(蘭州市軌道交通有限公司,甘肅蘭州 730000)
雜散電流又被稱為迷流,其產(chǎn)生原因是直流大電流在沿著地面鋪設(shè)的軌道傳導(dǎo)時(shí),一部分電流會(huì)在軌道中流動(dòng),另一部分會(huì)從軌道流入大地,并且在流過(guò)大地上的一些金屬物體后,重新回到電源系統(tǒng),在這個(gè)過(guò)程中的“另一部分”電流就被稱作雜散電流。
當(dāng)前大部分地鐵的供電系統(tǒng)選用的是直流牽引供電系統(tǒng),并且地鐵在運(yùn)行過(guò)程中所需要的電流主要來(lái)源于牽引變電所,理想狀態(tài)下,列車供電電流流動(dòng)方式為變電所通過(guò)接觸網(wǎng)為列車供電,牽引電流再經(jīng)由與列車車輪相接觸的鋼軌流回變電所。但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,如果鋼軌與地面之間的絕緣質(zhì)量不夠好,那么在列車的運(yùn)行過(guò)程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)雜散電流,雜散電流的出現(xiàn)不僅會(huì)對(duì)電力資源造成浪費(fèi),還會(huì)對(duì)鐵軌周邊的電氣設(shè)備設(shè)施造成一定的損害。
為更好地降低直流牽引供電系統(tǒng)供電方式產(chǎn)生的雜散電流,在地鐵安裝工程實(shí)施的過(guò)程中,相關(guān)工作人員可以采用以下方式,降低雜散電流產(chǎn)生的危害。
2.1.1 減小鋼軌的阻抗
在地鐵運(yùn)行的過(guò)程中,鋼軌不僅可以引導(dǎo)列車的正常運(yùn)行,還能作為牽引列車電流流動(dòng)的導(dǎo)體,由功率計(jì)算公式P=I2R以及在單邊供電情況下雜散電流的計(jì)算公式可以了解到,在地鐵安裝工程中盡可能地減小鋼軌的阻抗不僅可以減少因電阻產(chǎn)生的熱功率,從而達(dá)到節(jié)約電力資源的目的,還可以有效減少向外流失的雜散電流的大小,達(dá)到提升地鐵系統(tǒng)使用壽命的目的。現(xiàn)階段,在地鐵安裝工程當(dāng)中,較為常見(jiàn)的減少鋼軌阻抗的方法為應(yīng)用長(zhǎng)鋼軌,即在鋼軌的安裝過(guò)程中,鋼軌的長(zhǎng)度越長(zhǎng),地鐵鋼軌整體運(yùn)用的接頭數(shù)量就越少,其整體的阻抗將會(huì)越小,在列車運(yùn)行過(guò)程中,由鋼軌回流到牽引變電所的電流越大,泄漏到大地中的雜散電流就會(huì)越小。同時(shí),在實(shí)際施工過(guò)程中,為盡量降低接頭處產(chǎn)生的阻抗,相關(guān)工作人員在用魚(yú)尾板螺栓連接兩個(gè)鋼軌的接頭后,還需要用兩根直徑在120mm2以上的絕緣銅電纜將兩者連接起來(lái),以便進(jìn)一步減小接頭處的阻抗。
2.1.2 以混凝土軟枕作為鋼軌的支撐
在列車運(yùn)行的過(guò)程中,電流流通回路的接觸面越大,回路導(dǎo)通的電流也將會(huì)越大,因此,為進(jìn)一步減少由鋼軌流入大地的電流,相關(guān)工作人員可以通過(guò)減小鋼軌與地面接觸面積的方式,減少雜散電流。具體來(lái)說(shuō),當(dāng)前大部分地鐵軌道主要位于地下,地下的潮濕度較高,若此時(shí)相關(guān)工作人員可以利用混凝土軟枕作為鋼軌的支撐,由于混凝土中的含水量較木枕更低,就使得混凝土軟枕的導(dǎo)電率也更低,這種施工方式,不僅可以縮小鋼軌與地面的接觸面積,還可以有效減少鋼軌由支撐點(diǎn)傳導(dǎo)至地面的電流,從而達(dá)到降低雜散電流的目的。
2.1.3 鋼軌與地面絕緣
在地鐵實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中,鋼軌與地面之間的絕緣效果越好,鋼軌傳導(dǎo)至地面的雜散電流也將越小,為進(jìn)一步降低鋼軌傳入地面的電流,相關(guān)工作人員可以通過(guò)在鋼軌與混凝土軟枕、緊固用螺栓與混凝土軟枕、扣件與混凝土軟枕之間采用絕緣材料連接的方式,避免鋼軌流入地面的電流值過(guò)大。
2.1.4 設(shè)置雜散電流收集網(wǎng)
現(xiàn)階段,盡管大部分鋼軌與地面之間采用了各種的絕緣措施,以期進(jìn)一步減少雜散電流,但由于鋼軌本身存在一定的電阻,因此在列車運(yùn)行的過(guò)程中,電流流過(guò)鋼軌,鋼軌與地面之間不可避免地會(huì)產(chǎn)生電勢(shì)差,進(jìn)而出現(xiàn)雜散電流,在有電解質(zhì)存在的情況下,這些電流會(huì)通過(guò)大地對(duì)鐵軌周邊的金屬產(chǎn)生反應(yīng),進(jìn)而縮短地鐵系統(tǒng)的使用壽命。為解決這一問(wèn)題,相關(guān)工作人員可以在地鐵混凝土軟枕下方的道床內(nèi)設(shè)置雜散電流收集網(wǎng),避免雜散電流對(duì)周邊設(shè)施的破壞。具體來(lái)說(shuō),當(dāng)前較為常見(jiàn)的雜散電流收集網(wǎng)如圖1所示,主要由上下兩排直徑為12mm的縱向鋼筋組成,每排鋼筋的數(shù)量為5,并且每隔50m,將其用一根直徑為25mm以上的橫向鋼筋以焊接的方式連接起來(lái),并且用兩根直徑為20mm的鋼筋將上下兩根橫向的鋼筋連接到一起。在這個(gè)收集網(wǎng)中,上排的5根鋼筋不僅可以收集雜散電流,還起到了固定混凝土軟枕的作用,具體來(lái)說(shuō),在實(shí)際施工過(guò)程中,相關(guān)工作人員可以先在混凝土軟枕上打好孔,然后在安裝收集網(wǎng)時(shí),將鋼筋穿過(guò)軟枕,最后將下排的鋼筋固定在下方的道床之中,從而達(dá)到收集雜散電流,降低雜散電流對(duì)鐵軌周邊設(shè)備破壞的目的[1]。
圖1 雜散電流收集網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖
盡管上述措施在地鐵的實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可以有效減少雜散電流,但仍會(huì)有一小部分雜散電流會(huì)通過(guò)混凝土道床泄漏到外界環(huán)境當(dāng)中,進(jìn)而對(duì)外界環(huán)境中的金屬造成破壞,相關(guān)工作人員還需要采取一定的措施,降低雜散電流對(duì)車站內(nèi)安裝的各類結(jié)構(gòu)的影響,具體措施如下所述:
2.2.1 電纜橋架
為進(jìn)一步降低雜散電流對(duì)地鐵周邊電纜橋架的破壞,首先,相關(guān)工作人員可以在進(jìn)行電纜橋架金屬支架固定的過(guò)程中,采用絕緣膨脹螺栓,增加電纜橋架與車站架構(gòu)之間的阻抗,降低雜散電流對(duì)金屬支架的破壞;其次,可以應(yīng)用表面鍍有金屬鋅的電纜橋架,并且在保障連接橋架的螺栓緊密牢固的同時(shí),采用表面積≥6mm2的銅編制軟線進(jìn)行連接;最后,在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中,對(duì)于所有的非標(biāo)部件都采用焊接的方式進(jìn)行連接,若部件無(wú)法進(jìn)行焊接操作時(shí),則需要采用可靠的接地跨界措施,降低雜散電流對(duì)電纜橋架的影響。
2.2.2 給排水管道系統(tǒng)
為進(jìn)一步降低雜散電流對(duì)給排水管道系統(tǒng)造成的破壞,首先,相關(guān)工作人員在給排水管道系統(tǒng)進(jìn)入車站前,可以通過(guò)為其增加一段長(zhǎng)度超過(guò)2m的絕緣管道,諸如PE管或者UPVC管的方式,將給排水管道與雜散電流之間進(jìn)行隔離;其次,絕緣管道一般設(shè)置在車站外側(cè),系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)之間的距離應(yīng)在150mm以上;再次,為降低管道系統(tǒng)的維修難度,絕緣管道需要設(shè)在干燥易于查看的地點(diǎn);最后,相關(guān)工作人員可以通過(guò)在水泵進(jìn)出口處安裝一段絕緣管的方式,保證水管系統(tǒng)與水泵——電機(jī)組之間的電氣絕緣[2]。
在我國(guó)地鐵建設(shè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期,雜散電流已經(jīng)成為地鐵設(shè)計(jì)、建設(shè)以及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中不可忽視的關(guān)鍵性問(wèn)題之一,現(xiàn)階段,在地鐵安裝工程中,明確雜散電流的分布規(guī)律及其可能造成的危害,并對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性處理,能夠在降低地鐵建設(shè)、運(yùn)營(yíng)成本的同時(shí),提升其運(yùn)營(yíng)的安全性。