城市轨道车辆段库前手动隔离开关接地方式的研究及实践

摘要：文中通过简介地铁车辆段库前隔离开关接地方式并进行对比讨论，并举例在运营过程中遇到的问题进行改造处理。

关键词：接触网；隔离开关；接地刀闸

中图分类号：U213.2文献标识码：A

背景

城市轨道交通牵引系统一般均采用直流方式。在设计上，各地方城市轨道交通牵引直流系统中的接地方式有较大差别。目前主要有四类接地方式：接触网架空地线方式、建筑地网方式、回流轨方式和单独设置人工接地极方式。关于上述四种方案是否都能满足运营要求，还是存在对于不同问题的取舍，这些问题往往对城市轨道交通运营过程中的设备状况产生不同结果。 库前隔离开关的接地刀闸是实现对上线作业人员安全保护的一个重要措施,本文通过调查和查阅大量文献，针对四种不同接地方案，从系统角度进行简要分析，在严格按照规范要求的前提下，结合运营实际情况和保障设备安全，选择合理的接地方案。

接地方式分析

（一）接地刀闸接至架空地线方式 当隔离开关处于打开状态时,接触网无电区通过架空地线连接至车辆段的牵引变电所地网。在进行检修作业时,隔离开关处于开位状态时,检修人员所接触到的为轨电位,一般情况下当钢轨电位处于安全电压以下。下面将对各种工况逐一进行分析。 1、系统状态为正常运行时,库房挂装或摘除临时地线时有拉弧现象。库内装有OVPD时,建筑结构杂散电流防护有保障。 2、系统状态为直流系统对地短路时,封挂临时地线中瞬时有部分电流流过。库内检修人员有触电保护措施,安全系数较低。由于有OVPD保护,安全系数较高。 3、系统状态为直流系统对钢轨短路时,封挂的临时地线中瞬时有部分电流流过。库内检修人员有触电保护措施,安全系数较低。由于有OVPD保护,安全系数较高。 从上述分析结果可以看出,如果带接地刀闸开关的接地触头是连接架空地线,由于钢轨电位与库房地电位及牵引所地电位均不相同,容易引起电位差事故。

（二）接触网开关接地刀闸接至建筑地网

1、系统状态为正常运行时,库房封挂或摘除临时地线时有拉弧现象，建筑结构杂散电流防护一般。 2、系统状态为直流系统对地短路时,封挂的临时地线中瞬时有部分电流流过;库内检修人员有触电保护措施,安全系数较高。 3、系统状态为直流系统对钢轨短路时,封挂的临时地线中瞬时有部分电流流过;库内检修人员有触电保护措施,安全系数较高。

从分析结果可以看出，如果带接地刀闸开关的接地触头是连接建筑地网时,就已经实现了钢轨与建筑地网的等电位连接,库内检修人员的安全系数比较高,但对建筑本体的杂散电流防护影响比较大。（三）接触网开关接地刀闸接至独立接地体方式

1、系统状态为正常运行时,库房封挂或摘除临时地线时有拉弧现象;建筑结构杂散电流防护一般。 2、系统状态为直流系统对地短路时,封挂的临时地线中瞬时有部分电流流过;库内检修人员有触电保护措施,安全系数一般;库内装有OVPD时,由于有OVPD保护,安全系数较高。 3、系统状态为直流系统对钢轨短路时,封挂的临时地线中瞬时有部分电流流过;库内检修人员有触电保护措施,安全系数一般;库内装有OVPD时,由于有OVPD保护,安全系数较高。 从上述分析结果可以看出，如果带接地刀闸开关的接地触头是连接独立接地体,由于库内作业频繁,即多数时间总有股道在停电作业,这意味着有部分杂散电流通过人工接地极泄漏到地下。

（四）接触网开关接地刀闸接至回流轨方式

1、系统状态为正常运行,回流轨绝缘安装时,库房封挂或摘除临时地线时无弧现象;建筑结构杂散电流防护效果好。

2、系统状态为直流系统对地短路时,封挂的临时地线中瞬时无电流流过;库内检修人员有触电保护措施,安全系数一般;库内装有OVPD时,由于有OVPD保护,安全系数较高。 3、系统状态为直流系统对钢轨短路时,封挂的临时地线中瞬时无电流流过;库内检修人员有触电保护措施,安全系数一般;库内装有OVPD时,由于有OVPD保护,安全系数较高。 从上述比较分析结果可以看出，如果带接地刀闸开关的接地触头是连接回流轨,采用库内设置OVPD就能很好解决安全与杂散电流防护的问题。

三、实际案例

某城市地铁公司电客车检修作业前，需要先在月检库内将接触网进行停电作业。在停电期间在封挂接地线时，作业人员反映经常出现接地线与接触网打火花的情况。此种现象对设备、作业工具和作业人员均造成了不同程度的危害。根据技术人员现场查看，发现接地线和钢轨的表面已出现不同程度烧灼痕迹，并且作业人员的封挂接地线的过程中，可能会被火花飞溅产生的颗粒灼伤，并且高压作业出现打火花现象，对作业人员的产生严重的心理负担。

四、解决方案

技术人员经分析，初步确定出现该情况的原因为。挂地线时，库内轨道回流残余电流与隔离开关接地刀闸、接地极形成电流回路，接地线上端与接触网导线连接时有电流通过，故出现火花。电流回路路径为：库内回流轨人工接地线接触网导线隔离开关接地倒闸接地极。

因为加挂人工地线后存在杂散电流回路通道，存在以下隐患：

（1）烧断接触网导线。长时间挂地线且接触不好时，存在烧断接触网导线的隐患，特别是在短路电流冲击下。

（2）车辆检修人员在拆挂地线时，经常出现较大的火花，而且操作人员位置会掉下火花形成的较热颗粒物，检修人员存在较大的心理压力和被烫伤的安全隐患。

基于上述的分析和试验，技术人员提出以下两种解决方案：

方案一：更换隔离开关

将隔离开关更换为接地刀闸采用绝缘安装形式的隔离开关，其接地电缆直接连接至钢轨。该方案需要更换整台隔离开关，增加接钢轨电缆。每台接地刀闸采用绝缘安装的隔离开关价格较高。该方案虽然能解决问题，但是成本较高。

方案二：将隔离开关接地刀闸拆除

GB50157-2003《地铁设计规范》中14.3.16规定“每条库线的接触网应设置手动隔离开关”。该规定中没有说明手动隔离开关需要配有接地刀闸。

隔离开关接地刀闸的作用是在隔离开关分闸时将库内接触网直接接地。车辆中心检修车间进行检修作业需将库内接触网停电时，操作流程为：先将隔离开关分闸，再验电、挂地线，然后上平台检修，相当于有一处接地，一处接钢轨。拆除接地刀闸相当于取消原来的一处接地，挂地线接钢轨的安全措施仍然保留，钢轨电位升高由轨电位限制装置限制，因此也满足安全防护要求。该方案既能解决问题，也不需要增加成本。

地铁车辆段库内接触网挂地线打火花的问题是一个普遍问题，在某城市地铁曾经出现过因此原因导致接触线烧断的案例，其采取的解决方案就是上述方案二。