地铁牵引供电系统的安全可靠是地铁运营的重要保证。城市的地下管道系统非常错综复杂,煤气管道、输油管道、排水管道、通信管道等相互交叉,它们跟地铁轨道相互交叉是不可避免的。杂散电流会引起这些管道的电化学腐蚀,国内就曾出现过水管被杂散电流迅速蚀穿,石油、燃气管道被腐蚀引起管道泄漏等事故。彻底解决杂散电流腐蚀问题是地铁项目始终存在的一个工程难题。
杂散电流的成因及危害
杂散电流的防控
地铁线路杂散电流保护是一项系统工程。目前常用的保护措施大致可分为以下两类:
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源头控制
根据功率公式P=UI,直流牵引电压越高,牵引回路电流越小。由于杂散电流与牵引回路电流成正比,增加直流牵引电压可有效降低杂散电流。目前,DC750V和DC1500V是我国地铁牵引供电系统的主要供电电压。DC1500V产生的杂散电流小于DC750V产生的杂散电流。
因杂散电流值与牵引变电所的距离成正比,牵引变电所的整定距离不宜过长。在地铁线路运行中,单边供电方式会增加牵引变电所之间的补偿电流,从而导致杂散电流也随之增大;双边供电模式下,牵引变电所之间的补偿电流会明显降低,杂散电流也会随之明显降低,所以,供电区间内应尽量采用双边供电模式。
当钢轨纵向电阻较大时,钢轨回流引起的压降也较大,钢轨与地面的电位差也会增大,从而增大杂散电流泄漏。因此,钢轨的纵向阻力需要最小化。在保护设计中,应首先选用低阻材料,以增大钢轨的截面积。短钢轨与长钢轨焊接时,应尽量减少钢轨焊接接头的纵向高电阻率。目前,为了降低轨道接头电阻,为杂散电流提供一条低电阻路径,减小杂散电流,通常采用长轨道和附加电缆连接两条回流轨道,另外,还可以从道床设计方面加强钢轨的绝缘,可以采用胶支撑浮制板式道床形式。
由于杂散电流与轨道对结构钢筋的过渡电阻成反比,增大轨道对结构钢筋的过渡电阻可以有效地减小杂散电流。随着地铁运营时间的增加,轨地过渡电阻减小,可通过嵌埋绝缘材料、加强钢轨与轨枕的绝缘连接等方式增大过渡电阻,以减少杂散电流。
02
排流控制
目前,在地铁线路直流牵引供电系统初期,会采用多种防护措施,保证回流轨对地绝缘完好,不产生或产生很少的杂散电流。但随着使用时间的增加,回流轨和绝缘扣件之间,回流轨与道床之间的绝缘垫片会不断受外界环境的影响,如潮湿、渗水等,使绝缘性能下降,产生大量的泄漏电流。针对该情况,可以通过设置合理有效的排流网,将回流轨中向地下泄漏的电流引回到牵引变电所,从而减少杂散电流的产生。
漏电保护是一种保护金属结构的无源电化学保护技术。其基本原理是减少走行轨,通过导线将受保护金属结构的阳极区连接起来,使埋地金属结构中的杂散电流通过导线从阳极区流回钢轨,最后流回牵引变电所的负极。此时,受保护的金属结构在极区变为负值,阴极区的金属将被还原以保护金属。
在地铁系统设计初期,一般需要设置有效的排流网络装置,通过排流网络收集泄漏的杂散电流,提供杂散电流的回流路径,减少杂散电流的扩散。
铁排流网一般由主体结构钢筋网和混凝土整体道床内杂散电流收集钢筋网组成。主体结构钢筋排流网是隧道混凝土主体结构中结构钢筋的纵向电气连接,形成流经第二电气通道的杂散电流,又称辅助排流网。道床内排流网由沿隧道纵向铺设的两层钢筋组成。纵向铺设的钢筋每隔50米左右通过钢筋焊接在一起,同时用钢筋使上下两层排流网跨接,使两层排流网纵向和横向电气连接。
来源:轨道科技网