浅谈地铁工程轨地过渡电阻测量及分析

摘要：地铁运行基本采用走形轨回流的直流牵引供电方式，不可避免的产生杂散电流。杂散电流对土建结构钢筋、埋地通信信号电缆外皮、地下金属管线及沿线安装的通信信号设备外壳产生电化学腐蚀。轨地过渡电阻是影响杂散电流泄露程度的关键参数，对其进行测量及结果分析对于杂散电流防护工作具有重要指导意义。

关键词：轨地过渡电阻；杂散电流；地铁

Abstract: the basic operation by ZouXing rail backflow of dc traction power supply mode, inevitably produce stray current. Stray current for civil structure steel reinforcement, buried communication signal cable skin, underground metal pipeline route and installation of the communication signal equipment shell create electrochemical corrosion. Rail transition resistance is the effect to stray current leak degree of key parameters, and carry on the measurement and analysis for the stray current protection is of important significance.

Keywords: rail to transition resistance; Stray current; subway

中图分类号：TM54文献标识码：A 文章编号：

1、 前言

由于地铁运行基本上采用走形轨回流的直流牵引供电方式，不可避免的产生杂散电流。杂散电流的腐蚀速度和强度较自然腐蚀大得多，如果防护不善，会对土建结构钢筋、埋地通信信号电缆外皮、地下金属管线及沿线安装的通信信号设备外壳产生电化学腐蚀，即杂散电流腐蚀。轨地过渡电阻是影响杂散电流泄露程度的关键参数，对其进行测量及结果分析对于杂散电流防护工作具有重要指导意义。

2、 现场测量的相关参数及标准

为准确测量轨地过渡电阻，参照《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程CJJ49-92》，主要测量以下几项数据：

1）钢轨纵向电阻

钢轨纵向电阻值直接影响到回流通道的通畅程度。其数值越高，钢轨对地电压越高，钢轨对地过渡电阻一定的情况下，钢轨对地的泄露电流将相应地增大。

目前城市轨道交通系统常用的钢轨一般有两种规格：60kg/m、65kg/m，其中60kg/m钢轨直流电阻值为29.11×10-3Ω/km，65kg/m钢轨直流电阻值为26.6×10-3Ω/km。由于工艺、磨损、潮湿等因素，实际电阻值通常大于上述数值。

2）轨道接缝电阻

轨道接缝电阻值直接影响到钢轨纵向电阻值。通常情况下，钢轨采用无缝焊接的方式连接，随着运营时间的推移，接缝可能出现断裂的现象，直接导致钢轨纵向电阻值的增大。

《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程CJJ49-92》规定：地铁线路中的道岔与撤岔的连接部位应设置铜引连接线，其截面面积不应小于120mm2，铜引线与钢轨之间应焊接，接头电阻不应超过1m长完整轨道的电阻值。

3）轨地过渡电阻

理论上，钢轨对于道床绝缘安装。但即便采用了绝缘措施，随着时间的推移，运营环境的复杂多样性和其它方面的原因（如道床污染、导电粉尘覆盖、结冰积水），走行轨很难完全绝缘于道床。根据理论分析，轨地过渡电阻对杂散电流的泄露影响最大。轨地过渡电阻值越小，杂散电流泄露得越大。

《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程CJJ49-92》规定：兼用作回流的地铁走行轨与隧洞主体结构(或大地)之间的过渡电阻值(按闭塞区间分段进行测量并换算为1km长度的电阻值)，对于新建线路不应小于15Ω•km，对于运行线路不应小于3Ω•km。

3、 现场测量方法

1）钢轨纵向电阻

由于钢轨纵向电阻值较小，参照欧洲标准EN50122-2：1998，按照图1所示方法进行数据测量。

图1：钢轨纵向电阻测量示意图

式中：I－流入的电流，A；

－长度为20m的钢轨纵向电阻，Ω；

Uon、Uoff －钢轨有无电流时的压降，mV。

2）轨道接缝电阻

由于现场条件限制，轨道接缝电阻难以直接测量。为减少误差，选用一种类电桥的电压比较法测量，如图2所示。其工作原理是用伏安法测出轨道电阻上的电压降，用电压比较法判断接缝电阻是否符合要求。

图2：轨道接缝电阻测量示意图

图2中，U1是每米钢轨纵向电阻与所含轨道接缝电阻的电压降之和，U2是每米钢轨纵向电阻的电压降。按照规程CJJ49-92要求，轨道接缝电阻不得大于1米钢轨纵向电阻，则：

3）轨地过渡电阻

轨地过渡电阻是一个分布参数的集中表现形式。为保证回流通畅，地铁回流轨均采用全线焊接，直接进行全线测量难以刻画局部特征，故采用分区段方式进行局部测量，分段区间一般选取两站之间。测量采用直流伏安法，如图3所示。

图3：轨地过渡电阻测量示意图

局部过渡电阻计算公式为：

，

其中：表示流入的电流，A；

分别流进A和B端的电流，A；

表示测量部分的长度，km；

表示进入轨道时轨地电压，V；

表示A端和B端轨地电压，V。

无法利用仪器进行直接测量，通过万用表分别测量A、B端位置20m钢轨的电压降，利用所得的钢轨纵向电阻测量值，计算得出A、B端的电流，最终得出A、B端间泄漏电流的数值。

4、 测量结果

按照上述方法，对国内某地铁进行了轨地过渡电阻测量，其中每项数据通过3次测量后求得平均值。现抽取其中4个区段的测量结果，如下表所示。

序号 测试项目 区段1 区段2 区段3 区段4

1 钢轨纵向电阻（Ω/km） 0.0304 0.0372 0.0371 0.0367

2 1个钢轨接缝电阻/1米钢轨纵向电阻 0.0047 0.0098 0.0061 0.0054

5 轨地过渡电阻（Ω•km） 7.0901 2.2943 5.6817 -2.6101

5、 数据分析及结论

（1） 钢轨纵向电阻数值约为0.0371，个别区段数值较小。由于正线区间采用60kg/m钢轨，实测值与标准值（29.11×10-3Ω/km）存在较大的偏差。钢轨纵向电阻直接影响轨地电压和杂散电流的泄露程度，如能采取降低措施，将降低轨地电位，并减少杂散电流泄露。

（2） 钢轨接缝电阻数值很小，远远小于1米钢轨纵向电阻。现阶段绝大多数焊缝采用无缝焊接的方式连接，其余焊缝在钢轨两侧采用鱼尾板固定连接，并在两端利用电缆进行连接。这种方式是符合要求的，能够满足《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程CJJ49-92》的规定。全线钢轨设置均流线来降低回流通道电阻，上下行钢轨并联运行，均流能力较高，即便个别接缝电阻阻值较高，对钢轨纵向电阻的影响仍较小。

（3） 绝大多数区段轨地过渡电阻数值大于3Ω•km，个别区段数值较小。存在测量数值为负数的情况，在此种情况下，所测区段的泄露电流为负值，即该区段从地流回钢轨的电流较从钢轨泄露至地的电流大。该区段临近车辆段，为确保人身安全，车辆段内钢轨直接接地，存在车辆段钢轨泄漏的电流通过大地回流至正线区段钢轨的情况。这可合理的解释为何临近车辆段的正线区段轨地过渡电阻出现负值的情况，同时也表明钢轨电流泄露产生杂散电流的复杂多样性。

（4） 通过实地测量，掌握了钢轨纵向电阻、钢轨接缝电阻和轨地过渡电阻的现场情况。对于杂散电流防护具有重要的指导意义。

参考文献：

[1] 浅谈杂散电流防护工程的系统管理杨福利铁道通信信号2008（10）

[2] 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程CJJ49-92中华人民共和国建设部

[3] 直流牵引系统中的杂散电流危害的防护规定欧洲标准EN 50122-2：1998

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。