肖偉強(qiáng)，蘇維杰，黃耀敏

0 前言

廣州地鐵運(yùn)營線路列車牽引采用直流1 500 V（APM 除外）供電系統(tǒng)，負(fù)極回路通過鋼軌回流到電源負(fù)極，由于運(yùn)行電流和短路電流的存在，可能會(huì)引起負(fù)回流回路和大地間產(chǎn)生超出安全許可的接觸電壓。在該情況下，需在回流回路與大地間裝配一套鋼軌電位限制裝置，其作用是將鋼軌與大地短接，避免出現(xiàn)超出安全許可的接觸電壓，保證人員和設(shè)施的安全。近幾年來，各線路鋼軌電位裝置由于電壓偏高頻繁動(dòng)作，本文就該異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析、研究，從而提出解決措施。

1 原理

廣州地鐵運(yùn)營線路鋼軌電位裝置為西門子生產(chǎn)SITRAS? SCD-T型鋼軌電位裝置，其原理接線如圖1所示。

圖1 鋼軌電位裝置接線示意圖

通過采樣電壓繼電器檢測(cè)鋼軌電位裝置負(fù)回流鋼軌與地之間的電壓，當(dāng)其電壓超過90 V時(shí)，鋼軌電位裝置延時(shí)合閘短接鋼軌和大地后瞬間分開；當(dāng)其電壓超過150 V時(shí)，永久合閘。

2 原因分析

對(duì)于直流1 500 V牽引供電系統(tǒng)，電源正極通過接觸網(wǎng)/鋼軌送到列車，負(fù)極通過鋼軌流回電源，牽引系統(tǒng)鋼軌采用絕緣安裝的方式，系統(tǒng)的理想電流通路如圖2所示。

圖2 供電系統(tǒng)電流通路示意圖

從圖2中可知，在正常情況下，系統(tǒng)的回流通路如下：直流正母線→接觸網(wǎng)→電力機(jī)車→回流軌→負(fù)母線，根據(jù)負(fù)回流運(yùn)行特點(diǎn)，鋼軌電位裝置電壓偏高的原因可能有：負(fù)回流回路電阻過大；負(fù)回流系統(tǒng)絕緣薄弱；列車牽引取流變化。

2.1 負(fù)回流電阻

直流牽引負(fù)回流回路由回流軌、回流電纜、均流電纜、鋼軌接頭接續(xù)電纜、道岔接續(xù)電纜等組成，為進(jìn)一步驗(yàn)證負(fù)回流軌電阻是否增大，在廣州地鐵八號(hào)線萬勝圍—琶洲區(qū)間進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試前打開上下行琶洲站前公里標(biāo)為 YDK0+217處的魚尾板，保證琶洲—萬勝圍上下行區(qū)間鋼軌與線路其它回流軌系統(tǒng)分離，在萬勝圍—琶洲上行琶洲站前公里標(biāo)YDK0+217處對(duì)直流1 500 V接觸線與牽引軌之間施加直流60 V電壓；在萬勝圍站上行末端公里標(biāo)EYDK1+770處利用接地線（70 mm2）對(duì)直流接觸線和負(fù)回流軌通過分流器（1 000 A/75 mv）短路，如圖3短路測(cè)試圖所示。

圖3 短路測(cè)試圖

計(jì)算得回路總阻抗R回=U/I=71.12 m?，接觸網(wǎng)電阻（1 987 m）按理論值估算（1 m接觸線與1 m匯流排并接實(shí)測(cè)電阻為14.83 μ?）：R接觸線=1 987×14.83=29 467 μ?=29.47 m?；接觸網(wǎng)匯流排接頭（165個(gè)）電阻估算：R接頭=1 m?，2根臨時(shí)短接線（70 mm2）計(jì)算電阻值：R短路試驗(yàn)線=0.017 5×12÷70=0.003 ?=3 m?，R分流器=75 mV/1 000 A=75 μ?，從測(cè)試圖中可以看出：R回流軌=71.12-29.47-3-1-0.075=37.575 m?，可計(jì)算出負(fù)回路單位鋼軌電阻：R單位長度=37.65÷1 987=18.9 μ?

由于回流軌上下行回流之間通過均流電纜連接，上行或下行的2條軌之間都通過信號(hào)電纜等電位連接，故上述計(jì)算得出的18.9 μ?是4條鋼軌并聯(lián)后總電阻，從而實(shí)測(cè)值單條鋼軌單位長度電阻為4×R單位長度=75.6 μ?，按照設(shè)計(jì)文件單位長度鋼軌電阻R=13.7μ?，可以看出實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，相比可以看出，負(fù)回流軌電阻增大比較明顯，得出負(fù)回路電阻整體有較理論值增大趨勢(shì)。

2.2 負(fù)回流系統(tǒng)絕緣

負(fù)回流軌本身絕緣薄弱。為防止跨步電壓，屏蔽門與鋼軌負(fù)回流等電位連接，屏蔽門對(duì)地絕緣相當(dāng)薄弱，綜合上述，負(fù)回流對(duì)地絕緣不理想，相當(dāng)于有強(qiáng)制性的參考接地點(diǎn)存在，這樣會(huì)抬高絕緣良好點(diǎn)的鋼軌電位電壓，從而引起鋼軌電位裝置電壓升高或動(dòng)作。

2.3 列車牽引取流

列車不同方式下取流運(yùn)行造成鋼軌電位變化：在列車啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，鋼軌電位沿正方向變化。利用示波器進(jìn)行錄波，當(dāng)列車啟動(dòng)負(fù)荷電流增大時(shí)，鋼軌電位正向增大；相反地，在列車制動(dòng)時(shí)，列車相當(dāng)于一個(gè)直流電源，向DC 1 500 V系統(tǒng)進(jìn)行反向供電，導(dǎo)致鋼軌電位向負(fù)方向變化。通過對(duì)牽引電流和鋼軌電位裝置電壓測(cè)試錄波，得出鋼軌電位裝置電壓隨著負(fù)荷電流呈現(xiàn)上述規(guī)律性變化。

綜合上述測(cè)試分析、探討，不難看出鋼軌電位裝置電壓偏高主要原因?yàn)樨?fù)回流回路電阻過大，當(dāng)負(fù)荷電流流經(jīng)該通路時(shí)，回路本身電壓降增大，當(dāng)回路中存在絕緣薄弱點(diǎn)時(shí)，作為強(qiáng)制零參考點(diǎn)，造成絕緣良好點(diǎn)的鋼軌電位電壓升高。

3 整改措施

（1）在鋼軌接頭處，增加2×150 mm2接續(xù)電纜、加大通流截面積。

（2）在道岔尖軌區(qū)段、岔心區(qū)段，采取 2×150 mm2跳線電纜另行直接跨越其前后2部分。

（3）在長大線路區(qū)段或單連供電區(qū)段，另行敷設(shè)回流電纜與鋼軌并聯(lián)，減少負(fù)回流回路電阻。

（4）在每個(gè)車站兩端的上下行線路間，除鋼軌電位裝置連接電纜、道岔接續(xù)電纜外，須設(shè)置獨(dú)立的、上下行間直接相連的（不經(jīng)過變電所鋼軌電位、負(fù)極母排等設(shè)備）均流電纜。

4 結(jié)束語

鋼軌電位裝置電壓偏高也屬于軌道交通直流牽引的一個(gè)技術(shù)難題，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，但就目前廣州地鐵運(yùn)行情況分析得出，主要是因?yàn)樨?fù)回流電阻增大（相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)）而造成的，其他因素僅為誘因。

[1]西門子SITRAS? SCD MFZ 80，直流牽引系統(tǒng)的鋼鋼軌電位限制裝置原理說明書，2007.

[2]董文敏，何文繼.城市軌道交通鋼軌電阻測(cè)量及電耗研究[J].城市軌道交通研究，2002，（2）.