杂散电流基础知识培训剖析

地铁杂散电流防护文小龙地铁常识地铁供电系统模型分析杂散电流测量杂散电流防护排流柜单向导通装置框架泄漏保护装置钢轨限位装置杂散电流介绍目录地铁常识地铁车站类型，按功能分为以下四种：中间站只供乘客上下车用车站折返站在中间站设有折返线路设备即称为折返站，一般在市区客流量大的区段设立，可以满足乘客需要，节省运营开支换乘站既用于乘客乘降又为乘客提供换乘的车站终点站地铁线路两端的车站，除了供乘客上下或换乘外，通常还供列车停留、折返、临修及检修使用地铁常识地铁路网基本类型：单线式、单环线式、多线式、蛛网式引申类型：放射形、棋盘式、棋盘加环线等地铁每条线路都由区间隧道（地下）或地面线路和高架桥（地上）、车站及附属建筑物构成。地铁常识地铁车辆地铁车辆分为动车（带动力装置）和拖车（不带动力装置），以及带司机室和不带司机室多种形式。地铁车辆由车体、动力转向架和非动力转向架、牵引缓冲连接装置、制动装置、受流装置、车辆内部设备、车辆电气系统等组成。地铁常识地铁轨道轨道的构造主要包括钢轨、扣件、轨枕、道渣、排水沟、边坡等现代化轨道为彻底改善钢轨接头之缺点，采取连续焊接之方式，以连续焊接钢轨取代钢轨接头，藉以减少轨道之维修工作，并可增加使用年限，此称为长焊钢轨地铁常识地铁道岔与侧线道岔是引导车辆进入所指定的另一轨道或车场、工厂之轨道，由一组转辙器、一个岔心(辙叉)、两根护轨、一排岔枕组成，其扳动方式分为手动和电动两种，以达到切换轨道路线的目的。侧线主要提供列车会车及待避之用。架空接触网置于车辆限界的上限平面以上或位于该平面通过受电弓向电动客车输送电能的接触网。接触轨用金属轨条制成的向电动客车供给电能的刚性导电体其标高通常与走行轨的标高相接近走行轨用来车辆通行的轨道均流线连接上下行回流轨使其均匀回流的跨越导线返回目录地铁供电系统地铁的供电电源要求安全可靠，通常由城市电网供给。目前，国内各城市对地铁及城市轨道交通的供电一般有三种方式，即分散供电方式、集中供电方式、分散与集中相结合的混合供电方式。地铁供电系统分散供电方式沿地铁线路的城市电网（通常是10KV电压等级）分别向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。前提条件是城市电网在地铁沿线有足够的变电站和备用容量，并能满足地铁牵引供电的可靠性要求。早期的北京地铁采取的就是这种供电方式。地铁供电系统集中供电方式城市电网（通常是110KV或66KV电压等级）向地铁的专用主变电所供电，主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电，地铁自身组成完整的供电网络系统。近几年新建的地铁系统多采用集中供电方式，如上海、广州、深圳地铁等。地铁供电系统分散与集中相结合的混合供电方式分散供电与集中供电相结合构成了混合供电方式。混合供电可充分利用城市电网的资源，节约投资，但供电可靠性不如集中供电方式，管理亦不够方便。我国目前大多数地铁和城轨交通均采用集中供电方式。本次培训涉及地铁均默认为集中供电方式。地铁供电系统地铁供电系统的组成地铁供电通常取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。通常取自城市电网电压为110KV，经过中压网络传输到地铁的牵引变电所和降压变电所。国内采用的中压等级一般为35KV、33KV、10KV电压等级。其中33KV为非标准电压等级，国内上海地铁１号线、广州地铁１号线采用该电压等级。北京和天津的地铁和城市轨道交通的中压供电网络采用了10KV电压等级深圳地铁1、4号线和南京地铁南北线的中压供电网络均采用35KV电压等级。地铁供电系统根据用电性质的不同，地铁供电系统可分为两部分：由牵引变电所为主组成的牵引供电系统和以降压变电所为主组成的动力照明供电系统。牵引供电系统主要由主变电所、牵引变电所、接触网、电力监控、供电缆网等组成。提供地铁车辆的牵引动力电源。动力照明供电系统主要由降压变电所、低压母线排、配电设备、线缆、用电设备等组成。提供地铁机电设备动力电源和照明电源。此外，还应设置地铁应急电源系统，如小型发电机、ＥＰＳ电源、ＵＰＳ电源等。地铁供电系统示例一一次系统图地铁供电系统示例二采用35KV传输的牵引变电所地铁供电系统牵引供电系统城市轨道交通和地铁的牵引供电系统通常均采用较低电压的直流供电制式。国际电工委员会拟定的电压标准为：600V、750V、1500V三种，后两种电压为推荐值。我国国标规定为750V和1500V。北京地铁采用的是750V直流供电电压，上海地铁、广州地铁、深圳地铁等均采用的是1500V直流供电电压。地铁供电系统牵引供电系统牵引供电系统直流标称电压应采用750V或1500V，波动范围如下。直流供电系统的正、负极均不接地。地铁供电系统受电方式地铁及城市轨道交通一般采用架空接触网或接触轨两种受电方式。目前，一般DC750均采用接触轨受电方式，DC1500V采用架空线受电，但有部分地方开始采用DC1500V接触轨受电。架空线受电接触轨受电地铁供电系统轨道回流地铁一般采用走行轨或采用专用的回流轨回流。当采用走形轨回流时，直流牵引回流电路由走行轨及其电气连接件和回流电缆组成。我国标准规定：利用走行轨回流，且在最大负载时，轨上任意一点对地电位差应不大于90V(欧洲标准为92V)新建线路，走行轨对地电阻值，分段测量时每公里不小于15Ω地铁供电系统电分段、单边供电、双边供电地铁牵引供电系统由分布在地铁沿线的牵引变电所及沿轨道架设的接触网组成。每个变电所的两侧为一个供电区间，每个供电区间长度在1-3km左右。牵引变电所每一侧的接触网称为“供电臂”。为了保证地铁供电的可靠性及安全性，牵引变电所输出正母线通过接触网全线相连，两个变电所之间设置电分段。当一个电分段只有一个牵引变电所供电时，我们称之为：单边供电。如果一个电分段有两个牵引变电所供电，则为双边供电。地铁供电系统电分段地铁供电系统双边供电单边供电返回目录杂散电流介绍杂散电流，又称迷流（straycurrent），任何不按预定通路而流动的电流。杂散电流区域，电流在直流牵引系统与金属结构或地之间流动的区域。一般来说，杂散电流流动的区域可以到几公里远。杂散电流介绍地铁杂散电流形成原因地铁中，很多铁路采用走形轨、走行轨连接件以及电缆组成回流系统。走行轨与地之间并非绝对绝缘，而是有一定的对地电阻，存在多个电流泄漏点，因而形成杂散电流。杂散电流介绍杂散电流危害杂散电流的通路如图所示,它实质上形成两个串联的电池。钢轨（阳极）---土壤---金属管线（阴极）（电池Ⅰ）金属管线（阳极）---土壤---钢轨（阴极）（电池Ⅱ）杂散电流介绍杂散电流危害地铁隧道中是非常潮湿的，隧道中的水蒸气多为酸性，金属的腐蚀是一种化学反应，其化学反应式如下：腐蚀产生物为金属的铁锈。排流网是杂散电流的良好通道。在回流点附近，杂散电流从排流网的结构钢中流出。排流网的结构钢因失去电子，而带正电，铁离子与水蒸气中的硫酸根离子作用而变成硫酸盐，因而被腐蚀。杂散电流介绍杂散电流危害杂散电流破坏混凝土结构腐蚀反应产生的腐蚀产物Fe(OH)2、Fe2O3.xH2O（红锈）、Fe3O4（黑锈）等在钢筋或钢管表面沉淀形成锈层，膨胀致使混凝土涨裂。杂散电流造成埋地管线局部穿孔杂散电流流由于数值大，使金属发生的腐蚀较快，经常遭受迷流腐蚀的管线几个月便会穿孔。杂散电流危及人体安全当杂散电流过大时，钢轨电位将会上升，同时轨地之间电位差增大，当超过92V（德国标准），人体就会有触电危险。杂散电流影响通讯设备返回目录模型分析由于整个地铁线路是由多个变电所为机车供电，供电方式、列车的负荷、线路条件都是变量等多方面的原因，地铁严格意义上的杂散电流泄露的理论公式是很难推导的。为了简化所要研究的问题，且能够达到了解杂散电流分布规律的要求，采取理想的条件来建立地铁杂散电流分布的数学模型，并进行了数学公式的推导。模型分析假设轨道电阻沿线均匀分布；过渡电阻在轨道和排流网间均匀分布：忽略系统向外的泄漏电流；忽略馈电线路的阻抗。模型分析单边供电Rs轨道纵向电阻，Ω/kmRg1轨道与排流网之间的过渡电阻，Ω/kmRp排流网纵向电阻，Ω/kmRg2排流网与大地之间的过渡电阻，Ω/kmRd大地纵向电阻，Ω/kmu1(X)为在X处走行轨与排流网之间的电压Vu2(x)为在X处排流网与大地之间的电压，Vil(x)为走行轨在处的电流，Ai2(x)为排流网在x处的电流，Ai3(x)为大地在X处的电流，AX为距变电所的距离，kmL为机车据变电所的距离，kmI为机车取流电流，A模型分析单边供电根据以下公式带入经验数值，通过仿真软件，我们可以得到一定的规律模型分析单边供电，排流网不排流，供电区间长度变化时参数分布规律当机车与变电所间距离增加时，轨道电压，轨道电流损失量以及泄漏杂散电流总量均大幅度增加。模型分析单边供电，排流网不排流，机车取流电流变化时参数分布规律当机车取流电流增加时，轨道电压、轨道电流以及泄漏杂散电流总量均大幅度增加模型分析单边供电，排流网不排流，轨地过渡电阻变化时参数分布规律当轨地过渡电阻低于3Ω/km时，轨道电压、轨道电流以及泄漏杂散电流总量均大幅度增加模型分析单边供电，排流网不排流，轨道纵向电阻变化时参数分布规律当轨道纵向电阻增加时，轨道电压，轨道电流损失量以及泄漏杂散电流总量均大幅度增加模型分析单边供电，排流网不排流，各量的分布规律1)轨道电压：从变电所到机车处，轨道电压逐渐增加，且在变电所处为负的最大值，在机车处为正的最大值，在机车与变电所的中点，电压值为零。2)轨道电流：从变电所到机车处轨道电流先减小后增加，以变电所和机车处轨道电流最大且相等，以机车与变电所中点对称，在机车与变电所的中点处最小，此处的轨道电流损失最严重；3)泄漏杂散电流总量：从变电所到机车处泄漏杂散电流总量先增加后减少，在变电所和机车处为零，在机车与变电所的中点处最大，此处泄漏的杂散电流最大，整个分布规律也是以机车与变电所中点对称。模型分析单边供电，排流网排流，供电区间长度变化时参数分布规律当机车与变电所间距离增加时，轨道电压，轨道电流损失量以及泄漏杂散电流总量均大幅度增加。模型分析单边供电，排流网排流，轨地过渡电阻变化时参数分布规律当轨地过渡电阻低于3Ω/km时，轨道电压、轨道电流以及泄漏杂散电流总量均大幅度增加模型分析单边供电，排流网排流，轨道纵向电阻变化时参数分布规律当轨道纵向电阻增加时，轨道电压，轨道电流损失量以及泄漏杂散电流总量均大幅度增加模型分析单边供电，排流网排流，各量的分布规律1)轨道电压：从变电所道机车处，轨道电压逐渐增加，且在变电所处为负的最大值，在机车处为正的最大值，但是轨道电压为零的点并不是在机车与变电所的中点。2)轨道电流：从变电所到机车处轨道电流先减小后增加，轨道电流的值不关于某点对称，在轨道电压为零处的轨道电流损失最严重。3)泄漏杂散电流总量：从变电所到机车处泄漏杂散电流总量先增加后减少，在轨道电压为零处，泄漏的杂散电流最大。模型分析单边供电，排流网排流前后，各量的分布规律模型分析单边供电，排流网排流前后，各量的分布规律排流后，轨道电压增加，这就需要在排流的时候考虑轨道电压是否会达到92V，会不会给地铁员工和乘客的人身安全带来问题，可以通过此电位对排流柜上的限流电阻进行自动调节，来解决这个问题；排流后，轨道电流减少，说明轨道电流的损失量增加：排流后，泄漏杂散电流总量增加，这就使得排流管道周围未加排流保护的金属管线受到杂散电流腐蚀的危险加大。返回目录杂散电流测量目前研究以直流为主，交流为辅，对于直交混杂的情况，国内外的研究者正在积极地做各种定性、定量的实验。国外的地铁管理部门及高等院校内均设置了专门机构从事这方面研究并取得了丰富成果。我国的地铁建设起步较晚，因而对于杂散电流的相关研究开展比较晚，目前国内只有少数几家研究机构，如中国矿业大学等。目前国际上杂散电流防护通常采用VDE0115国际标准、欧洲标准EN50122-2、EN50162和德国(VDV)501／2标准。我国唯一杂散电流标准是1992年颁布的《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》。杂散电流测量直