地铁车场杂散电流偏大的原因及应对措施探讨

吴 畏刘 炜

（1.成都地铁运营有限公司，610081，成都；2.西南交通大学电气工程学院，610031，成都∥第一作者，高级工程师）

1 现状

关于杂散电流的问题，目前国内外的研究主要集中在理论与计算方面［1-3］，而对于杂散电流的量化测量、具体控制措施等的研究较少。文献［4］对国内外有关过渡电阻测量的方法进行了对比，同时提出了一种基于自动排流柜的在线过渡电阻测试方法；文献［5］采用仿真计算分析了杂散电流分布及钢轨腐蚀的定量影响；文献［6-7］对车辆段的杂散电流进行了测量并采取了防护措施。本文主要结合成都地铁车场杂散电流的实际情况，探讨城市轨道交通车场产生较大杂散电流的原因及防治的方法。

目前成都地铁已开通了1、2、4号线，共有车辆段/停车场5个，每个场段内均发生过挂地线时打火或者地线发热甚至烧伤的情况。经大量分析和测试，得出了杂散电流的量级数据：1号线红星路停车场内杂散电流总量有600 A以上；1号线红花堰车辆段杂散电流总量达到300 A；2号线洪柳车辆段杂散电流总量达到200 A；2号线红光停车场杂散电流总量达到120 A；4号线文家车辆段杂散电流总量达到500 A。

2 车场异常打火发热现象的研究

2.1 红星路停车场电客车严重打火

成都地铁1号线南延线贯通运行后，在南延线发生了多次钢轨电位限制装置（OVPD）大面积超限及红星路停车场电客车烧损设备事件（如图1所示）。调查后，排除了OVPD故障、回流电缆焊接不良、单导装置故障等可能因素；经测试确定导致地线打火的电流为来自正线的杂散电流。由于L02-L04道钢轨直接接地点为结构钢筋，推测杂散电流应为从正线钢轨泄漏至大地，然后流经车场结构钢筋，最后从直接接地端流入L02-L04道钢轨，再经单向导通装置返回正线（如图2所示）。当电客车回库时停在绝缘节处，电客车Tc车短接钢轨，使单向导通装置失效，杂散电流改为经电客车Tc车回路，而由于1号线电客车Tc车并无可靠的实际接地回路，导致电客车上薄弱环节烧损。

针对该问题制定了南延线天府三街、五街钢轨电位限制装置投入和电客车在红星路库前绝缘节前停车的临时控制措施，并且进行了加强南延线岔区轨回流、修改L02-L04道接地方式的措施。这些措施对于正线钢轨电位越限起到了一定的控制作用，但是将L02-L04道钢轨接地改为单独接地极后，从整改情况来看，虽然消除了杂散电流从原接地点流回钢轨引起电客车打火的问题，然而随即出现了新的问题：一是停车场钢轨电位大面积抬升，钢轨电位限制装置I段频繁动作；二是造成了杂散电流路径变化，从与结构柱相连的隔离开关底座流出，经接地刀闸和接地线流回钢轨，在挂地线时瞬间拉弧，烧伤接地线和接触线（如图3所示）；三是杂散电流路径变化后，其他未直接接地股道也发生了电客车过绝缘节打火烧损电客车设备的情况。目前针对该问题的解决方案尚在测试、研究中。

图1 电客车库前停车时设备烧损

图2 电客车库前停车时的杂散电流路径

2.2 文家车辆段接地线端子烧损

2016年，4号线开通后不久，车辆专业人员在对接触网送电时发现，检修库L11股道接地线端子处有烧损现象（如图4所示）。经测试，发现文家车辆段内杂散电流和轨回流均达到500 A级别，已接近红星路停车场的量级。

图4 烧伤的接地线端子

2.3 类似现象的本质探索

1号线南延线和4号线一期两条新线，刚开通就产生了如此大的杂散电流，不得不引起运营、建设人员对杂散电流防护的重视。同时在现场测试中还发现单向导通装置由于消弧装置频繁启动，存在较多的反向导通情况，向车场内注入了大量的轨回流，造成与杂散电流类似的严重后果。对于如何控制车场杂散电流及反向的轨回流，也值得厂家、设计以及建设运营人员进行更加深入的研究。

3 杂散电流控制的研究过程与策略

3.1 车场杂散电流的来源

正线钢轨电位限制装置合闸，曾经被怀疑是杂散电流较大的原因，由此在1号线南延线天府三街、五街进行了钢轨电位限制装置投退对于杂散电流大小影响的测试，结果表明这两个钢轨电位限制装置对于车场杂散电流大小影响不大。在分析1号线南延线杂散电流时，也曾经怀疑过因正线钢轨浸水导致正常钢轨回流泄漏而引起杂散，但经过排查发现区间并无积水，排除了浸水的影响。分析表明杂散电流实际上只能是通过钢轨泄漏进入排流网和大地。

3.2 车场杂散电流“堵”的试验

按照供电系统杂散电流腐蚀防护设计“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则，首先的思路是能否堵，即切断杂散电流通过排流网泄漏的路径。因此，在广都到红星路区间进行了200 m左右断开主、辅收集网连接端子的试验。结果表明，红星路停车场的杂散电流并无明显减小，这也说明杂散电流无法被彻底阻断，大地、区间电缆支架和架空地线等都可能是其回路，仅靠堵无法切断杂散电流。

3.3 车场轨回流反向注入的控制

在进行杂散电流监测的过程中，发现测试的“杂散电流”具有一定“低频交流”规律，即电流的大小、方向存在类似于交流电流交变的情况。进一步分析发现，由于单向导通装置中设置了消弧回路，用于防止两端钢轨电位差过大而引起电客车轮对通过时打火，其启动条件为10～100 V，实际测试时发现单向导通装置两端钢轨电位差达到了20 V以上，可使单向单通装置消弧回路启动，形成了实际上的反向导通，这时监测到的“杂散电流”实际上是轨回流。对于这种轨回流反向引入车场的问题，可以有两个研究方向：一是控制消弧回路的启动电压，但具体线路不同时其设置值也可能不同；二是增加判断列车通过的条件，仅当列车通过时才导通消弧回路。

3.4 车场杂散电流量级控制

在现阶段准备进行的研究测试中，包括对钢轨纵向电阻、钢轨对地过渡电阻的实际测试。根据测试结果，将引出能否控制杂散电流大小，采用何种措施控制的问题；同时文献［4］的研究表明：排流柜投入时，虽然增大了钢轨漏泄的电流量，但由于排流网能够很好地收集杂散电流，排流网向外界泄漏电流没有明显增加。因此可以研究投入排流柜后，能否将杂散电流控制在正线区域内从而防止其进入车场的问题，这些将是下一步的研究课题。

4 现阶段的应对措施及建议

较大的杂散电流泄漏入车场引起的危害已不单单是挂地线发热打火、烧损设备，而是在整个车场检修库内形成了危险源，例如在红星路停车场的测试表明，电客车检修护栏和平台栏杆由于安装在车辆段地面和结构柱上，事实上已经成为杂散电流泄漏的通路，在上面挂接地线时出现了打火花现象，同时也监测到了较大的电流通过，这对于车辆检修人员存在安全隐患。另外特别要指出的是，车辆段内没有杂散电流监测装置，对结构钢筋形成的腐蚀隐患无法评估。对于目前发现的具体问题，有以下一些针对性的措施及建议研究方向。

（1）解决电客车跨绝缘节停车的打火问题，应要求电客车的拖车务必接入可靠的接地回路以加强其电流承受能力，对于已有未在拖车回路安装可靠接地回路的电客车，应改变停车方式，在绝缘节前停车。

（2）解决车辆检修挂地线打火的问题，可以研究改变手动隔离开关的安装形式［5］，切断杂散电流通路，并且需同时研究与大地、结构柱连接的金属构件绝缘问题；另外可以采用自动接挂地线装置等新设备，将杂散电流改为由设备的刀闸承受，以减少人身安全隐患，同时提高检修作业效率。

（3）要解决好杂散电流防治等对运营影响较深远的问题，除了做一些针对性的防范措施外，仍需继续深入研究其本质及解决方案。建议科研单位研究防止单向导通装置反向导通将轨回流大量、频繁引入车辆段的措施；建议建设和运营单位应推动钢轨绝缘性能提升等专题科研项目、推进自动接地装置等相关的新产品和新技术应用，联合科研单位开展必要的建设期钢轨电阻测试、运营期杂散综合测试分析等工作；建议设计单位综合考虑车场增加杂散电流防护和监测的设施，研究车场布置专用杂散电流收集网以保护结构钢筋的可行性和方案，并且在具体杂散电流防护措施的落实上提出加强轨道绝缘、隔离开关绝缘安装、钢轨及金属结构与结构绝缘的方案[6]，具体设计时应综合考虑供电、接触网、土建、轨道、车辆段工艺等专业。

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