地铁单向导通装置原理分析及消弧优化方法

[摘 要]地铁直流线供电系统中杂散电流对附近结构钢筋和基础设施的危害很大，单向导通装置的导电特性能缩小杂散电流的存在与作用范围。通过单向导通装置的设置原则和工作原理，分析广州地铁一号线绝缘结消弧运行中存在的不足，提出绝缘结提高消弧效果的建议。

[关键词]杂散电流 单向导通装置 绝缘结消弧 优化建议

中图分类号：TN125.31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0043-01

1 概述

地铁运输系统一般采用DC1500V或DC750V牵引供电系统，利用牵引轨流回变电所。由于现场客观环境影响当走行轨与大地绝缘不良时，不可避免会有电流从走行轨泄入大地，产生杂散电流对地下或地面的金属构件如结构钢筋、地下管线等产生电化学腐蚀影响其使用寿命及安全运行，因此缩小杂散电流的存在与作用范围，减少杂散电流腐蚀十分重要。在地铁牵引轨系统中，常在轨道的某些特殊地段设置绝缘结和单向导通装置来缩小杂散电流的存在与作用范围，从而减少杂散电流腐蚀。本文将根据单向导通装置的设置原则和工作原理，分析广州地铁一号线绝缘结消弧运行中存在的不足，提出绝缘结提高消弧效果的建议。

2 单向导通装置设置原则

2.1 选择泄漏电阻大区域回流原则

在地铁交通中不同的区域钢轨采用不同的安装形式，这些区域钢轨对道床的泄漏电阻大小顺序是：隧道内整体道床>地面段道渣道床>车辆段道渣道床。通过在钢轨上安装置绝缘结的方法来将不同泄露电阻的钢轨区域隔开，为保证回流电流的正常流动，必须在绝缘接头两端连接单向导通装置，使钢轨中电流只流通一个方向，而在另一个方向截止。使当列车在泄漏电阻较小的区域区时（如地面上的道渣道床），钢轨上的回流电流就会通过单向导通装置单向流通到泄漏电阻较大的区域（如地下的整体道床），然后流回负母线。同样当列车运行在泄漏电阻较大的区域时（如地下的整体道床），钢轨中的回流电流由于有了单向导通装置就不会流至汇漏电阻较小的区域。从而也就有效地减少了杂散电流，降低了地下金属管道的电化学腐蚀程度。

2.2 过江段隧道等重点区域防护原则

过江隧道的线路坡道往往较大，造成列车通过的牵引电流也较大，导致钢轨电位升高，同时隧道内环境潮湿，其钢轨对地绝缘电阻降低较快。为了加强对过江隧道防护，采用江隧两端设置绝缘结加装单向导通装置的方法，使江隧道内钢轨与其他正线钢轨隔离。当列车在过江隧道区段运行时，钢轨中的回流电流通过单向导通装置流至隧道外的牵引所，当列车在过江隧道外运行时，由于单向导通装置阻断作用回流电流不会流至隧道内，从而减少该段钢轨泄漏的杂散电流。

3 消弧功能工作原理

为了使单向导通装置在任何情况下不产生电弧而烧损轨道，必须保证在列车通过绝缘结的瞬间，不会产生较大的过电压，满足不了电弧产生的条件。DXHO-1型单向导通装置通过安装检测列车是否通过绝缘结的测距传感器，在单向导通装置的主回路上并联可以控制的大功率电子开关，单向导通装置的智能检测控制装置始终监测绝缘结两端电压UAB，同时监测列车是否通过绝缘结，当列车通过绝缘结且UAB大于某一数值时，智能检测控制装置的触发电路给可控硅输出触发脉冲，可控硅导通把绝缘结AB两端短路，防止列车离开绝缘结时出现电流突变的情况，从而避免了电弧的产生。实施措施原理如图1所示。

4 消弧功能优化方法

4.1 增加测距传感器数量

DXHO-1型单向导通装置测距传感器采用直流110V电源供电，用反射红外线的原理检测是否有列车通过。广州地铁一号线在2012年至2013年曾发生过2起测距传感器1A熔断器烧断事件，测距传感器失电停止工作导致消弧功能完全失效，造成绝缘节两端与列车轮对拉弧，对钢轨造成损伤。

熔断器是保证距传感器安全运行的电器元件，在电流异常升高时会自身熔断来切断电流，在电流正常却不能自行恢复。故建议将距传感器由一台增加至两台，每台采用独立电源分别安装于轨道两侧，两台传感器采用并列逻辑关系，只要保证一台传感器运行就使致消弧功能工作，有效提高DXHO-1型单向导通装置可靠性。

4.2 优化灭弧装置启动条件

根据电弧理论，如果电路中电压大于10―12V，且电流大于80―100mA，分开的触头之间就会产生电弧，广州地铁一号线启动列车在珠江隧道通过绝缘结后，如果仍然处于再生制动状态，则绝缘结的电压UAB≥1500V，可能击穿绝缘结产生电弧，因此解决的方案是：智能检测装置检测绝缘结两端的电压UAB大于 150V时触发可控硅，可控硅导通使得绝缘结电压UAB等于可控硅的管压降值，从而避免了这一情况的产生。广州地铁一号线带消弧功能的单向导通装置的可控硅触发条件为：

（1）智能控制系统检测到列车通过绝缘结的信号，同时检测绝缘结电压UAB≥12V时，触发可控硅。

（2）无论是否检测到列车到位信号，只要智能控制系统检测绝缘结电压UAB≥150V时，触发可控硅。

钢轨绝缘结拉弧都发生在列车经过时，且此刻列车已将绝缘结两端钢轨短接，故将第（1）条可控硅触发条件更改为“无论缘结电压UAB大小，只要智能控制系统检测到列车通过绝缘结的信号时，触发可控硅”。有效提高钢轨绝缘结的可靠性。

5 结论

本文从单向导通装置的设置原则和工作原理等方面，对地铁杂散电流的防护进行探讨，认为在轨道的特殊地段设置绝缘结并安装单向导通装置是防止杂散电流的有效手段，通过对广州地铁一号线DXHO-1型带消弧功能的单向导通装置在现场使用情况， 提出绝缘结提高消弧效果的建议，提高DXHO-1型单向导通装置和钢轨绝缘结可靠性，保证列车安全运行。

参考文献

[1]李威，赵煜“地铁列车通过绝缘结消弧方法的研究”《中国矿业大学学报》2004年第一期，86-89页。

[2] 孟祥印，郝峰“城轨交通隧道过江段杂散电流防护方案探讨”《现在城市轨道交通》2014年第四期，62-63页。

[3] 黄玉苹“城市轨道交通杂散电流防护系统”《城市轨道交通研究》2012年第十二期，117-118页。

作者简介

杨传杰，男，广东，1987年9月，大学本科，广州市地下铁道总公司运营事业总部，助理工程师，地铁供电。