陸煜旻 張華英

(上海地鐵維護保障有限公司供電分公司，200235，上?！蔚谝蛔髡?，工程師)

直流牽引供電系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散電流是一直困擾城市軌道交通發(fā)展的問題之一。雜散電流會腐蝕地鐵設備以及附近的金屬管物等。雜散電流可通過正線軌道經(jīng)車輛基地軌道泄漏至大地，造成雜散電流泄漏。為了減少雜散電流的影響范圍，在車輛出入場線、停車庫、檢修庫內外之間等區(qū)域設置鋼軌絕緣接頭。通常采用單向導通裝置并接于鋼軌絕緣接頭處，用于連接絕緣接頭兩端的鋼軌，從而減少正線雜散電流向車輛基地擴散[1]。然而，實際應用情況表明，車輛基地四周的鋼筋結構及埋地管線仍存在較嚴重的腐蝕情況。

1 車輛基地雜散電流現(xiàn)狀

1.1 存在的問題

相對正線而言，車輛基地是地鐵防護雜散電流的薄弱環(huán)節(jié)。上海城市軌道交通車輛基地咽喉區(qū)采用的是碎石道床。地面碎石道床全天候暴露于自然環(huán)境中，粉塵、雨雪、霜凍等對軌地過渡電阻影響很大。碎石道床的絕緣往往難以達到理論值，同時碎石道床未設置雜散電流收集網(wǎng)，因此全線網(wǎng)多個車輛基地受雜散電流干擾影響大，雜散電流問題相對突出。例如，上海軌道交通3號線石龍路停車庫鋼結構立柱根部出現(xiàn)嚴重腐蝕現(xiàn)象，上海軌道交通3號線江楊北路和石龍路、上海軌道交通9號線九亭、上海軌道交通1號線梅隴等車輛基地的鏇輪庫和停車庫經(jīng)常發(fā)生施工作業(yè)時鋼軌打火的現(xiàn)象；上海軌道交通8號線殷行路、上海軌道交通11號線上海賽車場車輛基地內的接觸網(wǎng)隔離開關接地處發(fā)生冒火星的現(xiàn)象。

1.2 測試結果分析

在車輛基地接觸網(wǎng)停電的狀態(tài)下，對多個車輛基地雜散電流進行相關參數(shù)測試，包括：①出入場線處單向導通裝置斷開前后，單向導通裝置電流與出入場線鋼軌絕緣分段處電位對比測試；②車輛基地周邊土壤電位梯度及雜散電流方向對比測試。選取上海城市軌道交通多個車輛基地出入場線單向導通裝置斷開前、后的測試結果進行對比(見表1)。根據(jù)測試結果分析車輛基地內雜散電流干擾及其分布規(guī)律，以及雜散電流的流通路徑，并提出改進單向導通裝置功能的技術要求。

表1 上海城市軌道交通各車輛基地出入場線單向導通裝置斷開前后的測試結果對比

由表1可知，當靠近車輛基地附近的正線列車處于正常狀態(tài)時，單向導通裝置中的二極管能使車輛基地正線方向的電氣連通，從而使得電流從正線通過大地流入車輛基地，然后通過單向導通裝置再流入正線，形成完整的電流通路[2](如圖1所示)；當單向導通裝置處于退出狀態(tài)時，停車場鋼軌與正線鋼軌斷開，鋼軌上的電流不能相通，停車場附近的正線鋼軌泄漏的雜散電流因鋼軌被絕緣結斷開而不能形成通路，因此停車場土壤梯度電壓正負波動幅度最小，土壤電位梯度也是最小的。車輛基地是絕緣薄弱區(qū)段，進入車輛基地的雜散電流會對場內結構鋼筋及埋地管線造成腐蝕[3]。

注：I為正線列車牽引電流；Is為正線雜散電流。圖1 正線列車處于正常狀態(tài)時車輛基地電流流通路徑

2 智能導通裝置的工作原理及應用

單向導通裝置設置的主要目的是減少正線雜散電流向車輛基地擴散。但由于正線雜散電流的干擾，造成了咽喉區(qū)單向導通裝置形成長期通流的回路，因此需要有效斷開咽喉區(qū)單向導通裝置的持續(xù)通流性，減少車輛基地受正線雜散電流的干擾。

2.1 智能導通裝置的工作原理

智能導通裝置并接在車輛的出入段線鋼軌絕緣結兩端，有列車通過時智能導通裝置導通，無列車通過時智能導通裝置斷開。智能導通裝置通過主回路開關隔斷正線與車輛基地[3]的電流。其主要工作原理如圖2所示。

注：QM表示電動隔離開關；QF表示主回路接觸器。圖2 智能導通裝置的工作原理Fig.2 Working principle of intelligent conduction device

智能導通裝置主要由列車位置檢測電路、主回路開關、電動隔離開關、控制器等組成。列車位置傳感器可檢測列車位置，主回路開關作為執(zhí)行器件，控制器根據(jù)檢測的列車位置和關斷電流值來判斷主回路開關應閉鎖或斷開，從而實現(xiàn)正線和車輛基地軌道的連通和絕緣。當控制器檢測到列車經(jīng)過時，主回路開關閉鎖；當列車經(jīng)過且電流小于關斷電流值時，主回路開關斷開。

智能導通裝置設有消弧裝置，其能檢測絕緣結電壓。當絕緣結電壓大于設定消弧電壓時，可控硅導通，這能避免產(chǎn)生電弧導致的燒蝕軌道現(xiàn)象。

2.2 智能導通裝置的應用及測試

根據(jù)智能導通裝置的應用原理，對上海軌道交通3號線石龍路車輛基地出入場線軌道絕緣結處的單向導裝置進行改造，更換了2套智能導通裝置。智能導通裝置與單向導通裝置的安裝位置相同，且與單向導通裝置尺寸兼容。若將絕緣結兩側鋼軌接線接入智能導通裝置，則無需增加其他線纜，便可直接替換原有單向導通裝置；同時增加2處列車位置傳感器，將信號線接入智能導通裝置，總體改造工程量小。

導通裝置安裝完成后，對其進行了相關測試，以驗證該裝置切斷車輛基地雜散電流流入正線的有效性。在車輛基地內接觸網(wǎng)停電時，按照同一運營時間段、同一位置的測試方式，測試內容及方法與單向導通裝置測試相同。

2.2.1 雜散電流干擾測試評估

對3號線石龍路車輛基地附近進行雜散電流干擾評估測試。當電位梯度大于0.5 mV/m時，判為存在雜散電流腐蝕可能性；當電位梯度超過2.5 mV/m時，必須采取排流等防干擾腐蝕措施。

2.2.1.1 智能導通裝置應用前測試分析

首先采用十字交叉法測試車輛基地附近3處檢測點土壤電位梯度與雜散電流方向。土壤電位梯度檢測結果如表2、圖3所示，土壤電位梯度的方向為沿矢量和指向坐標原點的方向。

表2 3號線石龍路車輛基地雜散電流干擾測試前的土壤電位梯度

圖3 3號線石龍路車輛基地雜散電流干擾測試前土壤電位梯度方向

測試點1的雜散電流方向為西南方向，測試點2的雜散電流方向為東北方向，且這兩個測試點均指向3號線和石龍路車輛基地咽喉區(qū)；測試點3雜散電流方向為東北方向，大致指向3號線石龍路站。

測試點2南北方向地電位梯度大于2.5 mV/m，測試點2東西方向地電位梯度接近2.5 mV/m，說明測試點2必須采取排流等防干擾腐蝕措施。測試點1與測試點3東西方向和南北方向地電位梯度均小于2.5 mV/m且大于0.5 mV/m，說明測試點1與測試點3存在雜散腐蝕的可能性。

2.2.1.2 智能導通裝置應用后測試分析

復測遵循與首測(智能導通裝置未應用前)同一運營時間段、同一位置的原則。土壤電位梯度與雜散電流方向與首測相比發(fā)生變化，測試點1、測試點2和測試點3土壤電位梯度與雜散電流方向均變成西北方向，大致指向上海軌道交通3號線沿線。測試點1，南北土壤電位梯度絕對值比首測降低了26.08%，東西土壤電位梯度比首測降低了67.66%；測試點2南北電位梯度比首測降低了74.76%，東西土壤電位梯度比首測降低了58.38%；測試點3南北電位梯度比首測降低了11.58%，東西土壤電位梯度比原來降低了35.41%。測試點1、測試點2和測試點3土壤電位梯度均小于2.5 mV/m，說明土壤電位梯度改善顯著。復測土壤電位梯度與雜散電流方向，如表3、圖4所示。

表3 3號線石龍路車輛基地智能導通裝置應用后的土壤電位梯度

圖4 3號線石龍路車輛基地智能導通裝置應用后的土壤電位梯度方向

2.2.2 車輛基地雜散電流的測試評估

在車輛基地附近區(qū)間內，選取單向導通裝置內各個設備進行同步測試。出入場線區(qū)域單向導通裝置測試原理及參考方向如圖5所示，電流的正方向規(guī)定為車輛基地往正線方向。

注：A為電流測試；V為電壓測試。圖5 3號線石龍路車輛基地單向導通裝置測試原理

2.2.2.1 智能導通裝置應用前測試分析

智能導通裝置應用前，3號線石龍路車輛基地單向導通裝置鋼軌電位及單向導通裝置電流數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表4所示。

表4 3號線石龍路車輛基地智能導通裝置應用前測試結果

由表4可知，單向導通裝置存在二極管支路導通，晶閘管支路一直處于斷開狀態(tài)。當停車場鋼軌對地電位大于正線鋼軌對地電位時，二極管支路導通。此時由庫內流向正線的電流幅值最大值可達到376.7 A，大地中雜散電流經(jīng)庫內軌道吸收流回正線造成直流干擾。

2.2.2.2 智能導通裝置應用后測試分析

復測咽喉區(qū)上行/下行線路智能導通裝置處正線側鋼軌對地電壓、上行/下行線路智能導通裝置處車輛基地側鋼軌對地電壓、上行/下行線路智能導通裝置中電流，測試結果如表5所示。

通過復測結果可見，正線鋼軌電位與場內鋼軌電位差大小基本不變；但是車輛基地與正線之間的“橋梁”已被阻斷，上行/下行線路通過智能導通裝置的電流為零。證明了智能導通裝置的應用，有效防止了車輛基地雜散電流侵入至正線，抑制了車輛基地中雜散電流的收集。

表5 3號線石龍路車輛基地智能導通裝置應用后測試結果

3 結語

本文通過現(xiàn)場測試，驗證了在車輛基地內接觸網(wǎng)停電時，車輛基地附近受雜散電流干擾，有雜散電流流入車輛基地內，并經(jīng)過咽喉區(qū)單向導通裝置由庫內流向正線，形成長期通流的回路。采用智能導通裝置替換原有的單向導通裝置，經(jīng)現(xiàn)場測試結果表明，車輛基地附近受到雜散電流干擾明顯減弱，土壤電位梯度減小顯著，能有效阻斷雜散電流由正線通過大地流到車輛基地再回到正線的電流通路，減少了雜散電流對車輛基地內鋼筋結構及埋地管線造成腐蝕。

現(xiàn)場測試結果表明，智能導通裝置在城市軌道交通車輛基地的應用，對減小車輛基地雜散電流影響具有重大意義。目前，智能導通裝置可直接替換原單向導通裝置，已在上海、寧波等地的城市軌道交通中得到應用，抑制雜散電流擴散效果顯著。