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研究地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位安全

2020-06-11 178 上传者：管理员

摘要：直流牵引供电系统是地铁运行的动力来源,需要保证供电系统的良好运行,在实际运行过程中,会受到钢轨运行电位安全问题影响,因此,针对钢轨运行电位出现异常的问题钢轨电位限制装置频繁动作所带来的地铁运行不稳定的因素进行研究,是当前提高地铁运行稳定性和安全性的重要措施。

关键词：
地铁
电位安全
直流牵引供电系统
钢轨运行
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通过对我国运营地铁直流牵引供电系统中钢轨运行电位的研究和分析,可以发现钢轨运行电位受到很多因素的影响,例如钢轨阻抗大小以及回路电流的大小等都在一定程度上影响钢轨运行电位[1]。因此,为了保证地铁直流牵引供电系统能够在地铁的运行过程提供更好的电能,使钢轨运行电位具备良好的稳定性与安全性,相关技术人员必须了解地铁直流牵引供电系统的运行原理,并且采取合理的措施控制钢轨运行电位。

1、造成钢轨电位异常的主要原因

1.1 回流阻抗对钢轨运行电位的影响

地铁在实际的运行过程中,整个回流系统的阻抗受到很多因素的影响,这不仅与钢轨本体电阻有关,还与钢轨在焊接过程中焊接接头的电阻也有一定的关系[2]。在线路岔区,钢轨与回流电缆的连接电阻也是影响整个回流系统阻抗的重要因素。当前在我国很多城市中,地铁建设所使用的钢轨规格型号为60 kg/m,并且通过地铁相关运行机构和维护机构对运营的地铁线路钢轨纵向电阻检测结果得出,钢轨实际测量的电阻阻抗值大约为36 mΩ/km,超过了钢轨电阻阻抗在地铁运行过程中设置的最大值,可能会出现钢轨电位异常,从而影响整个地铁运行的安全性和稳定性。

同时,地铁相关维护机构和检测机构在对某地铁检修的过程中发现,钢轨运行电位异常的地铁线路,其回路电流也受到一定的影响,通过给钢轨并联电缆来改善在线路岔区接头处、钢轨接头处以及鱼尾板等位置的导流能力,发生钢轨电位异常的位置次数相对减少,说明在线路岔区接头处以及钢轨接头处等产生的回流阻抗,是当前导致钢轨电位异常的主要原因之一。地铁长时间的运行会对钢轨造成一定的磨损,磨损达到一定程度就需要对钢轨进行更换,在更换的过程中,由于考虑到钢轨更换的成本和更换的工期,一般情况下只会对局部的钢轨进行更换,将更换的局部钢轨与鱼尾板进行焊接,焊接处将会产生较大的回流阻抗,产生的回流阻抗也是当前影响钢轨电位正常运行的因素之一。

1.2 回流电流对钢轨运行电位的影响

当前在我国地铁的运行过程中,会将列车进行编组,对于列车6节一编组的地铁直流牵引供电系统来说,所能够提供的最大牵引电流在3 000 A左右,牵引运行时的最大钢轨电位为84～102 V,所产生的最大制动电流在4 500 A左右,制动时最大钢轨电位在135 V左右。对于列车采用8节一编组的,能够提供的最大的牵引电流在4 000 A左右,牵引运行时的最大钢轨电位为114～135 V,最大的制动电流在6 000 A左右,制动时最大钢轨电位在180 V左右。因此,回流电流与钢轨电位之间联系较大,所以回流电流也是当前影响钢轨运行电位的重要因素之一。

1.3 钢轨电位限制装置对钢轨运行电位的影响

在城市轨道交通的直流牵引系统中,利用运行钢轨回流牵引电流,钢轨对地不可能完全绝缘,并且钢轨存在纵向电阻,所以当钢轨上有电流流过时,就会产生对地高电位,故要求配置钢轨电位限制保护装置,用来防止车站建筑物地与运行钢轨及其上的车辆之间产生的危险电压,以保护人员和设备设施的安全。当钢轨实际运行电位大于钢轨电位限制整定值时,钢轨电位限制装置就会进行相应动作,而钢轨电位限制装置动作过于频繁,不仅会对钢轨的运行状态造成影响,长期还会对车站主体结构产生影响,因此合理的调整钢轨电位限制装置整定值,是当前减少钢轨电位限制装置动作频率以及改善钢轨运行状态的重要措施[3]。

当前我国地铁所使用的钢轨电位限制装置的电压一般分为三段,第一段电压U1主要是起到延时短路的作用,整定值大概在90 V左右;而二段电压U2主要是进行无延时的永久性短接,整定值大概为150 V左右;第三段电压U3主要是进行晶闸管快速短接,整定值大概为480 V左右,最长持续短接报警时间可以达到24h。我国有关设计规范给出的钢轨电位的整定值为90 V和120 V,现阶段《地铁设计规范》规定钢轨电位限制装置的电压为120 V,将电压U1调整为120 V,则可以极大的降低钢轨电位限制装置动作的次数。

2、提高地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位安全性的方法

钢轨电位限制装置的电压整定值和回流电流的大小以及回流阻抗的大小,是当前影响钢轨运行电位安全性的主要因素。因此,必须要采取相应的措施来提升地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位的安全性。

2.1 钢轨电位限制装置方面

车站钢轨电位限制装置过于频繁动作而长期接地或站台屏蔽门系统绝缘安装失效使得站台区域钢轨等效直接接地,其直接的后果是将原悬浮的回流系统转变为直接接地的回流系统,使得系统的杂散电流泄露增大。运营部门组织了对车站钢轨电位限制装置直接接地合闸运行时的泄露电流测试,测试结果表明,钢轨电位限制装置合闸后泄漏电流随列车运行工况不断改变,呈现低频交流特性,泄漏电流最大值约为440A ,回流电流最大值约630A。

通过实测分析可以证明,钢轨局部长期接地运行会造成大量的电流泄漏,对整个供电系统的杂散电流防护是一种危害,虽然短期内对整个地铁系统的安全运行不会有直接明显的危害,但长期对车站主体结构产生的影响不能被忽视。钢轨电位限制装置的频繁动作本身就是此类设备所具有的固有特性,应该是允许的。因此需要对钢轨电位及其保护装置的固有特性需作进一步研究,避免钢轨电位限制装置长期直接接地的运行方式。所以,在允许的范围内增大钢轨电位限制整定值,可以提升地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位的安全性。

2.2 路线设计方面

钢轨不仅是列车运行的轨道,也是直流牵引供电系统中回流的重要载体,需要在设计、施工和运营过程中给以充分的重视,以确保回流系统的畅通,使其回流阻抗在系统运行允许的范围内。既可以通过优化运行图来合理控制回路中的运行电流,从而降低钢轨电位;又可以通过改善钢轨的连接减少阻抗出现的位置,例如减少线路岔区接头及钢轨接头等来改善地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位的安全性。

2.3 运营维护方面

除了通过在限制装置方面进行相应的整定值的修订,以及在路线的设计方面进行合理的规划以外,在后期的运行维护方面,通过改善运营维护措施,加强电位检测力度,也可以有效的改善地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位的安全性。在地铁在日常运行的过程中,必须要加强对直流牵引供电系统的维护,以及对钢轨运行电位进行高频率的测量,保障钢轨运行的电位能够在安全的范围内进行使用。一旦电位出现了异常,及时的发现并且解决问题,从而能够保证全方位的提高地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位的安全性。

3、结语

为了保障人们日常出行的便捷、安全,必须要提高地铁运行的稳定性和安全性。直流牵引供电系统作为地铁重要组成部分,工作人员可以通过对直流牵引供电系统钢轨运行电位进行合理控制,以及在地铁后期运行的过程中加强对直流牵引供电系统设备的维护和管理,从而提高地铁系统运行的安全性和稳定性。

参考文献：

[1]孙磊.地铁直流牵引供电系统车网保护配合研究[D].北京:北京交通大学,2019.

[2]杜贵府.直流牵引供电系统回流安全关键技术研究[D].北京:中国矿业大学,2017.

[3]沈松伟.基于回流系统分布参数的直流牵引供电系统保护方法研究[D].北京:中国矿业大学,2017.

周荣焕.浅析地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位安全[J].技术与市场,2020,27(06):111+113.’