广州地铁三北线轨电位异常升高分析

江年伟

（广州地铁集团有限公司运营事业总部，广东广州510000）

0 引言

在地铁直流牵引系统中，钢轨与列车及电缆组成一个回流系统。当有列车通过时，由于钢轨自身存在阻抗，会产生一个对地的电位差，称之为钢轨电位。若钢轨电位过高，会危及人身安全及设备的正常运行。

1 对地铁轨电位的研究

1.1 钢轨电位限制装置原理

钢轨电位限制装置（OVPD）采用闭环控制，控制原理如下：通过监测钢轨电位的大小，来判断是否需通过合闸将钢轨和大地短接，以降低钢轨电位，保证人身安全。

1.2 钢轨电位限制装置保护设置

（1）钢轨电位小于设定值时，OVPD的直流接触器的触头是断开的。（2）钢轨电位大于设定值时，电压检测系统控制短路装置与大地有效短接。1）当检测电压U≥90 V时，延时短接；2）当检测电压U≥150 V时，瞬时短接；3）当检测电压U≥600 V时，OVPD闭锁。

1.3 轨电位相关试验

对轨电位做了专项测试，数据如表1所示。当天09：50—17：00，高增、机场南轨电位动作次数累计24次，电压最大值达到426 V。17：00左右，高增、机场南因轨电位过高引起负极柜框架报警。高峰期牵引负荷增大，导致流经钢轨的电流增加，从而引起钢轨电位升高。

2 杂散电流

2.1 杂散电流的定义

杂散电流也称迷流，是在城市轨道交通支流牵引供电回流中产生的。如果有电流偏离了指定的回路方向而在非指定回路方向的导体内流动，这部分电流称作杂散电流。

2.2 杂散电流的危害

地铁杂散电流如果不能很好地回收，将会对地铁站附近埋设的金属设施产生严重的电化学腐蚀作用，如果不及时治理将危及地铁站附近建筑设施的安全，造成比较大的经济损失。

2.3 影响杂散电流的因素

杂散电流只能以一般的杂散电流分布模型进行推导，通过极端简化的假定来估算，以此理论指导杂散电流腐蚀问题的处理。在不同的限定条件下，推导出不同的解析公式，都得出钢轨纵向电阻和钢轨对地电阻是影响杂散电流分布的最重要的因素。

此外，通过表2仿真试验数据可知，牵引网网压大小、牵引变电站间距、负荷大小等等，都会对杂散电流的大小及分布产生影响。

2.4 杂散电流实验

经试验测得的各站轨电位和杂散电流波形如图1所示，由图可知，轨电位电压超过100 V时，伴随有较大迷流。

3 结论

通过理论分析及试验可以得知，轨电位异常升高的原因主要有以下几种：（1）牵引变电所间距设计不合理；（2）同一区间牵引负荷过大；（3）OVPD短路故障；（4）回流系统安装工艺存在问题，导致回流不畅，引起钢轨电位升高。

表2 变电所间距设计模拟仿真数据

图1 轨电位电压和迷流波形

解决“钢轨电位过高、轨电位限制装置频繁动作”的问题，可将站内的OVPD手动合闸，以降低本区间钢轨电位。若将OVPD永久接地，虽降低了本区间的钢轨电位，却增大了其他区间的钢轨电位，增加了被抬升电位区段的安全隐患。当多个变电所OVPD永久接地后，杂散电流就会形成多个环路，造成地铁附近的金属结构腐蚀。故将OVPD手动合闸不是解决钢轨电位过高问题的长久之计。从钢轨回流系统的施工工艺、设备质量、产生原因进行整治，才能解决钢轨电位过高、迷流过大的问题，排除其对供电设备及人身产生的安全隐患。

[1]王猛.直流牵引供电系统钢轨电位与杂散电流分析[J].城市轨道交通研究，2005，8（3）：24-26.

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[3]杨罡，刘明光，李娜.钢轨电位分布模型及仿真[J].北京交通大学学报（自然科学版），2010（2）：137-141.