（天津保富电气有限公司 天津市 300384）
摘要：现如今，我国经济增长令世界瞩目，人们生活水平上升了更多层次，交通工具、交通方式越来越多。目前，大量已建成开通的城市地铁以采用直流牵引供电系统为主，北京、上海、广州等城市地铁运营中曾出现杂散电流泄漏和钢轨电位升高甚至超标等情况，为保证人身安全，将钢轨电位限制装置(OVPD)接地，现场发现OVPD不但频繁报警动作甚至闭锁，运营中还有OVPD将钢轨长期接地后排流柜也投入运行的情况，形成了恶性循环，甚至造成故障范围扩大。
关键词：地铁；牵引供电回流系统；问题及措施
引言
城轨目前多采用直流供电方式，存在杂散电流腐蚀、变压器直流偏磁、直流断路器灭弧与再生制动能量利用不足等一系列问题影响了供电质量和供电安全。相比直流供电方式，交流供电方式具有供电能力强、供电距离长等优点，特别是电缆供电技术的日益成熟，为城轨牵引供电系统发展提供了新途径。此外，与干线铁路相比，城轨站间距小，机车运行组织方式、牵引与制动特性有一定差异，使得采用交流供电方式的城轨牵引回流具有一定特殊性，直接影响设备与人身安全。
1直流牵引供电回流系统特点
因为直流回流系统电流量十分巨大，钢轨结构具备较强的内阻，需要担负回流钢轨电位的不断提升的压力，再加上车辆行驶密度较高以及机车启动十分频繁，机车位置处周边轨道电位快速提升到最大极限参数，临近变电所周边的负极回流地区范围内轨道的电位达到了最小参数，轨道电位在超出标准之后，OVPD会自动将钢轨安设在地表，这个时候轨电位为0，从而在保证人员安全的基础上，也确保了地铁的正常运行。土建工程结构通常都会保持在钝化状态下，如果其极化电位维持在正常水平的时候，在整个回流系统中，钢轨回流占据主导地位，并且会有少量会借助地层来实现回流，确保车辆的安全行使。
2地铁牵引供电回流系统主要问题
在相关规定中明确的指出了，钢轨的电位在保持在标准范围内的时候，不会对人员身体健康造成任何的损害。正线轨道电位保持在稳定状态时候，能够有效确保地铁的稳定运行，大部分的地铁线路双变供电的时候，工作人员往往都会依据90V这一标准来对正线轨道电位加以控制，如果是大双边供电的时候，需要依据120V的标准来加以控制。但是部分已经建造完成的线路中，出现钢轨电位异常升高的情况十分频繁。其次，部分线路中存在漏电的情况，如果不能有效解决，势必会造成严重的能源损失的问题。再有，针对走行轨道保护地的电位差实施切实的检测，如果发现电位差超出规定范围的时候，需要立即进行调控，这样才能确保车辆形式的安全性和稳定性。
3地铁牵引供电回流系统优化措施
3.1降低钢轨电位
3.1.1减小回流线与钢轨横连间距
由于隧道设置防水密封系统，使得流经大地的牵引回路比例较少，因此牵引回流的主要回流路径仅有钢轨与回流线。在钢轨与回流线通过吸上线相连接，钢轨上的电流到达联结点时进行重新分配，钢轨与回流线中牵引回流的分配规律也发生变化。回流对钢轨的分流作用受到回流线与钢轨横连间距的影响，通过减小回流线与钢轨的横连间距，减小了回流路径单位长度阻抗，增大了回流路径总的泄漏电导，进而降低了钢轨电位。
3.1.2增设贯通地线
若考虑在城轨综合接地系统内增设贯通地线，即增设了一条回流通路，钢轨与综合地线每隔一定距离进行横向连接，使牵引电流尽可能多的经综合地线返回牵引变电所，以达到降低钢轨电位的目的。参考目前电气化铁路贯通地线选型，贯通地线材质选用TJ-95裸铜缆，其等效半径为4.74mm，电阻为0.20Ω/km。在仿真模型中增设贯通地线，由于贯通地线埋设于隧道沿线电缆槽内，因此与架空导线间的互阻抗可忽略不计，求解得出其自阻抗为0.2491+0.749liΩ/km，对地电容1.665e-14F/km。当贯通地线与钢轨的横连间距为500m时钢轨电位分布如图1所示，供电臂内钢轨电位分布出现显著降低，钢轨电位最大值为73.66V，较未设贯通地线时钢轨电位最大值降低了39.3070。机车处于不同回流路径的并联点时，经过钢轨回流的电流分配比例显著降低。设置贯通地线后，由于其单位长度阻抗小于钢轨与回流线，同时隧道沿线接地极与贯通地线相连，使得贯通地线的泄漏电阻较小，贯通地线的分流作用明显，成为牵引回流系统中主要的回流路径。越接近供电臂末端，牵引回流总量越小，当离变电所的距离超过2.5km后，由于牵引回流总量很小，回流线与贯通地线的分流作用不再明显。
.png)
图1 设置贯通地线前后钢轨电位分布
3.2减少杂散电流排放
大范围的运用抗老化以及抗腐蚀较强的绝缘材料，增强轨道对地的绝缘能力，采用适当的方法对隧道内的空气湿度进行控制，为车辆的运行创造良好的基础。针对各个重点隧道工程区域，可以适当地调整轨道与地表之间的距离，并且可以在隧道两边安设专门的导通设备来提升车辆运行的安全性。在道床与主体结构二者接触面涂抹新型绝缘物料，利用绝缘部件对道床进行加固处理，提升绝缘性能。
3.3正确投入OVPD及排流柜
CJJ49—1992规定，地铁内除钢轨等金属外不得与回流轨和电源负极间电气相连，更不应该长时间连接，因此从规范规定上推断应尽量避免投入OVPD及排流柜的操作。通过识别多点轨电位先对最高轨电位进行接地操作。OVPD承担着保护人身安全的作用，比排流柜有优先权，当OVPD投入时对排流柜屏蔽。如采用自动投入排流柜装置，当OVPD保护需动作时，接触器设置为延时合闸，在OVPD合闸前判断排流柜运行状态。若排流柜未投运，排流柜自动隔离开关不动作;若排流柜已投运，自动打开排流柜隔离开关。将排流柜母排搭接处的结构进行改变，尽量减小接触电阻，如加大接触面并牢靠连接，增大通流容量。
3.4解除OVPD频繁动作闭锁
应该从削弱和抑制开断过程中的过电压的角度出发来解决问题，如重点检修OVPD接触器触头和保护电路用晶闸管等。
结语
地铁直流牵引供电系统内的电流电压情况与电流流量多少存在密切的关联，将走行轨道当做是回流通路，尽管能够有效地降低工程整体成本，但是也会造成许多问题。根据大量的数据信息我们总结出，针对系统进行优化完善可以从下面几个方面入手：首先，需要针对接触网短路以及重点核心设备加强绝缘性的优化工作，引用前沿技术来确保回流通路的顺畅。其次，钢轨电位核定，要具备充足的余量来保证行车的稳定性。
参考文献
[1]孟科，周非，苗建科，周天鸣，赵阳.地铁牵引供电系统直流馈线保护技术探究[J].科技创新与应用，2019(01)：148-149.
[2]郑丽楠.地铁牵引供电接触网系统电磁场空间分布研究[J].中外企业家，2019(01)：130.
[3]吴耀权.地铁牵引供电接触网系统电磁场空间分布特点研究[J].中国高新科技，2018(23)：72-74.
[4]李国欣，吴培林，裴文龙．钢轨电位与杂散电流综合抑制研究[J]．城市轨道交通研究，2017，12(4):56-62．
[5]陈民武，赵鑫，丁大鹏，等．城市轨道交通供电系统钢轨电位限制装置操作过电压研究[J]．中国铁道科学，2017，38(6):94-99．
[6]赵宇辉，周晓军．地铁杂散电流分布的数值分析[J]．城市轨道交通研究，2009，12(12):42-43．
[7]马笑松．地铁杂散电流腐蚀及防护影响分析[J]．城市轨道交通研究，2007，10(6):64．