IEC 62128-2 在海外工程中的应用启示

2021-03-29陈怀鑫

电气化铁道 2021年1期

陈敏，陈怀鑫

0 引言

2019 年7 月，GB/T 28026.2-2018《轨道交通地面装置电气安全、接地和回流第2 部分：直流牵引供电系统杂散电流的防护措施》发布实施。该标准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》，给出了对直流牵引系统杂散电流防护的要求，主要涉及牵引供电系统、轨道、金属结构、车库和车间、电缆、管线等系统。该标准的附录B 中，提供了关于钢轨绝缘特性的测量方法，能够有效指导工程进行轨条电阻、钢轨泄漏电阻的测量，具有重要意义。笔者作为IEC 62128-2转中国国家标准的主要完成人，同时承担了以色列特拉维夫红线地铁项目杂散电流防护设计工作，在以色列特拉维夫红线地铁项目中，杂散电流防护方案即按IEC 62128-2:2013 实施。

1 红线工程概况

红线是特拉维夫第一条地铁线路，全长25 km，由10 座地下车站、24 座地面车站和1 座车辆段组成。线路两端为地面段（合计14 km），中间为地下段（11 km）。列车由我国生产提供，最高运行速度80 km/h，1 列车由10 节车厢组成，最大牵引功率为1 760 kW。远期高峰小时地面段追踪间隔为6 min，地下段为3 min；系统能力下，高峰小时地面段追踪间隔为3 min，地下段为1.5 min。

在SGK 公司的文件中，采用IEC 62128-2:2013附录中A.4 Local conductance per length for track sections without civil structure（GB/T 28026.2-2018中针对没有结构钢筋的线路区段，采用局部单位电导测量）中的公式计算受杂散电流影响的金属结构或管线的电位，为我们提供了新的思路。

注：与IEC 62128-2:2013 相比，GB/T 28026.2-2018 在结构上做了调整，附录按在条文中提及的先后次序编排，附录A 调整为附录B，附录B 调整为附录C，附录C 调整为附录A。为方便国内使用，下文均按GB/T 28026.2-2018 的结构引用。

2 没有结构钢筋的线路区段局部单位电导测量方案

GB/T 28026.2-2018 附录B.3 和B.4 均是针对没有结构钢筋的线路区段的钢轨局部单位电导测量方案。其区别在于，B.3 的测试方案一般适用于被测线路钢轨的长度不超过2 km，适用于线路建设阶段，钢轨敷设后尚未焊接成长钢轨前，可采用该方案检测其绝缘性能是否满足要求，以便在后续工程中改进；B.4 适用于被测段钢轨长度超过2 km的线路，一般是在线路建成后寻找绝缘薄弱点时采用该方案。测量方案如图1 所示。

图1 局部单位电导率测量方案

钢轨电位URE可通过走行轨和埋设在地中的参考电极E2 之间的电压表测得，轨条附近某点电位变化U1-2可通过另一个电极E1 和远方电极E2 之间的电压表测得，优先选择铜/硫酸铜电极。

上述2 个电位通过数据记录器记录，绘制出轨条附近某点电位变化U1-2与钢轨电位URE函数关系的曲线，该函数线性回归的斜率为杂散电流传输比msy。另外，还需测量电极E1 附近的土壤电阻率。

对一行线路，局部单位电导的计算式为

双线线路电导采用下述计算方法：

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在SGK 的报告中，根据已知受影响金属结构或管线距轨道的距离、钢轨泄漏电阻、钢轨电位、土壤电阻率、轨间距、线间距和b 值（其中IEC 62128 推荐b 值在城市地区按30 m计算，IEC 62128的前身为EN 50122，目前EN 50122 正在修编，新版本中拟将30 m 调整为100 m），计算出受影响金属结构或管线的电位值。

实际应用中，也可根据需要，通过已知的钢轨泄漏电阻、受影响金属结构或管线的安全电位限值、钢轨电位、土壤电阻率、轨间距、线间距和b值反算出受影响金属结构或管线范围，即a 值。因此，实际上式（1）或式（2）可反映出由杂散电流引起的钢轨周围电场分布情况。

在线路建设阶段不能实际测量的情况下，计算中如何确定杂散电流传输比msy是需解决的问题。

3 杂散电流传输比msy的推导

结合计算模型（图2），分析杂散电流传输比msy的推导过程：

（1）钢轨R2 泄漏的杂散电流流经半径为r的表面积：

图2 一行线路计算模型

（2）钢轨R2 泄漏的杂散电流在距离r 处的电流密度：

（3）钢轨R2 泄漏杂散电流在距离r 处的电位：

（4）钢轨R2 泄漏杂散电流在E1 与E2 间产生的电位差：

（5）再引入钢轨R1，同理，钢轨R1 泄漏杂散电流在E1 与E2 间产生的电位差：

（6）钢轨R1 和钢轨R2 泄漏杂散电流在E1与E2 间产生的电位差：

图3 泄漏电阻示意

（8）结合式（8）、式（9）推导可得

对照式（1）可得

如果将上行和下行钢轨均各等效为一根导体，根据上文叠加方法，同样可以得出式（2）。

因此，通过推导可知，杂散电流传输比msy即为受影响金属结构或管线电位与计算得出的钢轨电位值之比。

4 计算示例

4.1 钢轨泄漏电阻对管线的影响

在其他计算条件相同的情况下，钢轨泄漏电阻按国内的设计值15 Ω·km 和以色列红线设计值100 Ω·km，分别计算距钢轨外侧10 m 处金属结构或管线的电位，如表1 所示。从表中可见，提高钢轨泄漏电阻可显著降低受影响金属结构或管线的电位，是降低杂散电流影响的有效措施。

表1 不同钢轨泄漏电阻下金属结构或管线电位

若该结构为钢筋混凝土结构，根据EN 50162表1 中的规定，其极化安全电位不能高于0.2 V。按表1 中的计算条件，钢轨泄漏电阻为15 Ω·km时，钢筋的极化电位为0.41 V，超出了标准限值，需采取其他措施进行防护；若采取增大距离的方案，通过计算可得出钢筋混凝土结构距地铁的距离不应小于18 m，方可满足极化电位低于0.2 V 的要求。