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摘要：直流牵引供电系统是地铁运行的动力来源，需要保证供电系统的良好运行，在实际运行过程中，会受到钢轨运行电位安全问题影响，因此，针对钢轨运行电位出现异常的问题钢轨电位限制装置频繁动作所带来的地铁运行不稳定的因素进行研究，是当前提高地铁运行稳定性和安全性的重要措施。
关键词：地铁直流牵引供电系统；钢轨运行；电位安全
引言
采用直流牵引供电系统的城市轨道交通，运营中会出现钢轨电位超标的情况。对此，出于运营安全考虑，常采用将钢轨电位限制装置（OVPD）接地的措施来降低钢轨电位，有时甚至会出现多处OVPD接地的情况。这样做虽能降低钢轨电位，但也会导致杂散电流过大的现象产生。投入排流柜虽能减少杂散电流危害，但又会引起钢轨电位升高。当OVPD与排流柜同时投入时，会导致设备发热而烧损元器件。
1地铁直流牵引供电系统钢轨运行异常成因
1.1回流电流对钢轨电位的影响
一般6辆编组的地铁列车在AW2(额定)载荷下的最大牵引电流I为2800～3400A，最大制动电流为4500A;8辆编组列车AW2载荷下的最大牵引电流为3800～4500A，最大制动电流为6000A。目前，城市轨道交通直流牵引供电系统中的常规参数值如下:刚性接触网π型汇流排的单位阻抗Rc=13．8×10－3Ω/km，回流轨(60kg/m)纵向电阻为Rr=20×10－3Ω/km，Rg=15Ω/km，L=3km。根据式 可以计算出单列车单边供电牵引运行时最大钢轨电位为84～102V(6辆编组)和114～135V(8辆编组);列车制动时最大钢轨电位为135V(6辆编组)和180V(8辆编组)。由此可见，回流电流对钢轨电位的影响是非常明显的。通过调整运行图优化列车牵引电流，可以有效地降低钢轨电位。
1.2钢轨电位限制装置的影响
在城市轨道交通的直流牵引系统中，利用运行钢轨回流牵引电流，钢轨对地不可能完全绝缘，并且钢轨存在纵向电阻，所以当钢轨上有电流流过时，就会产生对地高电位，故要求配置钢轨电位限制保护装置，用来防止车站建筑物地与运行钢轨及其上的车辆之间产生的危险电压，以保护人员和设备设施的安全。当钢轨实际运行电位大于钢轨电位限制整定值时，钢轨电位限制装置就会进行相应动作，而钢轨电位限制装置动作过于频繁，不仅会对钢轨的运行状态造成影响，长期还会对车站主体结构产生影响，因此合理的调整钢轨电位限制装置整定值，是当前减少钢轨电位限制装置动作频率以及改善钢轨运行状态的重要措施。当前我国地铁所使用的钢轨电位限制装置的电压一般分为三段，第一段电压U1主要是起到延时短路的作用，整定值大概在90V左右;而二段电压U2主要是进行无延时的永久性短接，整定值大概为150V左右;第三段电压U3主要是进行晶闸管快速短接，整定值大概为480V左右，最长持续短接报警时间可以达到24h。我国有关设计规范给出的钢轨电位的整定值为90V和120V，现阶段《地铁设计规范》规定钢轨电位限制装置的电压为120V，将电压U1调整为120V，则可以极大的降低钢轨电位限制装置动作的次数。
1.3回流阻抗的影响
地铁正线整个回流系统的阻抗不仅与正线钢轨的本体电阻有关，还与无缝钢轨焊接的接头电阻、道岔区钢轨的连接电阻、回流电缆及其与钢轨的连接电阻等有关。目前，北京、广州和上海等城市地铁线路的正线回流钢轨一般为60kg/m钢轨。运营部门和有关机构对已运营的广州地铁6号线和8号线的钢轨纵向电阻进行了测试，其直流电阻约为35～38mΩ/km。钢轨纵向电阻的实际测试值大于牵引供电系统设计仿真分析中的设定值。运营部门还对钢轨运行电位异常的8号线琶万区间回流状况进行了检查，并通过增加并联电缆以改善区段内钢轨接头处、道岔接头处的接续电缆和鱼尾板等处的导流能力。
通过对道岔区段内回流能力的改造后，钢轨电位动作次数明显下降，说明道岔区回流阻抗是影响钢轨电位异常的主要因素之一。
2地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位安全管理措施
2.1钢轨电位限制装置
车站钢轨电位限制装置过于频繁动作而长期接地或站台屏蔽门系统绝缘安装失效使得站台区域钢轨等效直接接地，其直接的后果是将原悬浮的回流系统转变为直接接地的回流系统，使得系统的杂散电流泄露增大。运营部门组织了对车站钢轨电位限制装置直接接地合闸运行时的泄露电流测试，测试结果表明，钢轨电位限制装置合闸后泄漏电流随列车运行工况不断改变，呈现低频交流特性，泄漏电流最大值约为440A，回流电流最大值约630A。通过实测分析可以证明，钢轨局部长期接地运行会造成大量的电流泄漏，对整个供电系统的杂散电流防护是一种危害，虽然短期内对整个地铁系统的安全运行不会有直接明显的危害，但长期对车站主体结构产生的影响不能被忽视。钢轨电位限制装置的频繁动作本身就是此类设备所具有的固有特性，应该是允许的。因此需要对钢轨电位及其保护装置的固有特性需作进一步研究，避免钢轨电位限制装置长期直接接地的运行方式。所以，在允许的范围内增大钢轨电位限制整定值，可以提升地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位的安全性。
2.2路线设计
钢轨不仅是列车运行的轨道，也是直流牵引供电系统中回流的重要载体，需要在设计、施工和运营过程中给以充分的重视，以确保回流系统的畅通，使其回流阻抗在系统运行允许的范围内。既可以通过优化运行图来合理控制回路中的运行电流，从而降低钢轨电位;又可以通过改善钢轨的连接减少阻抗出现的位置，例如减少线路岔区接头及钢轨接头等来改善地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位的安全性。
2.3运营维护
除了通过在限制装置方面进行相应的整定值的修订，以及在路线的设计方面进行合理的规划以外，在后期的运行维护方面，通过改善运营维护措施，加强电位检测力度，也可以有效的改善地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位的安全性。在地铁在日常运行的过程中，必须要加强对直流牵引供电系统的维护，以及对钢轨运行电位进行高频率的测量，保障钢轨运行的电位能够在安全的范围内进行使用。一旦电位出现了异常，及时的发现并且解决问题，从而能够保证全方位的提高地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位的安全性。
结语
钢轨不仅是列车运行的轨道，也是直流牵引供电系统中回流的重要载体，需要在设计、施工和运营过程中给以充分的重视，以确保回流系统的畅通，使其回流阻抗在系统运行允许的范围内。通过优化运行图来合理控制回路中的运行电流，是降低钢轨电位的有效措施之一。对钢轨电位及其保护装置的固有特性需作进一步研究，应避免钢轨电位限制装置长期直接接地的运行方式。
参考文献
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