地鐵車輛段由于軌道絕緣等級(jí)相對(duì)較低（國(guó)內(nèi)多個(gè)車輛段測(cè)試結(jié)果為0.1~0.2Ω）,一直是地鐵系統(tǒng)雜散電流防控的薄弱環(huán)節(jié),國(guó)內(nèi)地鐵幾乎都存在車輛段雜散電流超標(biāo)的現(xiàn)象,段內(nèi)設(shè)備燒損、掛地線打火、軌電位頻繁動(dòng)作等現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生[1-6]。相關(guān)測(cè)試結(jié)果顯示,即使車輛段內(nèi)整流機(jī)組完全斷電,經(jīng)出入段單向?qū)ㄑb置回流的正線饋電電流也可高達(dá)500~1 000 A[7],導(dǎo)致臨近埋地鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)電位顯著波動(dòng)[8-9]。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)地鐵車輛段雜散電流問(wèn)題開展了一些研究,但聚焦車輛段雜散電流對(duì)臨近埋地鋼質(zhì)管道干擾關(guān)鍵因素測(cè)試的研究鮮有報(bào)道。作者以國(guó)內(nèi)某地鐵線路車輛段及其臨近的埋地鋼質(zhì)管道為研究對(duì)象,采用GPS同步測(cè)量的方式對(duì)車輛段軌道、管道的電位和電流參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)比分析了單導(dǎo)柜自動(dòng)消弧裝置、單導(dǎo)柜二極管支路和庫(kù)內(nèi)軌道接地方式三個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)段內(nèi)雜散電流分布和管道干擾的影響,并介紹了相應(yīng)的優(yōu)化措施,希望為地鐵雜散電流的防護(hù)提供指導(dǎo)和借鑒。 

1.   現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

1.1   測(cè)試位置

地鐵車輛段與臨近埋地管道3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的相關(guān)位置關(guān)系如圖1所示,管道監(jiān)測(cè)點(diǎn)與地鐵車輛段及臨近地鐵車站的方位關(guān)系和相對(duì)距離見(jiàn)表1?？梢?jiàn),管道1#~3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)均位于對(duì)應(yīng)車輛段的同側(cè),除與車輛段臨近外,還與地鐵正線并行接近,最小垂直距離約2.3 km。 

圖  1  管道與地鐵線路的相對(duì)位置關(guān)系

Figure  1.  Relative position between pipeline and metro line

圖2為車輛段牽引負(fù)回流系統(tǒng)示意圖。在停車庫(kù)、靜調(diào)庫(kù)和出入段分別設(shè)置了兩臺(tái)單向?qū)ㄑb置（以下稱單導(dǎo)）,單向布置于軌道的兩側(cè)。各股軌道間通過(guò)均流線連接在一起,段內(nèi)整流機(jī)組提供的牽引電流分別經(jīng)庫(kù)前單導(dǎo)、靜調(diào)庫(kù)前單導(dǎo)和出入段處回流電纜流回至段內(nèi)變電所負(fù)極,正線回流電流經(jīng)出入段單導(dǎo)流回正線。庫(kù)內(nèi)軌道經(jīng)軌電位限制裝置（OVPD）與接地網(wǎng)連接,保護(hù)動(dòng)作閾值設(shè)置為60 V。單導(dǎo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示,其中包含了5路二極管并聯(lián)支路、1路自動(dòng)消弧裝置支路和1路電動(dòng)隔離開關(guān)支路。二極管并聯(lián)支路用于回流正線牽引電流。自動(dòng)消弧裝置支路用于限制絕緣節(jié)兩端電壓降,避免鋼軌打火,保證人身安全,其控制回路主要由可控硅構(gòu)成,通過(guò)兩個(gè)導(dǎo)通邏輯控制：一個(gè)是光電傳感器探測(cè)到列車通過(guò)絕緣節(jié)；另一個(gè)是絕緣節(jié)兩端的電壓降大于其正向?qū)妷?/span>U0。滿足其中一個(gè)邏輯即可觸發(fā)閉合導(dǎo)通信號(hào),該車輛段自動(dòng)消弧裝置的U0設(shè)置為12 V。當(dāng)主回路快速熔斷器熔斷或二極管損壞時(shí),電動(dòng)隔離開關(guān)支路可實(shí)現(xiàn)絕緣節(jié)兩端軌道短接,不影響機(jī)車的正常運(yùn)行[10]。 

圖  2  車輛段牽引負(fù)回流系統(tǒng)示意圖

Figure  2.  Schematic diagram of metro depot traction negative return system

圖  3  單向?qū)ㄑb置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

Figure  3.  Internal structure diagram of one-way conduction device

1.2   測(cè)試參數(shù)與工況

在測(cè)試過(guò)程中共涉及三種工況：出入段單導(dǎo)正常運(yùn)行和庫(kù)內(nèi)OVPD分閘（以下稱工況一）；出入段單導(dǎo)拆除和庫(kù)內(nèi)OVPD分閘（以下稱工況二）；出入段單導(dǎo)拆除和庫(kù)內(nèi)OVPD合閘（以下稱工況三）。為了規(guī)避地鐵系統(tǒng)因不同時(shí)間段發(fā)車頻率不同造成的影響,選取相同發(fā)車頻率時(shí)間段開展測(cè)試,且測(cè)試期間車輛段混合變電所始終處于斷電狀態(tài),每種工況的測(cè)試時(shí)間為2 h。同時(shí),為了避免車輛段和臨近的地鐵車站內(nèi)OVPD合閘對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響,在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中保證臨近車站內(nèi)的OVPD始終處于分閘狀態(tài)。 

測(cè)試參數(shù)包括：管道通/斷電電位、正線軌道對(duì)地電位、段內(nèi)（庫(kù)內(nèi)和庫(kù)外）軌道對(duì)地電位、出入段單導(dǎo)流經(jīng)電流、庫(kù)前單導(dǎo)流經(jīng)電流和庫(kù)內(nèi)OVPD流經(jīng)電流。管道與車輛段的電位和電流參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)采集記錄儀的GPS模塊實(shí)現(xiàn)同步測(cè)試,同步時(shí)間誤差小于0.1 s。 

1.3   測(cè)試方法

1.3.1   管道通/斷電電位

目標(biāo)埋地油氣管道外徑為1 219 mm,采用3PE防腐蝕涂層,埋深2 m。為了充分評(píng)估管道受地鐵雜散電流干擾影響,出于保守考慮,選取1 cm2陰極保護(hù)檢查片測(cè)試管道電位。陰極保護(hù)檢查片埋設(shè)于管道測(cè)試樁處,與管道同埋深,與管道外壁水平間距為300 mm。通過(guò)測(cè)試樁將陰極保護(hù)檢查片與管道實(shí)施電連接,待試片極化24 h后,利用uDL2 Micro Data Logger型數(shù)據(jù)記錄儀測(cè)試試片的通/斷電電位,通斷周期為12 s/3 s,采樣頻率為1 s/次。圖4為管道電位測(cè)試原理圖。 

圖  4  管道電位測(cè)試原理圖[11]

Figure  4.  Schematic diagram of testing pipeline potential [11]

1.3.2   軌道對(duì)地電位

正線軌道和庫(kù)外軌道對(duì)地電位的測(cè)試位置為出入段單導(dǎo)處,如圖5所示。單導(dǎo)內(nèi)部設(shè)置有兩個(gè)電纜連接母排,分別連接絕緣節(jié)兩端的正線軌道和庫(kù)外軌道。采用便攜式硫酸銅參比電極和uDL1 Micro Data Logger數(shù)據(jù)記錄儀對(duì)正線軌道和庫(kù)外軌道對(duì)地電位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè),采樣頻率為1 s/次。測(cè)試前將uDL1 Micro Data Logger數(shù)據(jù)記錄儀的量程設(shè)置為高量程（+150 V/-150 V）,記錄儀正極連接至軌道端子母排,負(fù)極連接至便攜式硫酸銅參比電極。庫(kù)內(nèi)軌道對(duì)地電位的測(cè)試位置為庫(kù)前單導(dǎo)處,測(cè)試方法同上。 

圖  5  軌道對(duì)地電位測(cè)試原理圖

Figure  5.  Schematic diagram of testing rail-to-ground potential

1.3.3   單導(dǎo)流經(jīng)電流、庫(kù)內(nèi)OVPD流經(jīng)電流

采用uDL1 Micro Data Logger數(shù)據(jù)記錄儀分別測(cè)試單導(dǎo)內(nèi)線路總電流傳感器（圖3中FL處）和OVPD內(nèi)的電流傳感器兩端電壓,根據(jù)電壓換算成電流。單導(dǎo)和OVPD的電流傳感器規(guī)格分別為：2 500 A/75 m V和1 000 A/60 mV。規(guī)定車輛段至正線方向?yàn)槌鋈攵螁螌?dǎo)正電流方向,庫(kù)內(nèi)至庫(kù)外方向?yàn)閹?kù)前單導(dǎo)正電流方向,軌道至地為OVPD正電流方向。測(cè)試前將uDL1 Micro Data Logger數(shù)據(jù)記錄儀的量程設(shè)置為低量程（+150 mV/-150 mV）,采樣頻率為1 s/次。 

2.   結(jié)果與討論

2.1   自動(dòng)消弧裝置的影響

在工況一下,庫(kù)內(nèi)、庫(kù)外軌道對(duì)地電位和出入段單導(dǎo)流經(jīng)電流如圖6所示。庫(kù)內(nèi)軌道對(duì)地電位與庫(kù)外軌道對(duì)地電位具備良好的對(duì)應(yīng)性和相關(guān)性,庫(kù)內(nèi)軌道對(duì)地電位略正于庫(kù)外軌道對(duì)地電位。這主要是因?yàn)樵谠摐y(cè)試時(shí)間段內(nèi),庫(kù)前單導(dǎo)始終有正向電流流過(guò),如圖7所示,庫(kù)內(nèi)軌道與庫(kù)外軌道始終保持電連通狀態(tài)。由于二極管的正向壓降,庫(kù)內(nèi)軌道對(duì)地電位略正于庫(kù)外軌道對(duì)地電位,出入段單導(dǎo)正向流經(jīng)電流始終與負(fù)值的軌道對(duì)地電位相對(duì)應(yīng),即庫(kù)內(nèi)外軌道對(duì)地電位為負(fù)值時(shí)才會(huì)有正向電流流經(jīng)出入段單導(dǎo),且電位越負(fù),單導(dǎo)正向流經(jīng)電流幅值越大。圖6對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)單導(dǎo)正向流經(jīng)電流極值約183 A。除了正向電流外,部分時(shí)刻有負(fù)向電流流經(jīng)出入段單導(dǎo),即從正線流入車輛段線。圖6對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)負(fù)向電流極值約90.77 A,庫(kù)內(nèi)外相應(yīng)的軌道對(duì)地電位呈現(xiàn)正值。簡(jiǎn)而言之,在工況一下,來(lái)自正線的雜散電流經(jīng)出入段單導(dǎo)流入和流出車輛段,段內(nèi)相應(yīng)的軌道對(duì)地電位呈現(xiàn)正向和負(fù)向波動(dòng)。 

圖  6  庫(kù)內(nèi)、庫(kù)外軌道對(duì)地電位和出入段單導(dǎo)流經(jīng)電流（工況一）

Figure  6.  Rail-to-ground potentials inside and outside parking garage and current through one-way conduction device at entrance and exit of metro depot (working condition of No.1)

圖  7  庫(kù)內(nèi)、庫(kù)外軌道對(duì)地電位和庫(kù)前單導(dǎo)流經(jīng)電流（工況一）

Figure  7.  Rail-to-ground potentials inside and outside parking garage and current through one-way conduction device before parking garage (working condition of No.1)

由于測(cè)試時(shí),車輛段內(nèi)的整流機(jī)組完全斷電,因此流經(jīng)單導(dǎo)的電流均為來(lái)自正線的雜散電流。結(jié)合圖3進(jìn)一步分析出入段單導(dǎo)流經(jīng)電流與正線軌道對(duì)地電位、正線軌道與庫(kù)外軌道間電位差之間的關(guān)系,結(jié)果如圖8所示。由圖8（a）可知,當(dāng)正線軌道對(duì)地電位為負(fù)值時(shí),出入段單導(dǎo)存在正向電流,當(dāng)正線軌道對(duì)地電位為正值且幅值較小時(shí),無(wú)電流流經(jīng)單導(dǎo),即此時(shí)沒(méi)有雜散電流流入車輛段。這是因?yàn)楫?dāng)正線軌道對(duì)地電位U1為負(fù)值時(shí),段內(nèi)軌道對(duì)地電位U2也為負(fù)值（見(jiàn)圖6）,此時(shí)地電位正于軌道電位,電流從大地流向軌道。由于段內(nèi)軌道受軌道制式及環(huán)境的影響,絕緣性能相對(duì)比較薄弱,大地中的雜散電流Is很容易通過(guò)段內(nèi)軌道匯集,并通過(guò)出入段單向?qū)ㄑb置流回正線軌道,如圖9所示,此時(shí)車輛段相當(dāng)于一個(gè)大的電流吸收源。而當(dāng)正線軌道對(duì)地電位為正值時(shí),由于絕緣節(jié)的存在和二極管的反向截?cái)嘈?yīng)導(dǎo)致電流無(wú)法通過(guò)單向?qū)ㄑb置流入車輛段[12-14]。由圖8（b）可知,當(dāng)絕緣節(jié)兩端正線和段內(nèi)軌道電位差大于消弧裝置的導(dǎo)通電壓U0（設(shè)置為12 V）時(shí),消弧裝置支路反向?qū)?出入段單導(dǎo)出現(xiàn)負(fù)向電流,相應(yīng)的軌道對(duì)地電位出現(xiàn)正向波動(dòng),且正線和段內(nèi)軌道電位差越大,單導(dǎo)負(fù)向電流和段內(nèi)軌電位幅值越大。 

圖  8  出入段單導(dǎo)流經(jīng)電流與正線軌道對(duì)地電位、正線與段內(nèi)軌道電位差的關(guān)系（工況一）

Figure  8.  Relation of current through one-way conduction device at entrance and exit of metro depot to rail-to-ground potential of main line (a), voltage difference of rail between main line metro depot (b) (working condition of No.1)

圖  9  正線雜散電流回流示意圖

Figure  9.  Schematic diagram of main line stray current return circuit

利用Pearson相關(guān)性分析方法[15-16]對(duì)軌道對(duì)地電位、電流參數(shù)與管道通電電位的相關(guān)性進(jìn)行解析,得到相關(guān)性系數(shù)矩陣,結(jié)果如圖10所示。由圖10可知,管道通電電位與軌道對(duì)地電位和電流參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)絕對(duì)值均小于0.8,且與正線軌道對(duì)地電位的相關(guān)性相對(duì)較高。結(jié)合圖1所示的管道和地鐵線路相對(duì)位置關(guān)系,可以推斷本案例中管道與車輛段和正線同時(shí)并行接近時(shí),管道通電電位受正線和車輛段雜散電流耦合影響,與單一位置處的軌道對(duì)地電位或單導(dǎo)流經(jīng)電流間均無(wú)顯著的相關(guān)性,且受正線雜散電流的影響程度相對(duì)較高。因此,選取正線軌道對(duì)地電位輔助分析管道通電電位波動(dòng)情況,結(jié)果如圖11所示。2#測(cè)試樁位置處管道夜間平穩(wěn)通電電位平均值為-1.50 V（相對(duì)于銅/硫酸銅參比電極,CSE）,管道通電電位隨正線軌道對(duì)地電位發(fā)生交替的正向和負(fù)向偏移,測(cè)量時(shí)間段內(nèi)（2 h）,1#至3#測(cè)試樁處管道通電電位分布及其相對(duì)于夜間平穩(wěn)電位的正負(fù)向偏移比例統(tǒng)計(jì)如圖12和表2所示。統(tǒng)計(jì)結(jié)果與一般認(rèn)為車輛段附近管道通電電位正向偏移的觀點(diǎn)存在一定的差異[17]。 

圖  10  軌道與管道電參數(shù)相關(guān)性系數(shù)矩陣（工況一）

Figure  10.  Correlation coefficient matrix of rail and pipeline electrical parameters (working condition of No.1)

圖  11  正線軌道對(duì)地電位和管道通電電位分布曲線（工況一）

Figure  11.  Distribution curves of rail-to-ground potential of main line and on-potential of pipeline (working condition of No.1)

圖  12  各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處管道通電電位分布

Figure  12.  Distribution of pipeline on-potentials at testing points of No.1 (a), No.2 (b), and No.3 (c)

綜上所述：受消弧裝置反向?qū)ǖ挠绊?段內(nèi)軌道對(duì)地電位呈現(xiàn)交替性的正負(fù)向波動(dòng)；受正線和消弧裝置反向?qū)ǖ木C合影響,臨近埋地管線電位相對(duì)于夜間平穩(wěn)電位也呈現(xiàn)交替性的正負(fù)向偏移。消弧裝置反向?qū)▽?duì)段內(nèi)軌道對(duì)地電位正向波動(dòng)和受車輛段雜散電流干擾的臨近埋地管道電位負(fù)向偏移有顯著影響。因此,控制消弧裝置反向?qū)善鸬揭种贫蝺?nèi)軌道對(duì)地電位正向波動(dòng)和管道電位負(fù)偏的效果。根據(jù)電弧理論,當(dāng)開斷電源電壓大于10~12 V、電流大于80~100 mA時(shí),分開的觸頭就會(huì)產(chǎn)生電弧[18-20]。因此,消弧裝置的導(dǎo)通電壓U0閾值一般設(shè)置為12 V。但實(shí)際上,當(dāng)絕緣節(jié)處無(wú)列車通過(guò)時(shí),電流為0,即使兩端的電壓大于12 V也不會(huì)產(chǎn)生電弧,而絕緣節(jié)兩端的軌道由于負(fù)載不同,其電壓很容易超過(guò)12 V,從而導(dǎo)致消弧裝置頻繁閉合,進(jìn)而影響段內(nèi)雜散電流的分布[21-22]。消弧裝置控制電路的觸發(fā)邏輯優(yōu)化為無(wú)列車通過(guò)時(shí)絕緣節(jié)兩端電壓大于60 V或列車通過(guò)時(shí)觸發(fā)閉合導(dǎo)通信號(hào),這樣既可以保證消弧裝置的作用,又可以防止在沒(méi)有電弧產(chǎn)生時(shí)的頻繁誤動(dòng)作,有效控制正線雜散電流對(duì)車輛段的影響[23-24]。 

2.2   二極管支路的影響

工況二是在工況一的基礎(chǔ)上拆除出入段單導(dǎo),即實(shí)現(xiàn)正線與車輛段的雙向截?cái)唷?/span>圖13為兩種工況下軌道對(duì)地電位比較?？梢?jiàn),工況二下正線軌道對(duì)地電位、庫(kù)外軌道對(duì)地電位和庫(kù)內(nèi)軌道對(duì)地電位較工況一下對(duì)應(yīng)電位明顯降低,其正向電位平均值分別為3.27 V、0.45 V和0.53 V,均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（軌道對(duì)地電位正向平均值應(yīng)小于5 V）[25],且?guī)靸?nèi)和庫(kù)外軌道對(duì)地電位均以負(fù)向波動(dòng)為主,正向波動(dòng)頻次和幅度有限,可近似忽略。這也驗(yàn)證了2.1章節(jié)中“消弧裝置反向?qū)▽?duì)段內(nèi)軌道對(duì)地電位正向波動(dòng)有顯著影響”的觀點(diǎn)。 

圖  13  兩種工況下軌道對(duì)地電位比較

Figure  13.  Comparison of rail-to-ground potentials of rail under two working conditions

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)此時(shí)庫(kù)前單導(dǎo)流經(jīng)電流情況,如表3所示,單導(dǎo)正向流經(jīng)電流極值小于1 A,負(fù)向無(wú)電流通過(guò),段內(nèi)雜散電流顯著減小。 

根據(jù)兩種工況下管道通電電位曲線,分別統(tǒng)計(jì)2 h內(nèi)1#至3#監(jiān)測(cè)點(diǎn)管道通電電位相對(duì)于夜間平穩(wěn)電位的偏移量（ΔE）,如圖14所示。由圖14可見(jiàn),在兩種工況下,不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)管道通電電位偏移量差異不明顯；相比于工況一下,工況二下管道通電電位波動(dòng)幅度略有增大,且負(fù)向偏移變化更為明顯。 

圖  14  兩種工況下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處管道電位偏移量比值

Figure  14.  Ratios of potential offset of pipeline at each monitoring point under two working conditions

進(jìn)一步解析此工況下管道通電電位與軌道對(duì)地電位的相關(guān)性,得到相關(guān)性系數(shù)矩陣如圖15所示。對(duì)比圖10可知,實(shí)現(xiàn)正線與車輛段雙向截?cái)嗪蠹丛诠r二下,管道通電電位與正線軌道對(duì)地電位相關(guān)度提高,而與段內(nèi)軌道對(duì)地電位的相關(guān)度減弱。這可能是由于工況二下管道通電電位波動(dòng)受正線的影響程度進(jìn)一步增大,原來(lái)被段內(nèi)軌道吸收和經(jīng)段內(nèi)軌道泄漏的雜散電流改由管道吸收和泄漏,從而導(dǎo)致雜散電流對(duì)管道的干擾程度增大。 

圖  15  軌道與管道電參數(shù)相關(guān)性系數(shù)矩陣（工況二）

Figure  15.  Correlation coefficient matrix of rail and pipeline electrical parameters (working condition of No.2)

綜合以上內(nèi)容可以推斷,當(dāng)無(wú)列車通過(guò)絕緣節(jié)時(shí),正線和車輛段的雙向截?cái)嗫捎行p小車輛段內(nèi)的雜散電流,但對(duì)于同時(shí)與車輛段和正線并行接近且受正線影響程度相對(duì)較高的埋地管道而言,干擾無(wú)明顯緩解,且可能導(dǎo)致管道通電電位波動(dòng)幅度增大,應(yīng)引起重視。 

近年來(lái),具備雙向截?cái)喙δ艿男滦蛦螌?dǎo)逐漸取代了傳統(tǒng)單導(dǎo),在我國(guó)各城市軌道交通線路中的應(yīng)用逐步普及[26-28]。其核心在于對(duì)傳統(tǒng)單導(dǎo)內(nèi)部二極管支路的優(yōu)化和改造,代表性的優(yōu)化方案[29-30]有兩種。一種方案是采用接觸器代替二極管,優(yōu)化后的單導(dǎo)系統(tǒng)主要由1路接觸器支路、1路電動(dòng)隔離開關(guān)支路、1路自動(dòng)消弧裝置支路和1套光電位置傳感器構(gòu)成,如圖16（a）所示。當(dāng)光電位置傳感器檢測(cè)到列車第一個(gè)輪對(duì)進(jìn)入時(shí),接觸器導(dǎo)通,絕緣節(jié)兩端軌道電連接；當(dāng)檢測(cè)到列車的最后一個(gè)輪對(duì)離開時(shí),接觸器斷開,正線與車輛段雙向截?cái)?。另一種方案是在原有絕緣節(jié)和單向?qū)ㄑb置的基礎(chǔ)上,在靠近車輛段方向增加一組絕緣節(jié)和一套定向回流裝置,如圖16（b）所示。定向回流裝置由2路二極管支路、1路電動(dòng)隔離開關(guān)和1路自動(dòng)消弧裝置構(gòu)成。2路二極管支路分別連接至絕緣節(jié)兩端,負(fù)極連接至車輛段內(nèi)變電所負(fù)極,實(shí)現(xiàn)段內(nèi)、正線牽引電流各自回流的目的。但采用這種方式時(shí),兩個(gè)絕緣節(jié)之間的軌道可能會(huì)遭受較為嚴(yán)重的雜散電流干擾。 

圖  16  優(yōu)化后的單導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意

Figure  16.  Schematic diagram of optimized one-way conduction device system: (a) plan A: (b) plan B

對(duì)于與本案例中類似情形的管道,加強(qiáng)正線軌道絕緣水平是唯一從源頭降低雜散電流的有效措施,但由于種種原因,正線軌道的絕緣水平往往都不理想,作者團(tuán)隊(duì)測(cè)得國(guó)內(nèi)某地鐵正線軌道的對(duì)地過(guò)渡電阻僅為0.50Ω·km,遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)要求值15Ω·km,這也是目前國(guó)內(nèi)地鐵普遍面臨的尷尬處境[31-33]。 

2.3   庫(kù)內(nèi)軌道接地方式的影響

工況三是在工況二的基礎(chǔ)上閉合庫(kù)內(nèi)OVPD,使庫(kù)內(nèi)軌道與段內(nèi)接地系統(tǒng)電連接。此時(shí),正線與車輛段在出入段處被雙向截?cái)?而庫(kù)內(nèi)軌道與大地直接電連接。對(duì)比分析工況三和工況一下庫(kù)前單導(dǎo)流經(jīng)電流和庫(kù)內(nèi)OVPD流經(jīng)電流,結(jié)果如表4所示。由表4可知,兩種工況下庫(kù)前單導(dǎo)流經(jīng)電流相近,極值大于300 A。工況三下OVPD流經(jīng)的電流與庫(kù)前單導(dǎo)流經(jīng)的電流接近且均為單方向,段內(nèi)依舊存在大量的雜散電流,由此可以推斷此工況下段內(nèi)雜散電流的路徑為：段內(nèi)接地系統(tǒng)→庫(kù)內(nèi)軌道→庫(kù)前單導(dǎo)→庫(kù)外軌道→出入段絕緣節(jié)→大地→正線。 

工況三下庫(kù)內(nèi)和庫(kù)外軌道對(duì)地電位分布如圖17所示,與圖13類似,此時(shí)庫(kù)內(nèi)和庫(kù)外軌道對(duì)地電位均為負(fù)向波動(dòng)且受庫(kù)內(nèi)接地的影響,電位幅值很小。對(duì)比分析兩種工況下管道通電電位波動(dòng)情況（2 h測(cè)量時(shí)間）可知,管道通電電位正向波動(dòng)幅度無(wú)明顯差異,但在工況三下負(fù)向波動(dòng)幅度明顯小于工況二下負(fù)向波動(dòng)幅度,如圖18所示。這可能是由于更多的電流被段內(nèi)接地吸收返回正線,管道吸收的雜散電流量有所減小,具體原因有待進(jìn)一步的研究。 

圖  17  庫(kù)內(nèi)和庫(kù)外軌道對(duì)地電位（工況三）

Figure  17.  Rail-to-ground potentials inside and outside parking garage (working condition of No.3)

圖  18  兩種工況下各監(jiān)測(cè)點(diǎn)處管道通電電位偏移量比值

Figure  18.  Ratio of on-potential offset of pipeline at each monitoring point under two working conditions

綜合以上內(nèi)容可知,當(dāng)庫(kù)內(nèi)軌道與接地系統(tǒng)直接連接或者庫(kù)內(nèi)OVPD長(zhǎng)時(shí)間閉鎖時(shí),即使采取了2.2章節(jié)介紹的優(yōu)化整改措施,車輛段仍面臨嚴(yán)重的雜散電流問(wèn)題,在日常運(yùn)營(yíng)管理中應(yīng)加以重視。 

3.   結(jié)論

（1）自動(dòng)消弧裝置反向?qū)▽?duì)段內(nèi)軌電位正向波動(dòng)和受車輛段雜散電流影響的臨近埋地管道電位負(fù)向偏移有顯著影響,通過(guò)優(yōu)化消弧裝置控制電路的觸發(fā)邏輯即無(wú)列車通過(guò)時(shí)絕緣節(jié)兩端電壓差大于60 V或列車通過(guò)時(shí)觸發(fā)閉合導(dǎo)通信號(hào),可有效控制正線雜散電流對(duì)車輛段的影響。 

（2）采用兩種代表性方案對(duì)傳統(tǒng)單導(dǎo)的二極管支路進(jìn)行優(yōu)化改造,實(shí)現(xiàn)無(wú)列車通過(guò)時(shí)正線和車輛段的雙向截?cái)嗫娠@著降低車輛段內(nèi)的雜散電流。 

（3）若段內(nèi)軌道與接地系統(tǒng)直接電連接或者庫(kù)內(nèi)OVPD長(zhǎng)時(shí)間閉鎖時(shí),即使實(shí)現(xiàn)了正線和車輛段的雙向截?cái)?車輛段仍面臨嚴(yán)重的雜散電流問(wèn)題。 

（4）自動(dòng)消弧裝置反向?qū)?、二極管支路和庫(kù)內(nèi)軌道接地方式是影響車輛段內(nèi)雜散電流分布的三個(gè)關(guān)鍵因素,綜合考慮三種因素才能實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛段雜散電流干擾的有效緩解。

文章來(lái)源——材料與測(cè)試網(wǎng)