地铁钢轨（共4篇）
地铁钢轨 篇1
在城市地铁和轻轨等轨道交通运输系统中, 一般采用直流牵引, 走行轨回流, 因此, 不可避免会有电流从走行轨泄入大地, 这就是杂散电流。杂散电流对地下或地面的金属构件如结构钢筋、地下管线等产生严重的腐蚀。轨道与结构钢筋间的过渡电阻值是考察轨道绝缘的重要参数, 所以过渡电阻的测量具有重要的意义。
1 杂散电流介绍
1.1 杂散电流产生的原因及所经路径分析
在地铁 (或轻轨) 等直流电气化轨道运输系统中以轨道作为回流导体, 由于钢轨不可能对地完全绝缘, 而且回流轨存在电压降, 因而导致一部分负荷电流, 从轨道流到轨枕和道床及地下钢轨金属设施中去, 这部分电流, 称为杂散电流 (迷流) 。
1.2 杂散电流的危害
国内北京、天津、上海、广州等地的地铁均采用直流牵引供电的方式。在这种供电方式中, 列车直流牵引系统采用正极接触网 (架空线或接触轨) , 而走行轨兼作负回流线。在直流牵引供电系统中, 牵引电流并非全部由钢轨流回牵引变电所, 而是有部分由钢轨杂散地流入大地, 再由大地流回钢轨并回到牵引变电所。这部分电流就称为杂散电流。目前, 我国地铁直流牵引供电电压标准值有600 V、750 V、1 500 V、3 000 V不等。牵引供电系统及杂散电流形成, 如图1所示。
列车所需电流由牵引变电所提供, 通过接触网输送到列车, 并通过走行轨作为电流回路, 返回到变电所。但因钢轨很难做到对地完全绝缘, 因此, 在直流牵引的供电系统中, 由一个供电区段两边变电所向列车的供电电流, I1、I2, 并非全部由钢轨流回变电所。由钢轨流回的电流, I3, I4占大部分, 另外一部分则是以杂散电流, IS1、IS2的形式由钢轨泄漏到地下。该部分电流流人大地, 再由大地流回钢轨并返回到牵引变电所, 从而形成了地铁杂散电流。
对地铁主体结构而言, 其轨道附近一般埋设各种金属体。此时杂散电流由走行轨流出, 经由大地传给埋地金属体, 电流顺金属体径直流动直到变电所附近, 然后由金属体流回大地, 再由大地返回变电所。此时便形成了地铁杂散电流腐蚀的阳极区和阴极区。如图1, 在机车附近杂散电流从钢轨流向大地使钢轨对地电位形成阳极区, 电流再由大地流入埋地金属体使金属体对地电位形成阴极区;在变电所附近, 杂散电流由埋地金属体流回大地, 使金属体对地电位形成阳极区, 电流再由大地流向钢轨返回变电所使钢轨对地电位形成阴极区。走行轨中的牵引电流越大或钢轨对地的绝缘性能越差, 则地下杂散电流就越大, 两个阳极区金属体腐蚀也就越严重。杂散电流从金属体流出部位将出现电解现象, 它使金属体温度升高加速腐蚀。长期的杂散电流腐蚀作用, 使地下金属物受到严重损害。由杂散电流引起的过高接地电位将导致某些设备无法正常运作, 且过高杂散电流引起的对地电压将危及安全。因此, 对地铁杂散电流分布的研究, 将对地铁的建设、运营、维护都有着重要现实意义。
2 过渡电阻的测量
2.1 测量过渡电阻的必要性
轨道与结构钢筋间的过渡电阻值是考察轨道绝缘的重要参数。兼用作回流的地铁走行轨与隧洞主体结构 (或大地) 之间的过渡电阻值 (按闭塞区间分段进行测量并换算为1km长度的电阻值) , 对于新建线路不应小于15Ω·km, 对于运行线路不应小于3Ω·km。轨道与结构钢之间的过渡电阻是考察轨道绝缘的一个很重要的参数。地铁走行轨与隧道主体结构钢之间的过渡电阻不应小于15Ω·km, 当过渡电阻<3Ω·km时, 杂散电流分布曲线变化剧烈;当过渡电阻<0.5Ω·km后, 杂散电流漏泄严重, 必须采取有效措施进行处理。监测系统要能每天监测这个数据, 以保证地铁安全运行。
2.2 测量原理
2.2.1过渡电阻测量原理
供电区间过渡电阻可以间接反映杂散电流的供电区间分布情况。过渡电阻值时不能直接测量的, 可通过排流柜传送过来的排流电压、排流电流值及电机车负荷端传感器传送过来的轨道与排流网的电位差ΔV。原理图如图2所示。整体测试采用的方法可以是直流伏安法, 接线原理图3如下:
其中, Rg:轨道电阻, 60 kg的钢轨:Rg=29.11×10-3Ω/Km, 65Kg的钢轨:Rg=26.6×10-3Ω/km;Rp:排流网电阻, 1.44×10-4Ω/m;Rw:钢轨对排流网过渡电阻。
由于轨道电阻和排流网电阻与过渡电阻相比基本可以忽略不计, 则U2≈U1, 整体过渡电阻计算公式为:
在沿线进行多次整体测试后, 通过数据分析可以判定过渡电阻值较低的区域进行局部测试, 测试接线原理如图4所示:
局部过渡电阻计算公式为:
其中:G′RT表示轨道与隧道之间单位长度的导电率, 1/Ω;
I表示流入的电流, A;
IRAIRB分别流进A和B端的电流, A;
L表示测量部分的长度, km;
ΔURT表示进入轨道时轨道与隧道间的电压, V;
ΔURTAΔURTB表示A端和B端轨道与隧道间的电压, V。
2.3 测试步骤与注意事项
(1) 检查区间内的电气连接并记录;
(2) 按正极性接线图在现场进行接线;
(3) 测试电压表自然电位并记录;
(4) 合上开关, 调节电源输出电流, 待电流表和电压表读数稳定后记录测试数据;
(5) 更换电源极性后重复进行测试。
测量工作应在停电以后进行, 并应断开本闭塞区段与相邻区段之间的电气连接;以测试轨道端接电源正极为测试正极性, 接电源负极为负极性;钢轨对地过渡电阻测试, 每个接触网供电分区测试1次。全线不少于20次;针对轨道锈蚀严重地段进行针对性的轨对地过渡电阻测试。每次重复测试前都必须进行自然电位测量并记录;测试过程注意安全, 连接点采取措施确保不会脱落;测试过程中随时沟通, 记录结果应注意同时性;测试过程中发生的现象记录在备注栏。
3 结论
根据以上分析得出地铁区间隧道杂散电流分布的一些结论, 主要有:
(1) 变电所附近的轨道电位为负极大值, 埋地金属体对地为阳极杂散电流腐蚀严重;列车底部轨道电位为正极大值, 钢轨对地为阳极杂散电流腐蚀严重。
(2) 变电所供电电流对走行轨电位和杂散电流都有影响, 供电电流取值越大, 泄漏的杂散电流也越大, 腐蚀电流也越大。
(3) 轨地过渡电阻对轨道电位和杂散电流影响最大, 过渡电阻越小, 泄漏的杂散电流越大, 腐蚀电流也越大。当过渡电阻大于15 Q.km时, 杂散电流和腐蚀电流可以不计;小于5 Q.km时, 应采取措施。
(4) 轨道纵向电阻对轨道电位和杂散电流影响较大, 纵向电阻越大, 杂散电流和腐蚀电流也越大, 走行轨电压和电流也相应变化较大。
(5) 埋地金属体 (金属结构物) 纵向电阻对轨道电位和杂散电流影响非常小, 呈微弱的升降趋势, 可认为没有影响。
摘要：目前, 国内的地铁在运行中基本对杂散电流的危害没有得到足够的重视, 出现问题后才进行修补, 在人力、经济上造成了巨大的损失。文章针对与杂散电流紧密相关的过渡电阻测量技术的探讨, 达到控制地铁钢轨杂散电流的目的, 供同行借鉴。
关键词：地铁钢轨,杂散电流,过渡电阻
参考文献
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[5]李威.地铁轨地过渡电阻及走行轨阻抗在线测量[J].中国矿业大学学报 (自然科学版) , 2001, (4) .
地铁钢轨 篇2
(1) 钢轨电位的运行处于正常的情况下, 机车运行到提供电力的部位, 钢轨的内部就会引入阴极电流, 从而使得对地电位的数值上升。 (2) 回流不顺畅也有可能导致钢轨的电位上升。因为回流不顺时, 其通路中的阻抗就会增大, 使得OVPD发生动作。 (3) 屏蔽门相对于地面的绝缘性能太差也容易导致钢轨的电位的上升。因为屏蔽门与钢轨之间是紧密连在一起的, 如果其绝缘性能差, 就会造成电位的急速升高。 (4) 其中供电设备发生损坏或故障也会造成钢轨的电位上升。 (5) 其中的限制装置也会由于检测误差而使得OVPD工作。
2 钢轨电位限制装置介绍
对于走行轨回流的地铁直流牵引供电系统, 正常运行状态下, 供电分区内列车运行时, 走行轨中流过牵引负荷电流, 走行轨产生对地电位。钢轨对地电位的大小, 主要与牵引供电电压等级、列车参数、牵引负荷电流、牵引所间距、走行轨对地过渡电阻的均衡程度等因素相关。直流牵引供电系统一般设有如下继电保护:直流开关速断保护、大电流脱扣保护、电流变化率及其增量保护、过电流保护、牵引变电所双边联跳保护、直流设备框架泄露保护及紧急分闸等。在设置继电保护的前提下, 还应考虑等电位联结措施。通过等电位联结, 降低人身接触电压, 使人身处于等电位状态。为了降低车体与地之间的接触电压和跨步电压, 一般在设有牵引变电所的车站和车场设置钢轨电位限制装置 (即OVPD) , 在走行轨对地电位超标时, 可将走行轨和变电所接地母排连接起来, 这是国际上通用的一种保护人身安全的防护措施。
3 典型案例分析
6:08~7:51三山街OVPD接触器位置, 动作/恢复;
7:51三山街OVPD接触器位置, 恢复;OVPD U>, 正常;OVPD装置闭锁, 闭锁。
7:55~8:18三山街201框架保护过电压U>, 动作/恢复;202框架保护过电压U>, 动作/恢复。
3.1 处理过程
8:19值班人员到达现场, 直接复位不成功, 通过复位电流继电器后, 面板复位成功。
8:28值班人员手动合闸轨电位II段, 同时切除三山街牵混所负对地保护, 并保持此状态至运营结束。
23:07检修人员到达三山街, 对轨电位柜进行继保试验, 验证轨电位柜动作情况正常。
3.2 原因分析
当日除三山街轨电位频繁动作以外, 新街口和张府园的轨电位也同时动作, 并报分闸位闭锁信号, 各所故障情况如下: (1) 三山街轨电位分位, 闭锁灯亮, 柜面复位无效, 手动复位电流继电器后, 复位成功; (2) 新街口轨电位分位, 闭锁灯亮, 柜面复位无效, 拉开轨电位柜操作电源, 过5s后恢复, 轨电位闭锁灯消失, 三段动作, 自动合闸, 手动复位电流继电器后, 复位成功; (3) 张府园轨电位分位, 闭锁灯亮, 柜面复位无效, 拉开轨电位柜操作电源, 过5s后恢复, 轨电位闭锁灯消失, 自动合闸, 合闸灯亮, 面板复位无效, 手动复位电流继电器后, 复位成功 (见图1) 。
查看图纸, 轨电位闭锁信号只有PLC给出, 闭锁条件为:I段连续动作3次, II段动作, III段动作。其中, I、II段均可由面板复位, 信号不保持, 只有可能是III段的电流继电器F100给出, 其中F100的1/2号点为常开点, 动作后闭合使接触器合闸, 3/4号点为常闭点, 动作后打开向PLC发出U>>>信号并闭锁, 而常闭回路经常由于抖动造成开路, 考虑是电流继电器的节点出现问题, 并模拟各所故障情况 (见图2) 。
将PLC的65号线拆除, 给PLC正常监视的常闭回路一个开点, 此时轨电位柜在分闸位, 闭锁灯亮起, 模拟出三山街早晨的情况。同时将操作电源拉开, 人为使电流继电器合闸, 送上操作电源后, 轨电位闭锁灯熄消失;III段动作合闸并闭锁, 模拟出新街口的情况。最后将PLC的65号线拆除, 并拉开操作电源, 人为使电流继电器合闸, 并恢复65号线, 隔5秒后送上操作电源, 轨电位闭锁灯熄灭, 三段动作合闸, 模拟出张府园的情况。
由上可初步判定, 新街口、张府园、三山街均由于接触器在分合过程中, 震动较大, 连带柜体本身晃动, 使电流继电器的常闭接点瞬时抖动打开, 形成闭锁信号, 而常开触点未联动, 不触发跳闸信号, 从而导致框架保护报警。
4 后续设计过程中需考虑的因素
钢轨电位在运行时, 容易使屏蔽门产生火花, 可以考虑在其顶部或者是门的端部以及任何可能与金属发生作用的地方安装绝缘材料。针对回流不顺畅, 可以在焊接时加大监督力度或者是减少回流时的阻抗。对于屏蔽门的绝缘性差这类问题可以直接从绝缘材料下手, 选用优质的绝缘材料, 并实时进行维护。对于供电设备引起的问题, 就要加强对其设备的检测和维护。对于OVPD动作, 可以对相应设备的参数以及质量严格进行控制, 一旦发生问题要及时调整, 如适当加装减震垫、选用可靠的电压继电器等。
5 结束语
综上, 作者结合典型案例, 对地铁供电系统钢轨电位运行的情况, 以及钢轨电位限制装置进行了分析, 提出了铁供电地铁钢轨电位运行相关问题及解决对策。
参考文献
[1]闫明富.地铁钢轨电位及杂散电流研究[D].北京化工大学, 2013.
[2]龚孟荣.地铁供电系统设计及仿真研究[D].西南交通大学, 2013.
地铁钢轨 篇3
地铁建设由于受到城市既有建筑物的影响, 线路曲线半径偏小, 小半径曲线多, 加之地铁电客车同向运行, 行车间隔短, 小半径曲线钢轨极易出现侧面鱼鳞伤和波浪形磨耗, 给运营维护工作带来较大影响。消除和预防钢轨侧磨与波磨最有效的方法是用打磨列车对在线钢轨进行打磨维修与养护, 通过打磨不仅能显著地延长钢轨的寿命, 还能改善线路质量, 确保列车的安全运行。下文以美国HTT公司生产的RGH20C型钢轨打磨车进行不同时期, 不同路况钢轨打磨作业为例, 论述钢轨打磨技术在地铁线路维护工作中的应用及取得的成效和推广价值, 希望对从事此类工作的同行带来一些帮助和一点启发, 使钢轨打磨技术不断完善, 产生更大的社会、经济效益。
1 打磨作业分类
打磨作业分为:预打磨;预防性打磨;保养性 (轮廓性) 打磨;矫正性 (修理性) 打磨。
1.1 预打磨
预打磨是在地铁开通前将钢轨表面的锈蚀、脱碳层和工程列车碾压的不良痕迹消除, 为地铁电客车提供更加平顺的踏面, 防止车轮踏面产生不良的磨损[1]。
预打磨可以消除表面磨损、轨道倾斜和位置误差;保持最佳接触面条件;使运行动载荷最小化;尽可能延长钢轨的伤损过程。
1.2 预防性打磨
预防性打磨是在钢轨轨头裂纹开始扩展前将裂纹萌生区打磨掉, 防止接触疲劳型波磨的产生和发展。
预防性打磨将横断面的矫正量最小化;减少内圆角疲劳破损, 保持最佳轮轨接触状态;防止接触疲劳型波磨的产生和发展。
1.3 保养性 (轮廓性) 打磨
保养性打磨是将钢轨断面打磨成最佳轮轨接触的几何形状, 以延缓波磨和其他疲劳伤损的产生, 减少侧磨。
1.4 矫正性 (修理性) 打磨
矫正性打磨主要打磨已产生的钢轨表面缺陷。
2 钢轨打磨作业周期和打磨量
2.1 预打磨
地铁开通前将钢轨表面的锈蚀、脱碳层和工程列车碾压的不良痕迹消除, 为电客车提供更加平顺的踏面, 防止车轮踏面产生不良的磨损。
2.1.1 打磨方式及技术参数
根据线路平面几何形状, 钢轨打磨分两种打磨方式:直线段与曲线段。直线段采用除锈方式打磨;曲线段采用改变轮轨关系的打磨方式。直线段打磨量0.2~0.3 mm;曲线段打磨量0.3~0.5 mm。深圳地铁龙岗线预打磨各项指标、参数如表1所示。
2.1.2 钢轨轨头打磨顺序
打磨钢轨顺序, 从钢轨内侧45°开始顺延至内侧8°后, 再从钢轨外侧35°顺延至外侧8°, 最后打磨钢轨的顶部-8°~8°。每个磨石以2°~1°递减, 完成整个钢轨面的角度打磨。
通过预打磨, 消除了龙岗线钢轨顶面初始不平顺, 改善轮轨接触关系, 提高轨面平顺性, 延长钢轨使用寿命。同时, 也降低了电客车通过时的噪音, 减小了对沿线环境的影响。
2.2 预防性打磨
在开通运营10个月时间左右, 减震器扣件区段和浮置板道床部分地段小半径曲线会出现侧磨和波磨, 波磨最大值达到0.35 mm, 侧磨最大值达到1.3 mm。由于电客车通过时的噪音较大, 为了防止波磨和侧磨加速发展, 同时提高客服质量, 须对这些小半径曲线地段进行预防性打磨。打磨作业对波磨和侧磨病害一次性消除, 打磨模式组合按有计轴器和无计轴器两种情况分别设计, 有计轴器地段通过设定磨头横移量改变磨头位置, 防止误打计轴器。打磨车作业速度控制在6 km/h, 磨头压力为额定压力的70%, 略大于预打磨时的60%, 打磨量根据波磨深度控制在0.2~0.3 mm, 最大值不超过0.4 mm。打磨作业时, 开启积尘系统, 收集打磨产生的铁屑和粉尘, 开启喷水系统湿润道床, 降低粉尘污染。作业结束后, 及时冲洗道床, 防止铁屑和磨石粉尘硬结污染道床和堵塞排水设施[2]。深圳地铁龙岗线钢轨预防性打磨记录见表2。
2.2.1 预防性打磨周期
影响预防性打磨周期的因素主要有:通过总吨数;车型;钢轨类型;曲线曲率、超高、钢轨支承条件;运行速度。
地铁车辆轴重轻, 且夜间停止运营, 因此线路通过的总吨数低, 波磨主要集中在半径为350 m的曲线地段, 说明运营初期曲线半径大小是影响波磨产生时间和周期的重要因素。400 m以下, 小半径曲线初次预防性打磨的时间为预打磨后10个月。
在对前期进行过预防性打磨的小半径曲线进行打磨效果跟踪调查过程中发现半径为350 m的曲线在打磨2个月后波磨重新开始产生, 波磨较小, 最大为0.1 mm, 但电客车通过时的噪音有所反弹。根据现场调查数据和轨道技术参数及波磨的生长速度推算, 在6个月之后, 需要进行再次预防性打磨。所以, 地铁小半径曲线 (400 m以下) 再次预防性打磨周期为初次预防性打磨后6个月。
2.2.2 预防性打磨量
预防性打磨的目的是消除或控制钢轨表面缺陷, 保证钢轨表面状态和良好的外形。打磨量通常在0.2~0.3 mm, 打磨时期更为频繁或可控。
预防性打磨非常经济, 特别是只需要去除少量金属, 减少了打磨工具的使用量, 最大化地延长了钢轨的使用寿命。
2.3 保养性打磨周期和打磨量
该打磨策略是钢轨长期使用策略, 目的是将矫正性打磨制度转变成预防性或者周期性的打磨制度[3]。这种策略需要经历数次打磨周期, 特别是钢轨不是很规范地养护的时候。然而, 从预防性打磨或周期性打磨策略的成本效果来看, 保养性打磨是一个较好的选择, 可以保证有限资源的合理利用。龙岗线配有20磨头的钢轨打磨车一台, 且电客车为B型车、轴重较轻、线路状况较好, 保养性打磨周期初步定为6年。
保养性打磨的目的主要有: (1) 减少某种钢轨伤损的严重性, 如钢轨波磨和滚动接触疲劳。 (2) 实现预期的钢轨断面形状, 从而减少伤损的发展率。 (3) 逐步实现最佳的钢轨断面形状。
保养性打磨移除的钢轨金属量远大于预防性打磨, 打磨量在0.3~1.0 mm之间, 且每个打磨周期的钢轨打磨量均逐步减少。
2.4 矫正性打磨
矫正性钢轨打磨主要目的是消除或减少在线钢轨的缺陷, 一般采用积极打磨的工序, 预先设计好打磨量 (0.5 mm和4~6 mm之间) , 并且作业间隔相对较长, 通常由缺陷的严重程度来决定。
矫正性打磨并不是非常经济, 主要是因为需要除去钢轨表面的大量金属, 还要求使用大量的打磨过程, 减少了钢轨的潜在使用寿命。但是, 为了确保钢轨不会在短期内失效, 矫正性打磨是非常必要的, 特别是在更换钢轨的预算较为紧张的时期。不过这种状况的钢轨会导致列车限速。一般钢轨打磨设备数量配置合理、波磨发展处在可控的范围, 线路维修保养得当的地铁, 线路不会采取这种打磨方式。
3 钢轨打磨的益处
(1) 通过修正钢轨断面形状, 改善轮/轨接触关系, 从而减少轮/轨接触应力和磨耗。 (2) 修正/控制钢轨波磨以及低接头。这些缺陷会增加轮轨噪音, 加快车辆部件和轨道部件的恶化率, 甚至造成列车限速。 (3) 修正/控制滚动接触疲劳缺陷。这些缺陷会增加钢轨损伤的风险, 甚至降低超声波钢轨探伤的效果。 (4) 修正/控制其他钢轨缺陷 (如车轮滚伤、压溃、轨头垂向及纵向裂纹) 。 (5) 减少车轮和转向架运动的不利影响, 这种情况下, 会加剧钢轨磨耗和缺陷的恶化。 (6) 减少噪音和振动, 减少普通接头和焊接接头的垂向不平顺, 控制钢轨波磨。 (7) 缓和大轴重车轮作用的不利影响, 改善轮/轨接触条件。 (8) 使钢轨和车轮正确接触, 减少车辆横向不稳定性 (蛇行运动) 。
4 钢轨打磨的应用效果
(1) 增加钢轨50%~100%的使用寿命。 (2) 减少钢轨失效的风险。 (3) 减少车轮、轨道部件 (扣件、轨枕等) 以及轨道几何形位的恶化率。 (4) 允许列车以较高的速度运行。 (5) 降低轮轨噪音。
5 钢轨打磨的技术经济性
预防性钢轨打磨可延长钢轨寿命, 据资料介绍, 按计划定期打磨的钢轨可延长钢轨寿命达5~8年, 还可改善列车的运行, 减少蛇形运动, 减少运动的噪音, 减少波磨, 降低能耗, 一般维修性打磨的钢轨寿命为5年左右。预防性收益:减少对扣件的过度荷载引起的维修;减少由于轨底系统过度荷载引起的维修;减少桥梁等过度荷载引起的维修;减少机车燃油消耗, 降低车轮镟修成本。
6 结语
钢轨打磨技术在地铁中的应用时间只有十几年, 但是在地铁线路设备维修养护工作中却发挥了不凡的作用。随着社会的发展, 人们环保意识不断提高, 各种减震降噪道床不断涌现, 钢轨波磨的出现将越来越普遍, 钢轨打磨的工作任务会越来越重。要高度重视钢轨打磨工作, 充分发挥磨轨车的功能, 重点做好预防性打磨和保养性打磨工作, 不断完善打磨技术, 优化打磨模式组合, 不断提高打磨工作的经济、技术和社会效益。
摘要：随着城市化进程的不断加快, 城市交通设施与城市化发展的矛盾逐渐显现, 修建城市轨道交通系统是贯彻落实“公交优先”战略的重要体现, 也将成为我国大城市公共交通的发展方向。随着地铁运营网络化的形成和运能的提升, 对地铁线路维护提出了较高的要求。介绍钢轨打磨的必要性及钢轨打磨周期与打磨分类, 排除故障, 提高钢轨打磨车的使用效率。
关键词：钢轨打磨,分类,周期,经济性
参考文献
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地铁钢轨 篇4
我国城市轨道交通采用直流牵引供电系统, 走行轨回流。为防止杂散电流危害, 供电系统设计为不接地系统, 直流设备采用绝缘安装。由于存在钢轨纵向电阻、钢轨与大地的过渡电阻, 产生钢轨对地电位以及杂散电流。钢轨电位过高影响地铁乘客及工作人员的安全, 杂散电流对地铁结构及其附近金属管线造成电化学腐蚀。为防止杂散电流引起危害, 城市轨道交通系统通过排流收集杂散电流并将其引回变电所负极。排流对杂散电流及轨电位的影响到底有多大, 还有待分析研究。排流网结构及杂散电流形成示意图如图1所示。
2 杂散电流分布模型
研究排流对杂散电流的影响, 需要建立杂散电流分布模型。本文基于电阻网络建立具有排流网结构的杂散电流分布数学模型。杂散电流分布网络图如图2所示。
其中:Rg为钢轨纵向电阻, Rp为排流网纵向电阻, Rd为大地纵向电阻, Rg1为钢轨与排流网间的过渡电阻, Rg2为排流网与大地间的过渡电阻。
假设U 1 (x) 为在x处钢轨与排流网间的电压, U2 (x) 为在x处排流网与大地间的电压, I1 (x) 为钢轨x处的电流, I 2 (x) 为排流网在x处电流, I 3 (x) 为大地在x处电流, x为距离变电所的距离, L为机车距变电所的距离, I为机车取流。则杂散电流分布数学模型如下图所示。
利用杂散电流数学模型, 分析杂散电流及轨电位的分布, 设变电所一端为x=0点。
上式为一阶线性非其次方程组, 则对应的其次方程组为:
经过以上分析, 可以解方程组进行求解, 利用得到的结果, 我们就可以分析轨道电流、轨道电位以及泄露杂散电流的分布规律及排流对它们的影响。
3 仿真分析
城市轨道交通排流对杂散电流及钢轨电位的影响研究, 可在以上杂散电流分布模型基础上增加排流装置, 排流网通过排流支路与变电所负极相连。
通过上图分析可知, 排流网的投入能使地网电流明显减少, 说明, 排流网能收集大部分杂散电流, 使其通过排流网返回变电所负极, 对埋地金属及地铁系统外的金属结构起到很好的防腐蚀效果。
下面在对总杂散电流以及钢轨电位的分布进行仿真, 仿真结果如图5、图6所示。
通过以上两图分析, 排流情况下, 总杂散电流明显高于不排流情况, 同时钢轨电位也整体抬升, 大约抬升55V左右。可知, 排流网的投入, 收集杂散电流的同时, 会引起总杂散电流的泄露, 过大的杂散电流泄露, 对轨地绝缘产生腐蚀, 引起更多的杂散电流泄露。同时, 钢轨电位抬升, 引起钢轨电位限制装置频繁动作, 以及威胁地铁员工和乘客安全。
4 结语
地铁系统设置排流网对杂散电流进行收集, 但通过理论分析及仿真研究, 排流在收集杂散电流的同时, 会引起总杂散电流的泄漏, 并引起更高的钢轨电位, 影响地铁的安全稳定运行。因此在工程实际中, 尽量不投入排流网进行排流, 只有当杂散电流很大时, 才将排流网投入, 以起到良好的防护效果。
参考文献
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