探讨杂散电流防护系统的改造

摘要：

地铁建设工程中的杂散电流防护系统在实际运行中会出现各种故障，大部分是因为施工不当和电缆被盗引起的。随着网络技术和现场总线技术的发展，杂散电流监测系统已向着集中管理方向发展，能够更实时、更直观、更有效地对杂散电流进行监控和防护。本文通过讨论地铁杂散电流防护系统在施工过程中出现的问题及其解决的办法，分析了故障产生的原因，并且提出一些行之有效的改进方案，使得杂散电流防护系统能够有效的传输，为地铁运营提供参考数据。

关键词: 地铁杂散电流防护系统措施设置

中图分类号：U231+.2文献标识码： A 文章编号：

随着现代社会的急速发展，城市轨道交通工程也越来越复杂，又经过若干年的运营后，主体结构的杂散电流会相继发生腐蚀，主要影响城市轨道交通周围的埋地金属管道、通信电缆外皮，以及车站、区间隧道和高架桥梁主体结构中的钢筋，由于基本的结构在施工完成后已定型，所以在杂散电流腐蚀后而进行更换和翻新是十分困难的。所以，在保证地铁正常运行的情况下加强监测，重视杂散电流防护系统的施工，确保施工按设计要求。在有杂散电流腐蚀情况发生时，应采取积极有效的方法进行防护，以避免造成灾难性的后果。

1. 杂散电流防护系统的设计方法

在行业内，对杂散电流的防护设计一般用16个字来总结，即“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”。根据这个原则，提出了三种杂散电流防护系统的设计方法。

（1）“防”的方法：首先通过增加轨地过渡电阻值来加强绝缘，其次减小回流轨的纵向电阻。通过隔离、控制所有可能的杂散电流泄漏途径，以减少杂散电流进入轨道交通的主体结构的可能性。与之同时，控制杂散电流产生的源头，减少杂散电流产生的总量。

（2）“排流法”： 通过杂散电流的收集及排流系统，限制杂散电流向外泄漏，从而减少杂散电流腐蚀的金属构件与钢轨的腐蚀。通过排流柜进行极性排流，使杂散电流及时地回到牵引所整流器的负极。

（3）“测”的方法：主要是指通过在地铁沿线布置相当数量的传感器，然后对结构钢筋的腐蚀程度进行实时监测，为地铁运营维护提供必要的参考。通过对杂散电流进行实时监测，来采取一定的对策减轻其危害。

“防”的方法是控制源头的方法，具有主动性，而“排”的方法是被动的，因此最大限度地控制杂散电流的产生并且结合一定程度有效的补救措施，坚持“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则，更好的做好杂散电流防护系统的改造工作。

2. 杂散电流防护措施

2.1杂散电流收集网施工现状及分析

由于在杂散电流监测防护系统施工时，无法找到很大一部分排流网钢筋的测防端子，而不能把全线的排流网连接为一个整体，造成杂散电流收集网失去了连续的通道。所以，将全线杂散电流收集网连成一体（如下图），可以很好的收集杂散电流。有时候在施工中，由于结构段缺少测防端子，从而使杂散电流收集网出现中断的现象，所以此时的杂散电流收集网将不能形成有效的电气连接，继而对基础设施造成危害。

2.2 设置排流柜

选用具有极性排流功能的智能排流柜，安装于牵引降压混合变电所中，排流支路额定电流设计容量为 200 A/路，接地支路设计容量为 400 A，配置保护和监测电路。

排流柜根据排流柜智能控制器采取信息。排流柜在支路以最大排流电流值时，不会切断排流回路，但排流控制器将通过相应措施，在保证不损坏排流设备的同时继续排流，同时将报警信号通过通信接口上传到监控中心。将数字式 LED( 发光二极管) 、显示单元、报警信号单元和监测装置安装在排流柜屏上，并且在监控中心的远程监控下，监控排流柜的设备运行状态和排流电流的大小。

2.3 设置单向导通装置

单向导通装置是指在在车辆段进出线与正线间走行轨绝缘结附近及大库( 停车列检库、月检库等) 出口处安装的装置。要求达到 IP45 及以上防护等级，极限工作温度为 － 35 ℃ ～ 55 ℃。

该装置为了防护杂散电流，并且减少杂散电流的影响，使电流在回流轨中仅单方向流通，这也是因为电缆与绝缘结两端回流轨相连的原因。在该装置内部设置二极管支路、隔离开关和消弧装置。特殊运营方式下，隔离开关将直接与电气连接。当单向导通装置附近回流轨电位升高是由车辆再生制动而导致的，此时消弧装置与电气导通，为保证回流轨附近人员的安全，降低走行轨电位，限制绝缘结两端放电。此外，为实现电流、电压数据采集和二极管、隔离开关、消弧装置状态信号采集，以及智能消弧装置控制、电动隔离开关的控制，单向导通装置中还设置了一套智能控制器。

3. 杂散电流监测系统

设置杂散电流主收集网、辅助收集网；设置排流柜和单向导通装置；增大钢轨泄漏过渡电阻，减少泄漏电流等等，这都是杂散电流的防护措施，通过这些防护措施，虽然可以把杂散电流值限制在一定的范围内，但随着运营时间的增加，绝缘的不断老化，产生的杂散电流将会逐年增加。因此，需要设置杂散电流监测装置来实时监视杂散电流对城市轨道交通主体结构的运营情况，以便及时采取相应的维护措施。

安装在牵引变电所内的监测装置，通过现场总线与传感器、排流柜通信，完成本区间数据的存储、显示等处理，并通过以太网接口将数据传给杂散电流微机管理系统。杂散电流监测系统可以进行全方位的监测，并通过综合监控系统将相关信息传送至管理系统。运营人员可在办公室内直接查询各种统计信息，并根据分析结果，及时对相关区段进行相应的维护管理。

4. 杂散电流监测系统的改造

因为杂散电流回流通道的反向流不畅，造成结构钢筋腐蚀，且部分杂散电流泄漏到轨道交通外部系统，对周围环境造成危害。因此，有必要对这些区段进行重点监测，并根据检测结果及时准确地予以调整。

4.1基于监控和数据采集(SCADA)通道的集中式杂散电流检测系统

集中式杂散电流检测系统是利用变电所综合自动化的通信通道，以数据转换器和SCADA的通信接口，在各个测试点将参比电极、测试端子和钢轨接至传感器，然后通过通信电缆将沿线各个车站区段内的传感器接至位于各降压所的数据转换器，并且利用全所综合自动化统的通信通道将信息传至控制中心，最后由SCADA把数据收集到一起后转发到杂散电流微机显示终端。

4.2 基于光纤通信的集中式杂散电流监测系统

由于SCADA的系统中间接口复杂、通信环节多，导致通信延时长，并且SCADA的系统通道有时会采用两层通信机制，这就大大增加了系统出故障的可能性，继而降低了杂散电流检测系统的安全性和可靠性，为此，提出利用光纤通信的改进方案。

如下图2所示，该方案由监控主机、数据转接器和传感器组成。该方案将参比电极、测试端子和钢轨通过各个监测点接至传感器，然后经过通信电缆将沿线各个车站区段内的传感器接至数据转接器，最后利用光缆将信息传至监控主机。

图2 基于光纤通信的集中式杂散电流监测系统

5. 结语

通过对杂散电流实施的一系列监控和防护措施，并且随着网络技术和现场总线技术的发展，极大地推动了杂散电流防护系统的改进，进而有效地保障了人民生命财产的安全。

【参考文献】

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