地铁停车场和车辆段杂散电流实测与分析

廖钧刘炜许伶俐王沛沛郑杰吴畏

地铁停车场和车辆段杂散电流实测与分析

廖钧1刘炜1许伶俐1王沛沛1郑杰2吴畏2

（1.西南交通大学电气工程学院，610031，成都；2.成都地铁运营有限公司，610031,成都//第一作者，硕士研究生）

正线钢轨泄漏的杂散电流所造成的车辆段和停车场内设备烧损和挂地线打火等问题在城市轨道交通中日益凸显。为此，以某地铁停车场和车辆段线路的实测数据为依据，评估杂散电流的严重程度，分析杂散电流的流通路径，并针对该地铁线路杂散电流现状提出相应的改进措施。

地铁；停车场；车辆段；杂散电流

First-author's addressSchool of Electrical Engineering，Southwest Jiaotong University，610031，Chengdu，China

城市轨道交通供电系统中，列车通过受电弓（或受电靴）从接触网（或接触轨)取流，经钢轨回流至牵引变电所负极的电流被称为牵引回流，不按钢轨路径流通的电流被定义为杂散电流，直流牵引供电系统与大地间有电流流入或流出的区域被定义为杂散电流区［1-2］。

随着我国地铁大规模的投运，地铁供电系统中诸如杂散电流等问题逐渐涌现。在杂散电流流经区域，埋设的金属管道和混凝土主体结构中的钢筋易遭到腐蚀［3］；在停车场和车辆段内，较大的杂散电流经接地极流入库内，库内的设备易出现外壳打火、挂地线打火等问题，甚至危害人身安全［4］。因此，很多学者对杂散电流的分布规律进行了理论研究［5-7］，但这些理论研究只停留在定性的分析上，尚无明确的数据支撑，杂散电流量化程度尚不清楚。

1 杂散电流引发故障案例

2015年，某地铁列车在停车场股道停车时，发生列车车体上防脱钢绳熔断案例。当时，列车停放于入库信号机位置时，转向架二位侧高度阀杆防脱钢绳周期性出现冒烟、发热烧红现象。面对此种状况，工作人员对列车进行降弓、断开蓄电池主电路大空开关等操作，但防脱钢绳仍周期性发热烧红，直至熔断。防脱钢绳脱落现场照片如图1所示。

图1 防脱钢绳熔断案例现场

故障发生后，工作人员对车辆设备及线路进行了检查，未发现设备或线路有短路现象，排除了车辆设备短路的可能。检查轨道回流路径，发现车轮踏面与钢轨之间存在烧灼痕迹，且钢轨绝缘节在列车的两个转向架之间（如图2所示）。

经初步分析，造成本次事故的原因可能是部分牵引电流经与单向导通装置（单导）并联的车体进行回流，造成车体薄弱环节烧毁。然而，事故发生时，停车场内没有列车起动，通过车体的回流可能是正线钢轨泄漏到大地的杂散电流，但是否存在如此大的杂散电流导致列车车体薄弱环节损坏，仍需要通过实测来验证。

图2 防脱钢绳熔断案例列车停车位置

2 停车场杂散电流测试

地铁轨道正线钢轨采用对地绝缘安装，既有利于结构主体钢筋腐蚀防护，又有利于防止钢轨对地电压异常而使车站内乘客上下车时产生电击伤害，而车辆段和停车场列检库内钢轨设置接地设施，可避免车辆段、停车场内钢轨因对地电位较高产生放电而对维护人员产生心理影响［8］。

2.1 测试方案

地铁车辆段和停车场等特殊地段的轨道上需要设置绝缘节，其目的是为了尽量减少杂散电流并缩小杂散电流的影响范围。而在采用绝缘节的钢轨部位，必须设置单导，以保证有列车运行时回流电流能够正常流动。

测试停车场列检库内股道L1、L2、L3、L4采用与地网相连接的综合接地方式。本次测试在停车场内无列车起动的前提下进行，接地点电流和单导进线电流由外置霍尔电流传感器测得。传感器将电流转换为±10 V的电压信号，通过屏蔽电缆传输至轨道电能监测设备。监测设备完成数据采集工作，测试软件对数据进行处理、记录、显示和存储。具体的监测系统如图3所示。

对接地点电流测试时，传感器安装于列检库内钢轨与地网相连的电缆上；对单导进线电流测试时，传感器安装于钢轨与单导相连的进线电缆上。信号监测装置如图4所示。

图3 停车场杂散电流监测系统示意图

图4 停车场杂散电流信号监测装置

测试信号布置如图5所示，其中A、B、C、D为大地流向钢轨的电流监测点；E为单导的进线电流监测点。I1、I2、I3、I4分别代表L1、L2、L3、L4股道的电流；I5为单导进线电流。

图5 停车场杂散电流信号测试点

根据基尔霍夫电流定律（KCL）可以求得通过车体的回流I6为：

2.2 测试结果分析

停车场内股道L1、L2、L3、L4从接地点流向钢轨的电流曲线如图6所示。在测试过程中，检测到的股道L1、L2、L3、L4电流趋势相同，绝大部分电流流向钢轨，此部分电流为杂散电流；极少数电流由钢轨流向大地，此部分电流为牵引回流。

图6 测试点接地点（A、B、C、D）股道电流

单导进线电流曲线如图7所示。绝大部分电流是由接地点流向股道L1、L2、L3、L4并汇合至单导进线处的杂散电流，继而通过单导返回正线。

图7 单导进线处（E）电流曲线

股道L1、L2、L3、L4电流和单导进线电流的统计数据见表1。

由表1可知，L3股道杂散电流最大，高达286.2 A，这就是列车防脱钢绳在L3股道经常熔断的原因。停车场内总的杂散电流比较严重，由地流向钢轨的杂散电流高达610.2 A，原因是正线靠停车场邻近车站的钢轨电位过高，钢轨电位限制器长期投入所至。

表1 停车场内杂散电流数据A

3 车辆段杂散电流测试

测试地铁线路一端为停车场、另一端为车辆段。为了掌握车辆段内杂散电流的分布情况，需进行车辆段内的杂散电流测试。

3.1 测试方案

在车辆段内，杂散电流的测试方案和传感器的安装点与停车场的情况几乎相同，不同之处在于车辆段内的接地情况比停车场复杂（如图8所示）。L1和L3股道采用直接与大地相连的独立接地方式，L2股道采用与地网相连的综合接地方式。图8中A、E和F为接地点的电流监测点；B、C和D为接地点处股道间的电流监测点；G、H、I和J为单导处股道间的电流监测点；K为单导进线的电流监测点。

图8 车辆段杂散电流信号测试点

3.2 测试结果分析

车辆段内接地点的杂散电流曲线如图9所示。检测到的接地点1和接地点3电流较小，接地点2电流较大。其中接地点2和接地点3电流是由大地流向钢轨的杂散电流。

车辆段内接地点处，股道间的电流结果如图10所示。钢轨间的电流方向绝大部分为L4-L3-L2-L1。

单导进线电流曲线如图11所示。单导进线电流是由接地点1、接地点2和接地点3电流流向L1、L2、L3、L4、L5股道汇合至单导进线处的杂散电流，通过单相导通装置返回正线。

车辆段内接地点的电流和单导进线电流统计数据见表2，钢轨间电流统计数据见表3。

图10 股道间（B、C、D）电流

表2 车辆段接地点和单导进线电流A

表3 车辆段股道间电流A

与停车场内杂散电流相比，车辆段内杂散电流较小。接地点1和接地点3电流相比接地点2电流较小，原因可能是接地点1和接地点3采用独立接地方式，而接地点2采用综合接地方式。为了得到验证，工作人员将停车场内的综合接地方式改为独立接地方式，经过测试，电流有很明显减少。

图11 单导进线处（K点）电流

4 杂散电流路径分析

当正线钢轨存在泄漏点或钢轨电位限制器投入时，杂散电流收集网、架空地线、大地、电缆铠装层和电缆支架等都有可能是杂散电流通往停车场和车辆段的路径（如图12所示）。杂散电流具体的流通路径为：正线泄漏点（钢轨电位限制器投入）—（牵引所、降压所）地网—杂散电流收集网、电缆铠装层和电缆支架、大地—（牵引所、降压所）地网—杂散电流收集网、架空地线、大地、电缆铠装层和电缆支架—（停车场、车辆段）接地极、临时挂接的地线—库内钢轨—单导—正线牵引所负母线。

停车场和车辆段内的接地极为正线钢轨泄漏的电流提供了良好的流通路径。当正线钢轨泄漏电流严重时，杂散电流通过停车场和车辆段库内设备外壳或者列车车体，可造成设备打火甚至损坏；当工作人员在库内作业时，临时挂接的地线也为正线泄漏的电流提供了通路，出现挂地线打火现象。

5 结论与展望

（1）根据对停车场和车辆段内杂散电流的实测分析，证实停车场和车辆段内的杂散电流比较严重，其中停车场内的杂散电流总量高达610.2 A，车辆段内的杂散电流总量高达302.4 A。由此可见，杂散电流不仅仅是金属管道腐蚀这样“慢性”的危害，杂散电流由正线泄漏经过数公里从停车场、车辆段返回正线，造成停车场和车辆段内设备损坏、挂地线打火等问题。

图12 杂散电流流通路径示意图

（2）停车场和车辆段内的杂散电流测试结果分析表明，采用独立接地方式收集到的杂散电流比采用综合接地方式收集到的杂散电流较小。从治理杂散电流的角度，建议停车场、车辆段内钢轨应该采用独立接地方式，以“堵塞”杂散电流通路。但如果挂接地线依然存在打火等现象，此时架空地线经三工位隔离开关的地刀与列检库内的接触网连接，杂散电流通过接地线和钢轨形成回路，有可能造成挂地线打火问题。

（3）钢轨电位限制器的投入会增大杂散电流。钢轨电位限制器的投入本着为减小钢轨电位考虑，但另一方面也导致了杂散电流的增大，因此，钢轨电位限制器的投入应将抑制钢轨电位和减少杂散电流综合考虑。

（4）杂散电流一直是目前研究的难点，本文仅对停车场和车辆段内的杂散电流严重程度进行了评估以及对杂散电流流通路径进行了分析。以下几个方面需要进一步研究：应加强钢轨对地过渡电阻的测试理论和方法的研究；加强杂散电流在正线和车辆段、停车场内的治理措施研究。

［1］国家质量监督检验检疫总局.轨道交通地面装置第2部分：直流牵引系统杂散电流防护措施：GB/T 28026.2-2011［S］.北京：中国标准出版社，2012.

［2］北京市地下铁道科学技术研究所.地铁杂散电流腐蚀防护技术规程：CTJ 49-925［S］.北京：中华人民共和国建设部，1993.

［3］王凯，陈梦成，谢力，等.杂散电流环境下钢筋混泥土梁弯曲疲劳损伤演变规律研究［J］.铁道学报，2012，24（11）：88-93.

［4］李锋，路春莲.地铁车辆检修库接触网隔离开关的选型［J］.城市轨道交通研究，2015，18（3）：125-127.

［5］王禹桥.地铁杂散电流分布规律及腐蚀智能监测方法研［D］.徐州：中国矿业大学，2012.

［6］刘燕，王京梅，赵丽，等.地铁杂散电流分布的数学模型［J］.工程数学学报，2009，26（4）：572-576.

［7］韩旭红.城市地铁杂散电流及抑制措施深入研究［D］.成都：西南交通大学，2014-05-01.

［8］中华人民共和国住房和城乡建设部.地铁设计规范：GB 50157-2013［S］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

Actual Test and Analysis of Stray Current in Metro Parking Lot and Depot

LIAO Jun，LIU Wei，XU Lingli，WANG Peipei，ZHENG Jie，WU Wei

Due to the track stray current，problems like metro depot and parking lot equipment burning loss and sparking for aerial earth wire have become increasingly serious.Based on the measured data of a practical subway parking lot and depot，the severity of stray current is assessed，the flow path of stray current is analyzed，corresponding improvement measures are proposed regarding the stray current situation on that subway line.

metro；parking lot；depot；stray current

U223.6+2

10.16037/j.1007-869x.2017.08.014

2015-10-22）