城市轨道交通场段、停车场杂散电流防护研究

李雄　李斌冰

摘要 城市轨道交通场段、停车场是电客列车运营结束回库停车以及列车调试、检修的基地，出、入段线是指正线与场段、停车场之间的过渡线路。车辆段、停车场的轨道一般采用碎石道床，无法设置杂散电流排流网，因此采用在出、入段线钢轨上设置绝缘节及单向导通装置，使钢轨回流只能由场段流向正线，正线钢轨回流无法流向场段，以达到减小场段、停车场杂散电流的目的。文章介绍了绝缘节及单向导通装置工作原理，列举了实际运用中绝缘节及单向导通装置运用失败的案例，并分析了出、入段线不同供电制式下绝缘节及单向导通装置的合理设置方式。

关键词 城市轨道交通;场段、停车场;绝缘节;单向导通装置

中图分类号 U231.8 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）10-0053-03

0 引言

城市轨道交通电客列车采用直流（DC750 V或DC1500 V）牵引，采用接触轨或接触网作为牵引系统正极，钢轨作为牵引系统负极，因此钢轨又称为回流轨。由于钢轨不可能做到对地完全绝缘，有少量的电流不沿钢轨流回到牵引变电所的负极，而是从钢轨泄漏到大地中，再沿着大地回到牵引变电所负极或流向大地低电位处，这部分电流称为杂散电流。杂散电流会对道床、建筑物结构钢筋造成一定腐蚀，对电气设备接地方式造成一定影响[1]。正线轨道一般采用整体道床，在整体道床、隧道壁中设置排流网对杂散电流进行收集。然而，车辆段、停车场的轨道采用碎石道床，无法设置排流网，一般在出、入段线钢轨上设置绝缘节及单向导通装置达到减小杂散电流的目的。绝缘节及单向导通装置应结合出、入段线供电方式进行设置，不同的供电方式采用不同的设置方式，才能达到理想的效果。

1 绝缘节、单向导通装置工作原理

在城市轨道交通一些特殊地段，如车辆段、停车场等地段，由于轨道采用碎石道床，无法设置排流网对杂散电流进行收集[2]。另外，鋼轨对地过渡电阻较低，杂散电流可以从正线经场段、停车场泄漏至大地，容易对建筑物结构钢筋造成一定腐蚀等影响。

因正线的行车密度远远高于场段，牵引电流较大，容易造成严重的杂散电流泄漏[3]。为了限制杂散电流的泄露对场段、停车场的影响，需要场段、停车场与正线之间的钢轨上设置绝缘节，目的是将场段、停车场与正线之间的钢轨隔开，并在绝缘节两端设置单向导通装置，使场段、停车场钢轨中电流可以流向正线，但正线钢轨中电流不能流向场段、停车场，从而减小杂散电流及影响范围，如图1所示。

2 存在问题

出、入段线有许多种供电方式，进行绝缘节、单向导通装置设置需要根据出、入段线供电方式进行调整。实际使用过程中，往往存在许多不合理的因素，导致单向导通装置发挥不出效果，不能起到减小杂散电流影响的目的。下面介绍一种单向导通装置被回流电缆短接失效的案例。

案例中，出、入段线采用车辆段变电所及正线变电所双边供电的方式，钢轨绝缘节、单向导通装置设置在出、入段线与场段线的临界点，如图2所示。在实际运营过程中，运营人员发现实际杂散电流并没有减小，反而出现一些杂散电流影响明显的现象，比如场段、停车场变电所电气设备在设备维护接地及挂接地线过程中出现“火花”“放电”现象，给城市轨道交通运营管理造成一定困扰。

3 原因分析

在场段、停车场变电所电气设备维护检修使用过程中，整流机组负极柜在停电检修时，在对负极柜中负极母排验电、挂接地线时，接地线搭接瞬间出现明显的放电现象，且放电现象不会因放电时间延长而衰减。

在变电所负极柜内对出、入段线接地电流与其他股道接地电流进行电流采集，可以发现负极母排维护接地状态下接地电流完全来自出、入段线，最大电流可达150 A，而其他股道接地电流几乎为0，如图3所示，电流幅值较大的波形为出、入段接地电流，电流幅值几乎为0的是其他股道接地电流。分析说明出、入段线设置的绝缘节、单向导通装置未能阻止正线电流流向场段、停车场，绝缘节、单向导通装置处于失效状态。

对出、入段线回流及其他轨道回流进行采集，如图4所示，出、入段线回流及场段其他股道回流电流大小相等，方向完全相反，可以说明正线的回流通过出、入段线，回到牵引变电所负极母排，再通过变电所负极母排流向整个车辆段其他股道，绝缘节、单向导通装置处于失效状态，扩大了杂散电流影响范围，加剧了场段、停车场杂散电流腐蚀。

通过上述数据分析，再对照场段回流系统图排查，当出、入段线牵引供电采用场段内变电所及正线变电所双边供电的方式时，出、入段线设置了回流电缆连接到场段内牵引变电所的负极，出、入段线回流电缆及场段内回流钢轨形成通路，将出、入段线处设置的单向导通装置短接，正线牵引回流可能通过出、入段线回流电缆流向负极柜负极母排，在通过场段其他回流电缆流到场段内，导致单向导通装置失效，参考图2所示。

4 出、入段线不同供电方式下绝缘节及单向导通装置设置分析

城市轨道交通出、入段线供电方式分为以下几类：由场段单边供电、由正线单边供电、由车辆段及正线双边供电、由正线双边供电4种[4-7]。出、入段线不同供电方式下绝缘节及单向导通装置设置分析如下。

4.1 车辆段变电所单边供电

车辆段变电所单边供电是指出、入段线通过车辆段变电所进行单独供电的方式。当车辆段变电所供电故障解列时，无法对出入段线供电，因此供电可靠性不高。在此种供电模式下，绝缘节及单向导通装置设置应设置在出、入段线与正线临界点位置，设置简单、经济性好。

4.2 正线单边供电

正线变电所单边供电是指出、入段线通过正线变电所进行单独供电的方式。当正线负责供电的牵引变电所供电故障解列时，同样无法对出入段线供电，供电可靠性也不高。在此种供电模式下，绝缘节及单向导通装置设置应设置在出、入段线与场段线临界点位置，设置简单、经济性好。

4.3 车辆段及正线变电所双边供电

车辆段及正线变电所双边供电是指出、入段线通过车辆段变电所及正线变电所同时进行供电的方式。当车辆段变电所或正线变电所其中一个变电所供电故障解列时，可以通过另外一个变电所进行单边供电，因此供电可靠性较高，运用比较广泛。在此种供电模式下，应将出、入段线供电划分为常态供电及备用供电模式，可分为两种情况，一种是场段变电所为常态供电模式，正线变电所为备用供电模式，这种情况下绝缘节及单向导通装置设置应设置在出、入段线与正线临界点位置，并且出、入段线与场段线临界点设置绝缘节及电动隔离开关，电动隔离开关常态处于闭环状态，当采用正线变电所备用供电时，电动隔离开关处于断开位置;另一种情况为正线变电所常态供电模式，场段变电所为备用供电模式，绝缘节及单向导通装置设置应设置在出、入段线与场段线临界点位置，并且出、入段线与正线临界点位置设置绝缘节及电动隔离开关，电动隔离开关常态处于闭环状态，当采用场段变电所备用供电时，电动隔离开关处于断开状态。还需注意的是出、入段線回流电缆应接在绝缘节靠场段侧，设置复杂、经济性差。

4.4 正线变电所双边供电

正线变电所双边供电是指出、入段线通过正线相邻两个牵引变电所同时向出、入段线供电的方式。当车辆段变电所或正线变电所其中一个变电所供电故障解列时，可以通过另外一个变电所进行单边供电，同样可以达到较高供电可靠性。在此种供电模式下，绝缘节及单向导通装置应设置在出、入段线与场段线临界点位置，设置简单、经济性好。

5 结束语

绝缘节及单向导通装置的设置应结合出、入段线供电方式进行设置，不同的供电方式采用不同的设置方式，才能达到理想的效果。城市轨道交通出、入段线供电方式有多种，不同的供电方式，供电的可靠性不一样，绝缘节及单向导通装置应设置也有较大区别。通过对比分析，可以看出当出、入段线供电方式采用正线变电所双边供电时，既能满足出、入段线供电可靠性较高，同时出、入段线绝缘节及单向导通装置设置比较简单、经济性好的特点，可以用较小的成本达到增加供电可靠性，同时减小场段、停车场杂散电流的目的。

参考文献

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[2]黄庆锋. 地铁场段杂散电流测试分析[J]. 智能城市， 2019（7）： 8-10.

[3]陆煜旻， 张华英. 上海轨道交通3号线石龙路停车场杂散电流状况分析[J]. 城市轨道交通研究， 2021（S1）： 75-79.

[4]刘翔. 出入车厂线处“分—绝—单”系统的设置探讨[J]. 机电信息， 2017（18）： 53+55.

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[7] 地铁设计规范： GB 50157―2003 [S].北京：中国计划出版社， 2003.