基于地铁排流对钢轨电位及杂散电流的影响论述

田读洲

摘要：本文主要分析了地铁排流柜、钢轨电位限制装置的工作原理，地铁杂散电流的产生及影响，重点介绍了地铁排流对钢轨电位及杂散电流的影响，它不仅能够提高地铁运行的安全性，而且还可以减少杂散电流对地铁周边的扩散。通过对地铁排流对钢轨电位及杂散电流的影响进行研究，以期确保地铁系统的安全稳定运行，创造出最大化的经济与社会效益。

关键词：地铁排流;钢轨电位;杂散电流;影响

1.排流柜的作用及原理

在城市轨道交通系统中，排流柜安装在牵引变电所内，一般是指为了降低杂散电流对结构钢产生电化学腐蚀而引入的专用设备。排流柜连接在排流网与负极之间，采用极性排流原理，当排流网极化电位达到设定值时，排流柜导通，为杂散电流提供可靠通路回至负极柜。。排流柜可以有效避免杂散电流对隧道结构钢筋、地下金属设备产生电腐蚀破坏，避免杂散电流的进一步扩散。具体的技术应用在于通过设定具有主回路和监测系统的排流柜设备来加强对钢轨电流的引流和分析，最终在合理控制电流电压基础上，实现合理的回路分析，提高地铁设备保护程度。

排流柜装置一般是由监测控制和主回路系统组成，主回路系统又是由直流接触器、快速熔断器、限流电阻、硅二极管、检测变送器和阻容保护组成，其中硅二极管是排流柜主回路的核心零部件，极性排流原理主要是借助硅二极管的反向截止、正向导通原理，能够有效阻止负极母线到排流网中出现逆向排流。监测控制系统可以完成对电压、电流等信号的收集，并对直流接触器的分合进行控制，以确保信息顺利输出至显示回路。

2.杂散电流的作用及原理

调查显示，在地铁供电系统中，由于列车通常应用直流电作为牵引电流，随着地铁运行时间的变长，在潮湿和粉尘的环境下，钢轨与大地之间的绝缘电阻会减小，牵引电流经钢轨回流至负极时，将会有一部分电流泄漏至大地。这部分被留存和泄露的电流就被称为杂散电流，它容易与地下金属等产生化学反应，威胁到金属结构的使用寿命。所以，针对这部分杂散电流的需要通过排流法进行排流，进而加强对钢轨等地下金属的保护效果，最终在在保证完整回路的基础上，维护地铁运行环境的安全。

3.钢轨电位作用及原理

通常情况下，钢轨与大地之间存在一定的电阻，如果钢轨泄漏至大地的杂散电流呈现出不断增大的趋势时，将会导致钢轨与大地间产生一定的电位差。在进出车厢过程中，如果乘客触碰到列车金属车体，将会导致双脚在列车与站台之间出现跨步电压，一旦钢轨对地电位过高时，将会对乘客的人身安全造成威胁。钢轨对地电位过高将会诱发直流框架保护误动作跳闸，不利于正常牵引供电。

为了避免钢轨对地电位出现过高现象，则需要每个车站和车场配备钢轨电位限制装置，并使其连接在钢轨与大地之间，以实现对钢轨对地电位的有效监测。如果电位超过设定值时，将会诱发钢轨电位限制装置出现接触器动作，并快速的使钢轨与大地短接，确保设备和人身安全。

4.地铁排流对钢轨电位及杂散电流影响仿真研究

4.1模型建立

为了分析和探究排流对钢轨电位及杂散电流所产生的影响，下面将会借助Matlab仿真，来构建钢轨-大地-排流网分布结构回流系统模型，如图1所示：

通常情况下，土壤中流入的杂散电流具有比较大的流通面积，再次模型系统中忽略了大地的纵向电阻，并假设大部分杂散电流通过排流网实现回流，仅有很少一部分的杂散电流流入大地。

计算坐标原点选择为牵引变电所，模型参数符号如下：Rr表示排流网的纵向电阻，Rs表示钢轨的纵向电阻，Rd表示大地的纵向电阻，Rg1表示排流网对地的过渡电阻，Rg表示钢轨对排流网的过渡电阻，I表示列车取流电流，L表示牵引变电所到列车的距离，u（x）表示钢轨对地电压，i（x）表示钢轨电流，is（x）表示流至排流网中的雜散电流;

通过对图2和图3进行分析，并结合基尔霍夫定律得出下述方程：

联立（1）和（2），可以推导出泄露的杂散电流和钢轨回流电流方程如下：

4.2仿真分析

通过对现场资料进行分析，并取如下参数：钢轨对排流网过渡电阻Rg=15Ω，钢轨纵向电阻Rs=0.026Ω/km，排流网纵向电阻Rr=0.01Ω/km，列车与牵引所距离L=3km，列车取流I=1000A。得仿真波形如图2、3 所示：

由仿真结果分析可得：

（1）排流柜投入排流后，会使钢轨对地电位出现整体抬升;（2）排流柜投入排流后，排流情况下钢轨泄漏的杂散电流量将会大于不排流情况。

5.结束语

综上所述，地铁排流网在收集杂散电流过程中，将会诱发总杂散电流的泄漏，并产生较高的钢轨电位，进而对地铁的安全、稳定运行产生不利影响，因此要结合现场实际情况，只有当杂散电流很大时才将排流柜投入，以达到预期的防护效果。

参考文献：

[1]黄山山，贺睿，刘振锋.地铁排流对钢轨电位及杂散电流的影响研究[J].中国设备工程，2019，（8）：134-135.

[2]陆渭歧.浅谈地铁排流对杂散电流及钢轨电位的影响[J].中国科技信息，2014，（10）：157-159.