陳 敏，陳懷鑫

0 引言

2019 年7 月，GB/T 28026.2-2018《軌道交通 地面裝置 電氣安全、接地和回流 第2 部分：直流牽引供電系統(tǒng)雜散電流的防護措施》發(fā)布實施。該標準采用重新起草法修改采用 IEC 62128-2:2013《Railway applications-Fixed installations-Electrical safety, earthing and the return circuit-Part2:Provisions against the effects of stray currents caused by d.c.traction systems》，給出了對直流牽引系統(tǒng)雜散電流防護的要求，主要涉及牽引供電系統(tǒng)、軌道、金屬結構、車庫和車間、電纜、管線等系統(tǒng)。該標準的附錄B 中，提供了關于鋼軌絕緣特性的測量方法，能夠有效指導工程進行軌條電阻、鋼軌泄漏電阻的測量，具有重要意義。筆者作為IEC 62128-2轉中國國家標準的主要完成人，同時承擔了以色列特拉維夫紅線地鐵項目雜散電流防護設計工作，在以色列特拉維夫紅線地鐵項目中，雜散電流防護方案即按IEC 62128-2:2013 實施。

1 紅線工程概況

紅線是特拉維夫第一條地鐵線路，全長25 km，由10 座地下車站、24 座地面車站和1 座車輛段組成。線路兩端為地面段（合計14 km），中間為地下段（11 km）。列車由我國生產(chǎn)提供，最高運行速度80 km/h，1 列車由10 節(jié)車廂組成，最大牽引功率為1 760 kW。遠期高峰小時地面段追蹤間隔為6 min，地下段為3 min；系統(tǒng)能力下，高峰小時地面段追蹤間隔為3 min，地下段為1.5 min。

在SGK 公司的文件中，采用IEC 62128-2:2013附錄中A.4 Local conductance per length for track sections without civil structure（GB/T 28026.2-2018中針對沒有結構鋼筋的線路區(qū)段，采用局部單位電導測量）中的公式計算受雜散電流影響的金屬結構或管線的電位，為我們提供了新的思路。

注：與IEC 62128-2:2013 相比，GB/T 28026.2-2018 在結構上做了調(diào)整，附錄按在條文中提及的先后次序編排，附錄A 調(diào)整為附錄B，附錄B 調(diào)整為附錄C，附錄C 調(diào)整為附錄A。為方便國內(nèi)使用，下文均按GB/T 28026.2-2018 的結構引用。

2 沒有結構鋼筋的線路區(qū)段局部單位電導測量方案

GB/T 28026.2-2018 附錄B.3 和B.4 均是針對沒有結構鋼筋的線路區(qū)段的鋼軌局部單位電導測量方案。其區(qū)別在于，B.3 的測試方案一般適用于被測線路鋼軌的長度不超過2 km，適用于線路建設階段，鋼軌敷設后尚未焊接成長鋼軌前，可采用該方案檢測其絕緣性能是否滿足要求，以便在后續(xù)工程中改進；B.4 適用于被測段鋼軌長度超過2 km的線路，一般是在線路建成后尋找絕緣薄弱點時采用該方案。測量方案如圖1 所示。

圖1 局部單位電導率測量方案

鋼軌電位URE可通過走行軌和埋設在地中的參考電極E2 之間的電壓表測得，軌條附近某點電位變化U1-2可通過另一個電極E1 和遠方電極E2 之間的電壓表測得，優(yōu)先選擇銅/硫酸銅電極。

上述2 個電位通過數(shù)據(jù)記錄器記錄，繪制出軌條附近某點電位變化U1-2與鋼軌電位URE函數(shù)關系的曲線，該函數(shù)線性回歸的斜率為雜散電流傳輸比msy。另外，還需測量電極E1 附近的土壤電阻率。

對一行線路，局部單位電導的計算式為

雙線線路電導采用下述計算方法：

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在SGK 的報告中，根據(jù)已知受影響金屬結構或管線距軌道的距離、鋼軌泄漏電阻、鋼軌電位、土壤電阻率、軌間距、線間距和b 值（其中IEC 62128 推薦b 值在城市地區(qū)按30 m計算，IEC 62128的前身為EN 50122，目前EN 50122 正在修編，新版本中擬將30 m 調(diào)整為100 m），計算出受影響金屬結構或管線的電位值。

實際應用中，也可根據(jù)需要，通過已知的鋼軌泄漏電阻、受影響金屬結構或管線的安全電位限值、鋼軌電位、土壤電阻率、軌間距、線間距和b值反算出受影響金屬結構或管線范圍，即a 值。因此，實際上式（1）或式（2）可反映出由雜散電流引起的鋼軌周圍電場分布情況。

在線路建設階段不能實際測量的情況下，計算中如何確定雜散電流傳輸比msy是需解決的問題。

3 雜散電流傳輸比msy的推導

結合計算模型（圖2），分析雜散電流傳輸比msy的推導過程：

（1）鋼軌R2 泄漏的雜散電流流經(jīng)半徑為r的表面積：

圖2 一行線路計算模型

（2）鋼軌R2 泄漏的雜散電流在距離r 處的電流密度：

（3）鋼軌R2 泄漏雜散電流在距離r 處的電位：

（4）鋼軌R2 泄漏雜散電流在E1 與E2 間產(chǎn)生的電位差：

（5）再引入鋼軌R1，同理，鋼軌R1 泄漏雜散電流在E1 與E2 間產(chǎn)生的電位差：

（6）鋼軌R1 和鋼軌R2 泄漏雜散電流在E1與E2 間產(chǎn)生的電位差：

圖3 泄漏電阻示意

（8）結合式（8）、式（9）推導可得

對照式（1）可得

如果將上行和下行鋼軌均各等效為一根導體，根據(jù)上文疊加方法，同樣可以得出式（2）。

因此，通過推導可知，雜散電流傳輸比msy即為受影響金屬結構或管線電位與計算得出的鋼軌電位值之比。

4 計算示例

4.1 鋼軌泄漏電阻對管線的影響

在其他計算條件相同的情況下，鋼軌泄漏電阻按國內(nèi)的設計值15 Ω·km 和以色列紅線設計值100 Ω·km，分別計算距鋼軌外側10 m 處金屬結構或管線的電位，如表1 所示。從表中可見，提高鋼軌泄漏電阻可顯著降低受影響金屬結構或管線的電位，是降低雜散電流影響的有效措施。

表1 不同鋼軌泄漏電阻下金屬結構或管線電位

若該結構為鋼筋混凝土結構，根據(jù)EN 50162表1 中的規(guī)定，其極化安全電位不能高于0.2 V。按表1 中的計算條件，鋼軌泄漏電阻為15 Ω·km時，鋼筋的極化電位為0.41 V，超出了標準限值，需采取其他措施進行防護；若采取增大距離的方案，通過計算可得出鋼筋混凝土結構距地鐵的距離不應小于18 m，方可滿足極化電位低于0.2 V 的要求。

4.2 增加b 值對計算結果的影響

修編的EN 50122.2 中，擬將b 值由30 m 增加至100 m，相當于地電位點變遠了，由此導致a 點處的電位值由0.41 V 提高至0.89 V，這將對雜散電流防護提出更高的要求。

5 結語

本文基于以色列特拉維夫紅線地鐵雜散電流設計工作，并通過與外方同行溝通探討，對IEC 62128-2 的使用及適用情況進行了深入解讀，以期對國內(nèi)雜散電流防護設計方法有所拓展和提高。