產(chǎn)生軌道電位，使得軌道與地面不可能完全隔離，將導(dǎo)致電流從軌道流入地面，電流泄漏，埋藏的金屬鋼結(jié)構(gòu)因此出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的情況。如今，很多地鐵都有軌道電位異常升高的問(wèn)題[1]。例如，南京地鐵1 號(hào)線的軌道電位異常升高，軌道電位限制設(shè)備未能與地面接觸時(shí)，一旦軌道電位限制設(shè)備和框架保護(hù)的協(xié)作出現(xiàn)偏差，保護(hù)框架出現(xiàn)異常，導(dǎo)致接觸網(wǎng)斷電，對(duì)地鐵的行車產(chǎn)生極大的破壞。這樣的問(wèn)題已經(jīng)在各大城市的地鐵運(yùn)行中均有發(fā)生，情況糟糕的更可能發(fā)生人員傷亡的情況。

二、地鐵軌道電位異常升高的原因

軌道電位本身的高低會(huì)受到多方面因素的影響，饋電區(qū)段、負(fù)荷分擔(dān)狀況、負(fù)荷電流、回流線電阻、分布同整流器的位置等多方面因素都會(huì)對(duì)軌道電位的高低產(chǎn)生影響作用。而從饋電區(qū)段本身的長(zhǎng)短和軌道電位高低之間具備正比例關(guān)聯(lián)，當(dāng)饋電區(qū)段越長(zhǎng)，軌道電位就會(huì)越高。負(fù)荷電流則會(huì)對(duì)軌道電位高低起到相反的影響作用，當(dāng)負(fù)荷電流越小時(shí)軌道電位越高。在對(duì)工況條件進(jìn)行設(shè)定的條件之下可以發(fā)現(xiàn)軌道電阻和回流線電阻之間也存在著正比例關(guān)系，回路阻抗越大軌道電阻就會(huì)隨之增大[2]。

（一）地鐵軌道電位分布

當(dāng)電流流經(jīng)地鐵軌道的時(shí)候，會(huì)有一定量的電流會(huì)泄露流入大地，鋼軌與大地之間有過(guò)度性的電阻，造成鋼軌與大地產(chǎn)生一定的電位差。因?yàn)檫^(guò)渡性的電阻與地鐵軌道的類型、地鐵所處的環(huán)境的導(dǎo)電性、天氣狀況和地鐵配件設(shè)備等具有極大的關(guān)系，想要計(jì)算出變電站之間存在的鋼軌電位十分困難。以下對(duì)地鐵軌道的電位分布做出簡(jiǎn)要的分析[3]。

在地鐵的運(yùn)行中列車從牽引網(wǎng)絡(luò)獲取電流，通過(guò)軌道和地球流向負(fù)極，最終回變電站。當(dāng)電流流過(guò)軌道的時(shí)候，會(huì)有一些雜散電流產(chǎn)生，導(dǎo)致軌道在負(fù)載附近和變電站附近的正負(fù)范圍內(nèi)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致軌道變形。兩個(gè)極區(qū)：陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)。在陽(yáng)極區(qū)電流經(jīng)軌道流向大地；在陰極區(qū)中，電流由大地流回到軌道。因?yàn)殛?yáng)極和陰極區(qū)的范圍沒(méi)有明確的位置，而是隨列車的位置而變化[4]。具體分析如圖1。

圖1 鋼軌電壓定性分析圖

在A 點(diǎn)，列車由接觸網(wǎng)絡(luò)獲取電流，電流經(jīng)接觸網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由列車流向A。這時(shí)流過(guò)軌道的電流最大，隨之電流流向B 點(diǎn)、C 點(diǎn)而后返回變電站。在這個(gè)過(guò)程中，流過(guò)軌道的電流慢慢泄漏到地面，形成了一個(gè)陽(yáng)極區(qū)，軌道上的電流發(fā)生變化，逐漸減小。在電流流過(guò)E 點(diǎn)和F 點(diǎn)時(shí)，地面中的電流一個(gè)接一個(gè)地流回到軌道，從而產(chǎn)生陰極。在B 點(diǎn)、C 點(diǎn)，接地電流和軌道電流相聚，電流回到變電站，這時(shí)B點(diǎn)、C 點(diǎn)的軌道電流將變大。假使列車與變電站之間的過(guò)渡電阻差異不足，會(huì)導(dǎo)致由列車到變電站的軌道電位呈現(xiàn)高—低—高的變化趨勢(shì)。因此，列車和回流點(diǎn)周圍會(huì)有較大的軌道電位。在地鐵平臺(tái)上，當(dāng)乘客預(yù)備上下地鐵時(shí)，一旦乘客身體的同時(shí)觸碰火車和地面時(shí)，乘客的身體就會(huì)承受該電壓，一旦軌道電位異常升高，將對(duì)乘客的身體造成傷壞。

（二）鐵路信號(hào)軌道電路分路不良問(wèn)題

第一，與軌面生銹有關(guān)。在軌道電路中，鋼軌十分重要。就是通過(guò)輪與鋼軌來(lái)實(shí)現(xiàn)電路分路的。由于外部環(huán)境原因，在露天的情況下鐵路鋼軌很容易生銹，風(fēng)雨泥沙的侵蝕或者是各種各樣的自然狀態(tài)下,軌面容易生成氧化層,軌道電路分路時(shí),氧化層將軌面與其他隔開,使得電阻增大,與此同時(shí),電阻器接收到的電壓值不能使其正常運(yùn)行,從而造成分路不良。

第二，與輪對(duì)分路電阻有關(guān)。當(dāng)列車與鋼軌接觸時(shí)，壓力由車輪作用在鋼軌上，兩根鋼軌上的電阻即為分路電阻。在鐵路軌道電路中，分路電阻的數(shù)值，代表鐵路軌道電路是否處于正常狀態(tài)，當(dāng)分路電阻小于標(biāo)準(zhǔn)分路電阻時(shí),該分路狀態(tài)屬于正常范圍內(nèi)，但是如果分路電阻大于標(biāo)準(zhǔn)分路電阻,就會(huì)出現(xiàn)分路不良的情況。

三、地鐵軌道電位異常升高的解決方案

一般來(lái)說(shuō)人們通常會(huì)采用軌道電位限制器來(lái)限制軌道電位的提升，但為了保證人們的生命財(cái)產(chǎn)安全需要在鋼軌電位限制裝置整定過(guò)程中和人體耐受電壓—時(shí)間特性曲線結(jié)合在一起設(shè)定鋼軌對(duì)地電位，保證其處于合理的范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)人體造成損傷。在裝置設(shè)定完成之后就可以在日常運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地鐵軌道電位，一旦其超出正常數(shù)值時(shí)可以通過(guò)將鋼軌和接地網(wǎng)短暫連接的方式來(lái)降低鋼軌電位，保護(hù)人身安全。

（一）地鐵軌道電位異常升高的檢測(cè)步驟

一般來(lái)說(shuō)軌道電位的異常升高將致使軌道電位控制設(shè)備運(yùn)作，因此該研究方式具有極大的適用性，在軌道電位異常升高時(shí)軌道電位控制設(shè)備才會(huì)運(yùn)作。如果設(shè)備存在故障就很有可能是錯(cuò)誤的反應(yīng)。因此，需要解決的關(guān)鍵點(diǎn)是測(cè)試軌道電位有沒(méi)有存在偏高的現(xiàn)象。在軌道電位屬于正常情況時(shí)，軌道電位控制設(shè)備運(yùn)作就極可能是設(shè)備發(fā)生故障，就應(yīng)當(dāng)檢修設(shè)備。當(dāng)檢測(cè)到軌道電位著實(shí)異常升高，則必須按照實(shí)際的原因加以分析和處理[5]。一般的操作流程如下：（1）從鋼軌電位控制設(shè)備開始，檢測(cè)軌道電位控制設(shè)備的性能是否存在異常，能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)；（2）鋼軌豎直方向的電阻，鋼軌連接處豎直方向的電阻進(jìn)行檢驗(yàn)，分析是否存在電阻過(guò)大或過(guò)小的問(wèn)題；（3）檢測(cè)軌道電位、電流的布局，確定出電位異常升高的區(qū)域，才能為下一步確定引發(fā)因素做好基礎(chǔ)工作；（4）檢測(cè)地鐵動(dòng)力支撐系統(tǒng)和地鐵運(yùn)行情況之間的關(guān)聯(lián)性和變化趨勢(shì)；（5）檢測(cè)變電站處負(fù)母線和地鐵運(yùn)行狀況之間的變化趨勢(shì)，全方位的了解地鐵軌道電位異常升高的原因。

（二）針對(duì)各項(xiàng)原因采取的措施

第一，如果因?yàn)殇撥夒娢豢刂圃O(shè)備的錯(cuò)誤運(yùn)動(dòng)，應(yīng)當(dāng)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行一定的修理和改造。具體的問(wèn)題解決的方案不同：如果單純的因?yàn)闄z測(cè)不夠精確，可以采取重設(shè)檢測(cè)電路的方式解決[6]；如果是軟件質(zhì)量帶來(lái)的問(wèn)題，則應(yīng)當(dāng)更換一定的設(shè)備，加強(qiáng)設(shè)備應(yīng)當(dāng)干擾的能力。

第二，當(dāng)?shù)罔F軌道電位檢測(cè)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有異常升高，而是由外界因素對(duì)測(cè)試產(chǎn)生了一定的干擾作用導(dǎo)致出現(xiàn)臨時(shí)波動(dòng)，則可以對(duì)軌道電位限制器做一些參數(shù)或者工作原理的調(diào)整方式保證測(cè)試的準(zhǔn)確性以及設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

第三，當(dāng)?shù)罔F軌道電位檢測(cè)的發(fā)現(xiàn)確實(shí)存在異常升高的情況，可能的影響因素有地鐵電流消耗、線路長(zhǎng)度、回線電阻等?，F(xiàn)有的地鐵運(yùn)行線的整流器位置，電力系統(tǒng)和軌道設(shè)備已不能改變。因此，當(dāng)軌道電位的升高是因?yàn)榫€路的長(zhǎng)度等因素引起的，一定要謹(jǐn)慎選取措施，可以采用綜合性的治理措施來(lái)控制軌道電位。電阻會(huì)在一定程度上受到回流線電阻的影響，尤其是鋼軌接縫電阻會(huì)嚴(yán)重影響到電阻，可以通過(guò)選擇更可靠連接鋼軌接頭的方式保證鋼軌的接縫電阻。

（三）分路不良控制策略

對(duì)于分路不良出現(xiàn)的問(wèn)題，就主要從以下的方法進(jìn)行入手進(jìn)行改善，對(duì)于上述第一點(diǎn)，要積極引入新的技術(shù)，目前主要引入了高壓脈沖軌道電路技術(shù)用于檢測(cè)列車是否占用軌道電路區(qū)段，應(yīng)用高壓脈沖軌道電路技術(shù)可以擊穿軌道面的銹蝕問(wèn)題，從而精準(zhǔn)的進(jìn)行檢測(cè)；上述第二點(diǎn)，可根據(jù)不同的路段進(jìn)行分類管理，從而確定不同客觀條件下進(jìn)行不同的處理方法進(jìn)行處理。第三點(diǎn)，確定什么情況會(huì)出現(xiàn)絕緣層的情況，從而對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

四、結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，各大城市均在不斷的修建和完善城市地鐵交通線，城市出行更加的方便快捷。然而，在地鐵軌道電位異常升高問(wèn)題的出現(xiàn)給地鐵的安全運(yùn)行帶來(lái)了一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此，對(duì)地鐵軌道電位異常升高的研究能更好的為地鐵的發(fā)展服務(wù)。