蔡教勇

（广州地铁运营事业总部基地维修中心，广东 广州 510380）

1 概况

随着经济发展，城市地铁建设不断推进，盖下形式的地铁车辆段成为首选，在节约城市宝贵土地资源的同时，也能够为地铁运营公司带来更多的经济效益。在地铁运营过程中，地铁车辆段在整段停电期间，安装在库内的轨电位限制装置出现较大压差，且数值为负，甚至有时达到动作阈值，地铁盖下车辆段与非盖下车辆段中都存在类似的情况，但在盖下车辆段内会更加严重。这种现象与正线杂散电流有关，而通过采用单向导通装置可以大幅减少正线杂散电流，同时，可以降低正线运营期间车辆段轨电位。

地铁车辆段一般会在出入段线钢轨设置有绝缘节并安装单向导通装置，确保钢轨电流由车辆段向正线方向导通，反向不导通，避免正线运营期间钢轨电流进入车辆段范围通过低过渡电阻区段流入大地，形成杂散电流而对车辆段结构钢筋产生腐蚀。但在运营实践中，出入段线的单向导通装置能够避免正线回流电流通过钢轨流向车辆段，但并不能够有效地防护正线杂散电流通过车辆段低过渡电阻区段重新返回钢轨并流回正线。本文以广州地铁盖下镇龙车辆段为例，对这类现象进行分析。

2 车辆段天窗点期间轨电位特点及初步分析

镇龙车辆段天窗点期间，车辆段接触网均已停电，此时，库内无机车取流。镇龙车辆段库内轨电位却以30V 左右幅度呈现潮汐式波动，且主要为负值。针对这一现象，使用录波仪器对车辆段库门口的单向导通进行录波。数据显示，大部分时间库内库外压差为0.6 ～0.7V（二极管导通压降），短时出现库内库外压差-1 ～2V，可以判断单向导通装置大部分时间处于正向导通状态。使用钳形电流表测试单向导通电缆电流，呈现潮汐式波动，峰值几十安培，且电流是从库内流向库外。此时，正线的牵引电流从正线下地后通过车辆段钢轨返回正线牵引所。单向导通装置处于正向导通状态在这种路径中实际未发挥作用。

通过现场测量可以得到：

（1）正线的钢轨电流存在下地泄露，并通过钢轨回流返回正线牵引所负极；

（2）车辆段地电位比钢轨电位高，差值为轨电位装置的负值度数Ua

（3）要想降低Ua，可以通过短接钢轨与地来降低R轨地电阻，投入镇龙北排流柜来降低正线钢轨下地泄露电流，也就是降低I轨地电流。

3 车辆段杂散防护及轨电位降低措施

单一考虑降低车辆段内轨电位而言，一般会考虑合上镇龙车辆段轨电位限制装置，使车辆段内轨与地二者等电位，能够障天窗点期间作业人员的安全，但该措施不能减少通过镇龙车辆段返回正线的电流，甚至因为减少了回流路径的电阻，而增大了杂散电流，加剧了车辆段结构钢筋的腐蚀。还可以考虑投入邻近车辆段出入段线的排流柜，畅通地下杂散电流返回负极路径，减少通过镇龙车辆段回流的杂散电流。为了更好地分析不同的措施利弊，建立简化模型如图1 所示。其中，闭合轨电位限制装置是将地与钢轨短接，并没有消除或改变回流路径，不纳入分析。

图中 1R、2R为列车位置钢轨泄露电阻，R1轨、R轨2为列车位置至负极母排回流电阻， 3R为单向导通装置反向电阻，4R为单向导通装置正向电阻，其中， 3R、4R默认大地为导体。按照简化模型计算列车位置回流路径电阻并判断回流路径。

图1 车辆段与牵引所杂散电流示意图

（1）当正线、车辆段排流柜均未投入时

正线列车取流时的回流电阻 1R正为：

车辆段列车取流时的回流电阻 1R车为：

（2）当正线排流柜投入时

正线列车取流时的回流电阻 2R正为：

车辆段列车取流时的回流电阻 2R车为：

（3）车辆段排流柜投入时

正线列车取流时的回流电阻 3R正为：

车辆段列车取流时的回流电阻 3R车为：

根据上述简化式及以下实际情况：（1）正线取流强度>>车辆段取流强度；正线运营列车运行强度、取流强度均要大于车辆段内检调列车；（2）考虑降低从正线泄露到车辆段结构中的电流。车辆段设置单向导通装置用来减少被保护区段的钢轨电流，从而减少被保护区段杂散电流对结构及金属管线的电化学腐蚀，同时，能降低停车库和检修库的钢轨电位，保持检修人员的安全。该装置并联在钢轨绝缘结处，除保证列车正常轨道回流电流外，还应保证短路电流通过。单向导通装置用于连接绝缘结两端钢轨，使钢轨中电流仅能一个方向流通；（3）单向导通电阻反向3R>>正向4R。

综合考虑，在正线排流柜投入与车辆段排流柜投入后，正线与车辆段回流电阻均有下降。

（1）因单向导通正向电阻R4极小，R2正≈R3，正线列车取流时的回流电阻基本相同，即投正线排流柜或车辆段排流柜，对轨电位的降低效果基本相同；投入正线排流柜，将缩短正线回流路径，大幅减少从车辆段回流返回正线的电流强度；投入车辆段排流柜降低通过车辆段回流路径电阻，但增加了通过车辆段结构回流的电流强度，对车辆段结构造成不利影响；

（2）车辆段列车取流时回流电阻，R2车>R3，从简化模型中看（车辆检调库内取流为主，回流箱设在库外至单向导通之间），不论正线或车辆排流柜是否投入，从车辆段向正线方向泄露并回流的电流均很小；投入车辆段排流柜降低了车辆段下地回流路径电阻，增加了通过车辆段内的杂散电流强度，对车辆段结构造成了不利影响。

从以上分析看，在不进行设备改造的基础上，合上离车辆段最近的牵引所的排流柜对结构防护效果更好，同时，可以降低从正线回流至车辆段的杂散电流，轨电位过高的情况也将得以改善。

4 现场测试及分析

为了验证理论分析结果，笔者在天窗点期间选取了镇龙车辆段其中负回流分区来模拟镇龙车辆段与正线间的关系，来测试理论分析几种措施的实际效果。测试期间，镇龙车辆段所有供电区均停电，车辆段内无电客车运行，对应正线正常运营。

本次测试选取了图2 中L12 道A-B 段平交道口位置的OV3 以及L-10 道尾端钢轨作为测试点。由于L-1 道L-13 道钢轨通过均回流电缆连接，为排除干扰，测试前拆除单向导通装置DT8 电缆。此时，库内与库外之间仅能够通过DT7 进行导通，且呈现由库内流向库外的特征。

图2 车辆段测试区域均回流电缆连接情况

通过库内库外、车辆段与正线之间的相似性，模拟车辆段在单向导通装置、轨电位装置不同状态下杂散电流以及轨电位的特征。测试项目与结果如表1 所示。

根据测试数据可以看出：

当镇龙车辆段、镇龙北站轨电位装置全部断开时，车辆段OV3 处轨地电位最高可达148V，地电位高于轨电位，单向导通装置存在由库内流向库外的电流；当镇龙北站轨电位装置闭合时，车辆段OV3 处轨地电位下降至0V。

当镇龙车辆段轨电位装置闭合、镇龙北站轨电位装置断开时，车辆段轨地电位装置OV3 最大电流达38A，方向为地流向轨，单向导通装置存在由库内流向库外的电流，此时，镇龙车辆段扮演了一个规模巨大的“排流柜”的角色，通过上盖车辆段建筑大量的金属结构，引导了大量杂散电流聚集在段内，同时，镇龙车辆段内轨电位装置闭合，更是畅通了杂散电流通过车辆段返回正线的路径。

表1 车辆段天窗点期间模拟测试数据

当镇龙车辆段轨电位装置、镇龙北站轨电位装置全部闭合时，流经轨电位装置、单向导通装置电流都为0，牵引电流向阻力最小的方向，排流柜的上吸效果非常明显。

当镇龙车辆段轨电位装置断开、镇龙北站轨电位装置闭合时，流经镇龙站轨电位装置电流极值为603A，方向为由轨流向地；当镇龙车辆段轨电位装置闭合、镇龙北站轨电位装置闭合时，流经镇龙北站轨电位装置电流极值为668A，方向为轨流向地。现场测试发现，镇龙北站轨电位装置电压、电流情况存在较大波动，呈现潮汐特性，判断与正线行车情况存在关联。

当拆除单向导通装置DT07、DT08 电缆时，车辆段轨地电位装置OV3 电压稳定在0V。模拟了正线与车辆段之间钢轨不导通状态，在此状态下，减少了杂散，同时，降低了轨电位，且无须对正线设备进行调整。

5 结语

通过对镇龙车辆段天窗点期间库内轨电位的研究，我们能够得出以下结论：

（1）车辆段天窗点期间正线杂散电流是影响行车轨电位的关键因素。车辆段无电客车运行而正线有电客车运行时，正线杂散电流会通过大地流向车辆段钢轨并最终流回正线，导致车辆段轨地间存在电位差，且地电位高于轨电位。

（2）盖下车辆段丰富地下金属网络为杂散电流的回流提供了阻值更小的路径，因此，盖下车辆段的轨电位超限情况会比非盖下车辆段更严重。

（3）闭合车辆段或正线相邻站点轨电位装置，会降低钢轨对地之间电位差。而拆除单向导通装置后，切断杂散电流通向正线的路径后，能够有效降低通过车辆段绝缘差区域上轨返回正线的杂散电流，降低车辆段内钢轨对地之间电位差，同时，减少杂散电流对车辆段建筑结构的腐蚀。

（4）通过对出入段线单向导通装置进行改造优化，可以减少正线杂散通过车辆段回流。车辆段出入段线单向导通装置可以通过光电传感器来感应是否有车辆通过，有车辆通过时导通，无车辆通过时断开，相当于切断了车辆段杂散电流流入正线牵引所的通路，使杂散电流尽量流回就近的牵引变电所，避免杂散电流进入车辆段内，缓解了车辆段金属结构被腐蚀情况，同时，降低了车辆段天窗点期间的轨电位。

防治车辆段天窗点期间的轨电位时，不能单纯通过闭合轨电位限制装置来达到目的，还需要同时考虑对杂散电流的防护，通过分析轨电位的产生原因更有针对性地达到防护的目的。