论文部分内容阅读
摘 要：城市轨道交通工程采用直流牵引供电系统，通过钢轨进行回流，鉴于走行轨不能完全绝缘于道床结构，因此存在杂散电流泄漏。杂散电流容易对土建结构钢筋以及设备金属外壳和地下金属管线产生腐蚀。车辆基地埋地管线、上盖物业开发相对集中，整体绝缘相对较差，因此，车辆基地是杂散电流防护的薄弱环节。目前，场段中为了减小杂散电流影响，采取了设置单向导通装置、分区回流、设置均流电缆减小回流电阻等措施，但杂散电流问题依然突出。本文以深圳九号线侨城东车辆段为例，提出杂散电流设计需遵循“以防为重点，以排为辅助，加强结合”的原则，除了做好常规轨道绝缘、加强回流通路等措施，还应设置收集网、排流柜，并加强监测。
关键词：城市轨道交通 车辆基地 杂散电流防护 收集网 杂散电流监测系统
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0068-02
城市轨道交通工程牵引供电系统主要采用以走行轨为回流通路的直流牵引供电系统，由于运营环境、经济及其他方面的限制，走行轨不能完全绝缘于道床结构，因此牵引回流电流不可避免地经走行轨向道床及其他结构泄漏产生杂散电流。杂散电流对土建结构钢筋、设备金属外壳及地下金属管线产生腐蚀。腐蚀主要存在以下三方面危害：一是造成对轨道交通主体结构钢筋腐蚀，影响其使用寿命与安全；二是对轨道交通金属管线腐蚀，直接影响交通轨道的营运安全，这样增加了运营方面成本；三是对轨道交通沿线城市公用管线或结构钢筋产生“杂散电流污染（腐蚀）”，另外影响了轨道交通以外沿线公共设施的安全及寿命。车辆基地是杂散电流防护的薄弱短板地方，杂散电流问题相对突出。本文以深圳九号线侨城东车辆段为例，提出杂散电流防护方案，为国内城市轨道交通车辆基地的杂散电流防护设计提供参考。
1 车辆基地杂散电流防护常规措施
（1）钢轨采用绝缘法安装。
在轨道与混凝土轨枕之间，在紧固螺栓、道钉与混凝土轨枕之间及扣件与混凝土轨枕之间采取绝缘措施，加强轨道对道床绝缘，以减少钢轨泄漏电流。钢轨与道床间泄漏电阻应不小于15·km。道岔采用绝缘扣件。道岔转辙装置的控制电缆的金属外铠装与道岔本体之间应具有绝缘措施。
（2）分区回流。
通过在车辆基地与正线间设置绝缘轨缝及单向导通装置，限制正线区段钢轨电流通过车辆基地钢轨回流，使车辆基地内部杂散电流降低了泄漏水平。同理，车辆基地库内外线路间设置绝缘轨缝及单向导通装置，限制钢轨电流通过库内钢轨泄漏。
车辆基地面积较大且线路集中密集。根据客观工程状况，通过设置增加多个回流点，达到牵引电流就近回流，这样可以起到限制钢轨电流泄漏的作用。
（3）减小回流电阻。
钢轨采用60kg/km重轨，且焊接为无缝长钢轨，若采用短钢轨，用鱼尾板螺栓连接，则两根钢轨之间必须加连接一根截面为150mm2以上的绝缘铜电缆。车辆基地内线路密集，通过均流电缆的适当设置，可以使钢轨电流均匀分布，降低钢轨电位，达到减小钢轨电流泄漏的作用。
（4）加强金属管线自身防护能力。
车辆基地杂散电流防护能力比较弱、条件差，对车辆基地内及其附近机电设备及金属管线采取必要的措施，这样能大大提高对杂散电流腐蚀的防护等级，堵住了杂散电流通过金属管线向车辆基地外泄漏。
2 侨城东车辆段杂散电流防护方案
侨城东车辆段总占地面积约为24.1公顷，为保护上盖及车辆段建筑本体安全，对杂散更应加强防护，同时应考虑监测及排流措施。
2.1 回流系统设置
负回流系统通过采用上一章节的常规防护措施，增设均回流电缆、绝缘节及单向导通装置减小回流纵向电阻，即采取以防为主的措施，從源头减少杂散电流泄漏。根据接触网分段情况，分别在出入段线、试车线、联合检修库、运用库区域设置回流箱，并通过回流电缆接至车辆段牵引变电所。
（1）出入段线与正线间、联合检修库内线路与库外线路之间、运用库库内与库外线路之间、电化线路与非电化线路之间、电化线路尽头等设绝缘轨缝，并在出入段线与正线间、联合检修库内线路与库外线路之间、运用库库内与库外线路之间轨缝处设置单向导通装置。
（2）电化线路区域根据规模大小设置均流电缆。
（3）运用库根据规模大小，就近设置钢轨电位限制装置。
2.2 杂散电流收集网及监测系统设置
以排为辅助，加强监测体现在杂散电流收集网与监测系统的设置。随着运营时间的延长，不可避免产生杂散电流泄漏，通过设置收集网、排流柜和监测系统，可根据收集网钢筋极化电位监测结果启动排流，提供杂散电流返回变电所负极的金属通路，以防止杂散电流向外泄漏。
2.2.1 钢筋网方案
侨城东车辆段根据道床型式，收集网方案如下：（1）运用库采用整体道床，将整体道床钢筋焊接成电气贯通，形成杂散电流收集网。（2）停车列检库采用柱式检查坑道床型式，将立柱结构钢筋与主体结构钢筋焊接，形成主体结构钢筋网。（3）联合检修库采用壁式检查坑道床型式，将立柱结构钢筋与主体结构钢筋焊接，形成主体结构钢筋网。（4）工程车库采用壁式检查坑道床型式，将检查坑钢筋与主体结构钢筋焊接，形成主体结构钢筋网。（5）库外采用碎石道床，无法做收集网。
上述钢筋网之间互相独立，电气不贯通。
整体道床、柱式检查坑及壁式检查坑的钢筋焊接示意图如图1、图2、图3所示。
2.2.2 监测系统方案
在收集网与钢筋网设置测试端子、参比电极，将其纳入监测系统，监测钢筋腐蚀情况，收集网同时设置排流端子，通过排流电缆连接排流端子与变电所排流柜，根据监测系统监测数据进行排流。实际工程设计中，为了加强杂散电流的防护，主体结构钢筋网预留排流端子，后期根据监测系统监测数据具备接入排流系统的条件。
车辆段采用集中式监测方案，杂散电流监测系统由设置在库内的测量端子、参比电极、智能传感器和设置在变电所的监测装置组成。杂散电流监测信息从如下监测点采集：（1）整体道床结构钢筋测量端子。（2）车辆段主体结构钢筋测量端子。（3）参比电极。（4）走行轨。在各个监测点，参比电极和测量端子通过控制电缆接至智能传感器，智能传感器通过通信电缆连接到车辆段变电所内的监测装置，监测装置通过通信接口与变电所综合自动化通信，由其将处理和统计后的数据经由综合监控网络集成至NOCC的SCADA，由SCADA对监测信息进行汇总处理，以方便供电维护人员在办公室内直接查询道床及主体结构钢筋极化电位及其他各种统计信息，并可打印各种管理报表。
车辆段监测系统图见图4。
3 结语
地铁车辆基地，整体绝缘相对较差，运营环境复杂，管线较集中，成为杂散电流防护的薄弱环节，设置了上盖物业的车辆基地，由于上盖主体结构在轨道之间，更应加强防护。车辆基地杂散电流防护设计应遵循“以防为重点，以排为辅助，加强监测”的原则，即除了应做好常规的钢轨绝缘、设置回流通路外，还需设置排流网及监测系统，对道床钢筋及主体结构钢筋进行监测，并根据监测结果将排流柜投入运行，减少杂散电流的扩散。
参考文献
[1] CJJ 49-92，地铁杂散电流腐蚀防护技术规程[S].北京：中国计划出版社，1993.
[2] GB 50157-2013，地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013.
[3] 黄晓静.车辆段的杂散电流防护[J].电子测试，2015（2）.
[4] 许建国.浅谈杂散电流腐蚀机理及防护措施[J].铁道机车车辆，2005，25（3）：61-64.
关键词：城市轨道交通 车辆基地 杂散电流防护 收集网 杂散电流监测系统
中图分类号：U231 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）01（a）-0068-02
城市轨道交通工程牵引供电系统主要采用以走行轨为回流通路的直流牵引供电系统，由于运营环境、经济及其他方面的限制，走行轨不能完全绝缘于道床结构，因此牵引回流电流不可避免地经走行轨向道床及其他结构泄漏产生杂散电流。杂散电流对土建结构钢筋、设备金属外壳及地下金属管线产生腐蚀。腐蚀主要存在以下三方面危害：一是造成对轨道交通主体结构钢筋腐蚀，影响其使用寿命与安全；二是对轨道交通金属管线腐蚀，直接影响交通轨道的营运安全，这样增加了运营方面成本；三是对轨道交通沿线城市公用管线或结构钢筋产生“杂散电流污染（腐蚀）”，另外影响了轨道交通以外沿线公共设施的安全及寿命。车辆基地是杂散电流防护的薄弱短板地方，杂散电流问题相对突出。本文以深圳九号线侨城东车辆段为例，提出杂散电流防护方案，为国内城市轨道交通车辆基地的杂散电流防护设计提供参考。
1 车辆基地杂散电流防护常规措施
（1）钢轨采用绝缘法安装。
在轨道与混凝土轨枕之间，在紧固螺栓、道钉与混凝土轨枕之间及扣件与混凝土轨枕之间采取绝缘措施，加强轨道对道床绝缘，以减少钢轨泄漏电流。钢轨与道床间泄漏电阻应不小于15·km。道岔采用绝缘扣件。道岔转辙装置的控制电缆的金属外铠装与道岔本体之间应具有绝缘措施。
（2）分区回流。
通过在车辆基地与正线间设置绝缘轨缝及单向导通装置，限制正线区段钢轨电流通过车辆基地钢轨回流，使车辆基地内部杂散电流降低了泄漏水平。同理，车辆基地库内外线路间设置绝缘轨缝及单向导通装置，限制钢轨电流通过库内钢轨泄漏。
车辆基地面积较大且线路集中密集。根据客观工程状况，通过设置增加多个回流点，达到牵引电流就近回流，这样可以起到限制钢轨电流泄漏的作用。
（3）减小回流电阻。
钢轨采用60kg/km重轨，且焊接为无缝长钢轨，若采用短钢轨，用鱼尾板螺栓连接，则两根钢轨之间必须加连接一根截面为150mm2以上的绝缘铜电缆。车辆基地内线路密集，通过均流电缆的适当设置，可以使钢轨电流均匀分布，降低钢轨电位，达到减小钢轨电流泄漏的作用。
（4）加强金属管线自身防护能力。
车辆基地杂散电流防护能力比较弱、条件差，对车辆基地内及其附近机电设备及金属管线采取必要的措施，这样能大大提高对杂散电流腐蚀的防护等级，堵住了杂散电流通过金属管线向车辆基地外泄漏。
2 侨城东车辆段杂散电流防护方案
侨城东车辆段总占地面积约为24.1公顷，为保护上盖及车辆段建筑本体安全，对杂散更应加强防护，同时应考虑监测及排流措施。
2.1 回流系统设置
负回流系统通过采用上一章节的常规防护措施，增设均回流电缆、绝缘节及单向导通装置减小回流纵向电阻，即采取以防为主的措施，從源头减少杂散电流泄漏。根据接触网分段情况，分别在出入段线、试车线、联合检修库、运用库区域设置回流箱，并通过回流电缆接至车辆段牵引变电所。
（1）出入段线与正线间、联合检修库内线路与库外线路之间、运用库库内与库外线路之间、电化线路与非电化线路之间、电化线路尽头等设绝缘轨缝，并在出入段线与正线间、联合检修库内线路与库外线路之间、运用库库内与库外线路之间轨缝处设置单向导通装置。
（2）电化线路区域根据规模大小设置均流电缆。
（3）运用库根据规模大小，就近设置钢轨电位限制装置。
2.2 杂散电流收集网及监测系统设置
以排为辅助，加强监测体现在杂散电流收集网与监测系统的设置。随着运营时间的延长，不可避免产生杂散电流泄漏，通过设置收集网、排流柜和监测系统，可根据收集网钢筋极化电位监测结果启动排流，提供杂散电流返回变电所负极的金属通路，以防止杂散电流向外泄漏。
2.2.1 钢筋网方案
侨城东车辆段根据道床型式，收集网方案如下：（1）运用库采用整体道床，将整体道床钢筋焊接成电气贯通，形成杂散电流收集网。（2）停车列检库采用柱式检查坑道床型式，将立柱结构钢筋与主体结构钢筋焊接，形成主体结构钢筋网。（3）联合检修库采用壁式检查坑道床型式，将立柱结构钢筋与主体结构钢筋焊接，形成主体结构钢筋网。（4）工程车库采用壁式检查坑道床型式，将检查坑钢筋与主体结构钢筋焊接，形成主体结构钢筋网。（5）库外采用碎石道床，无法做收集网。
上述钢筋网之间互相独立，电气不贯通。
整体道床、柱式检查坑及壁式检查坑的钢筋焊接示意图如图1、图2、图3所示。
2.2.2 监测系统方案
在收集网与钢筋网设置测试端子、参比电极，将其纳入监测系统，监测钢筋腐蚀情况，收集网同时设置排流端子，通过排流电缆连接排流端子与变电所排流柜，根据监测系统监测数据进行排流。实际工程设计中，为了加强杂散电流的防护，主体结构钢筋网预留排流端子，后期根据监测系统监测数据具备接入排流系统的条件。
车辆段采用集中式监测方案，杂散电流监测系统由设置在库内的测量端子、参比电极、智能传感器和设置在变电所的监测装置组成。杂散电流监测信息从如下监测点采集：（1）整体道床结构钢筋测量端子。（2）车辆段主体结构钢筋测量端子。（3）参比电极。（4）走行轨。在各个监测点，参比电极和测量端子通过控制电缆接至智能传感器，智能传感器通过通信电缆连接到车辆段变电所内的监测装置，监测装置通过通信接口与变电所综合自动化通信，由其将处理和统计后的数据经由综合监控网络集成至NOCC的SCADA，由SCADA对监测信息进行汇总处理，以方便供电维护人员在办公室内直接查询道床及主体结构钢筋极化电位及其他各种统计信息，并可打印各种管理报表。
车辆段监测系统图见图4。
3 结语
地铁车辆基地，整体绝缘相对较差，运营环境复杂，管线较集中，成为杂散电流防护的薄弱环节，设置了上盖物业的车辆基地，由于上盖主体结构在轨道之间，更应加强防护。车辆基地杂散电流防护设计应遵循“以防为重点，以排为辅助，加强监测”的原则，即除了应做好常规的钢轨绝缘、设置回流通路外，还需设置排流网及监测系统，对道床钢筋及主体结构钢筋进行监测，并根据监测结果将排流柜投入运行，减少杂散电流的扩散。
参考文献
[1] CJJ 49-92，地铁杂散电流腐蚀防护技术规程[S].北京：中国计划出版社，1993.
[2] GB 50157-2013，地铁设计规范[S].北京：中国计划出版社，2013.
[3] 黄晓静.车辆段的杂散电流防护[J].电子测试，2015（2）.
[4] 许建国.浅谈杂散电流腐蚀机理及防护措施[J].铁道机车车辆，2005，25（3）：61-64.