黃煥隆

（南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司運(yùn)營分公司，工程師，廣西南寧 530022）

廣西南寧市軌道交通2 號(hào)線采用DC 1500 V 牽引供電系統(tǒng)，牽引電流由牽引變電所正極出發(fā)，經(jīng)由接觸網(wǎng)、電動(dòng)列車和走行軌返回牽引變電所負(fù)極，由于鋼軌縱向電阻和軌地之間過渡電阻的存在，牽引回流電流和短路電流會(huì)在鋼軌上產(chǎn)生超出安全許可的縱向電壓。為了防止鋼軌電位過高對(duì)站臺(tái)人員和設(shè)施的傷害，在車站均設(shè)置了一套鋼軌電位限制裝置（OVPD）。自2 號(hào)線運(yùn)營以來，OVPD 由于電壓偏高頻繁動(dòng)作，本文就該異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)整治措施。

1 2號(hào)線鋼軌電位問題

南寧地鐵2 號(hào)線采用大全賽雪龍生產(chǎn)的NPMPD 型OVPD，該裝置通過采樣電壓繼電器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)回流鋼軌與大地之間的電壓。OVPD 設(shè)置三段式保護(hù)，其中Ⅰ段保護(hù)為當(dāng)監(jiān)測(cè)電壓超過整定值120 V 時(shí)，經(jīng)過0.8 s 整定延時(shí)后，保護(hù)動(dòng)作，該裝置將鋼軌與大地有效短接后延時(shí)6 s 分開；Ⅱ段保護(hù)為當(dāng)監(jiān)測(cè)電壓超過整定值150 V 時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，鋼軌與大地被無延時(shí)短接；Ⅲ段保護(hù)為當(dāng)監(jiān)測(cè)電壓超過整定值500 V 時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，晶閘管快速接通，將鋼軌與大地短接。電壓型框架保護(hù)設(shè)置兩段式保護(hù)，其中Ⅰ段保護(hù)為當(dāng)保護(hù)裝置檢測(cè)到設(shè)備外殼對(duì)負(fù)極電壓（即鋼軌和地之間的電壓）超過130 V時(shí)，經(jīng)過0.6 s 整定延時(shí)后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)；Ⅱ段保護(hù)為當(dāng)保護(hù)裝置檢測(cè)到設(shè)備外殼對(duì)負(fù)極電壓超過150V 時(shí)，經(jīng)過0.3 s 整定延時(shí)后，發(fā)出跳閘命令。2018 年1 月份南寧地鐵2 號(hào)線運(yùn)營期間OVPD 運(yùn)行數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 南寧地鐵2號(hào)線OVPD運(yùn)行數(shù)據(jù)表 時(shí)間：2018年1月

由表1 可知，石柱嶺至南寧劇場(chǎng)站鋼軌電位較高，OVPD 記錄到的平均峰值電壓值均超過100 V，導(dǎo)致該區(qū)間站點(diǎn)OVPD 出現(xiàn)Ⅰ段保護(hù)頻繁動(dòng)作，甚至出現(xiàn)Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作情況。且建設(shè)路站OVPD曾出現(xiàn)II段保護(hù)動(dòng)作，接觸器永久合閘后，導(dǎo)致2號(hào)線正線鋼軌以建設(shè)路站為強(qiáng)制零參考點(diǎn)，造成離建設(shè)路站距離越遠(yuǎn)，鋼軌對(duì)地電壓抬升越高情況。隨著機(jī)車負(fù)荷的增大，導(dǎo)致離建設(shè)路站最遠(yuǎn)的西津站鋼軌對(duì)地電壓超過負(fù)極柜框架電壓保護(hù)I段報(bào)警整定值（130V），觸發(fā)報(bào)警。同時(shí)西津站OVPD I 段保護(hù)動(dòng)作，接觸器合閘后延時(shí)6 s 斷開，負(fù)極柜框架電壓保護(hù)I段報(bào)警手動(dòng)復(fù)歸后消失。

2 原因分析

直流牽引系統(tǒng)的理想電流通路如圖1所示。為減少雜散電流對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋及線路沿線金屬管線的電腐蝕，直流牽引系統(tǒng)的鋼軌全部采用絕緣安裝方式［1］。從圖1 可知，正常情況下系統(tǒng)的電流通路為直流正母線→接觸網(wǎng)→電力機(jī)車→回流軌→負(fù)母線，少許泄漏電流通過大地回路回到直流電源負(fù)極。根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)，鋼軌電位過高的主要原因有：負(fù)回流回路電阻過大、鋼軌對(duì)地過渡電阻過小、列車牽引負(fù)荷電流［1］。

圖1 直流牽引系統(tǒng)電流通路示意圖

2.1 負(fù)回流回路電阻增大直流牽引系統(tǒng)負(fù)回流回路由走行軌、回流電纜、均流電纜、鋼軌接頭和道岔接續(xù)電纜等組成，而走行軌的電阻在負(fù)回流回路的電阻中占主要部分。鋼軌使用程度對(duì)其電阻有較明顯的影響，鋼軌軌頭磨耗會(huì)導(dǎo)致鋼軌電阻增大［2］，由于南寧地鐵2號(hào)線為2017 年底新投入運(yùn)營線路，鋼軌磨耗可忽略不計(jì)，本次主要就玉洞站負(fù)回流回路中的電纜與鋼軌間的接觸電阻進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如表2所示。

表2 玉洞站變電所負(fù)回流回路接觸電阻測(cè)量數(shù)據(jù)表

鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程（CJJ49-92）中，回流通路電氣連接的要求為接頭電阻不應(yīng)超過1 m長完整軌道的電阻值，根據(jù)設(shè)計(jì)文件2 號(hào)線鋼軌電阻值為20 uΩ/m（考慮鋼軌磨耗5%情況下），由于站內(nèi)均、回流電纜長度均不超過100 m，電纜自身電阻可忽略不計(jì)。由表1可知玉洞站負(fù)回流回路鋼軌與回流電纜接觸電阻最高為104.6 uΩ，最低為49.86 uΩ，鋼軌間均流電纜接觸電阻最高為793uΩ，可以看出實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，負(fù)回流回路電阻增大比較明顯，這在一定程度上影響了變電所的回流性能，引起鋼軌電位電壓升高。

2.2 鋼軌對(duì)地過渡電阻過小直流牽引系統(tǒng)的鋼軌采用絕緣安裝方式，南寧地鐵2 號(hào)線線主要采用兩種規(guī)格鋼軌橡膠墊板，分別為具有減震功能的鋼軌橡膠墊板和不具備減震功能的普通鋼軌橡膠墊板。從外觀看，具有減震功能的鋼軌橡膠墊板較為厚實(shí)，可保證鋼軌及扣件與道床良好絕緣，而普通鋼軌橡膠墊板比較單薄，在灰塵、油污、積水以及施工工藝的影響作用下，導(dǎo)致鋼軌對(duì)地電阻減小，使得泄漏電流增大，鋼軌電位也會(huì)隨之增大。

2.3 列車牽引負(fù)荷電流偏大列車運(yùn)行方式可分為加速、勻速和制動(dòng)三種狀態(tài)，當(dāng)列車處于加速狀態(tài)時(shí)，負(fù)荷電流增大，鋼軌電位正向增大；當(dāng)列車處于制動(dòng)減速狀態(tài)時(shí)，列車向直流系統(tǒng)反向供電，導(dǎo)致鋼軌電位向負(fù)方向變化［3］。2018 年1 月份2 號(hào)線運(yùn)營期間牽引變電所直流饋線開關(guān)電流電壓平均測(cè)量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 2號(hào)線牽引變電所直流饋線開關(guān)電流平均測(cè)量數(shù)據(jù)表 單位：A

通過與初步設(shè)計(jì)文件數(shù)據(jù)對(duì)比分析，在實(shí)際運(yùn)營過程中，列車實(shí)際運(yùn)行時(shí)牽引負(fù)荷電流與系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真計(jì)算結(jié)果相比偏大。因此，2 號(hào)線實(shí)際列車牽引負(fù)荷電流較系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真計(jì)算值大也是造成鋼軌電位高于設(shè)計(jì)值的原因之一。

綜合上述測(cè)試分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢查結(jié)果，變電所負(fù)回流回路電阻過大是2號(hào)線鋼軌電位異常升高的重要影響因素，但仍需對(duì)其他相關(guān)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步檢查并綜合分析。

3 解決措施

1）鋼軌電位異常升高涉及到列車牽引負(fù)荷電流、鋼軌電阻、鋼軌相關(guān)負(fù)回流設(shè)備絕緣等因素，建議對(duì)以下專業(yè)涉及設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)性檢查，并進(jìn)行綜合分析和制定整改措施：

①信號(hào)專業(yè)：道岔絕緣、鋼軌接續(xù)線等；

②線路專業(yè)：過軌金屬管線、鐵墊板和夾板、橡膠墊板和軌距塊、軌距桿、道床等；

③結(jié)構(gòu)專業(yè)：軌行區(qū)滲漏水情況；

④屏蔽門專業(yè)：絕緣子、有電體與接地體間絕緣間隙等。

2）參考其他城市地鐵解決方案，探討直流牽引供電負(fù)回流系統(tǒng)增設(shè)回流、均流、跨接電纜等的必要性和可行性，并加以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。

3）優(yōu)化OVPD 和電壓型框架保護(hù)的整定值，在確保人員及設(shè)施安全的前提下，防止繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

4）開展軌道對(duì)地絕緣電阻檢測(cè)工作，并結(jié)合其他設(shè)備檢查結(jié)果進(jìn)行綜合分析和治理。

4 結(jié)語

鋼軌電位異常升高問題已成為全國各地鐵線路面臨的共同技術(shù)難題，其成因相對(duì)比較復(fù)雜，涉及到列車牽引負(fù)荷電流、鋼軌電阻、鋼軌相關(guān)負(fù)回流設(shè)備絕緣等因素，無法從簡(jiǎn)單的一個(gè)方面解決。地鐵運(yùn)營管理部門需加強(qiáng)設(shè)備日常維護(hù)和檢測(cè)，優(yōu)化繼電保護(hù)配置，確保直流牽引供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。