钢轨电位对地铁日常运维的影响及其处置措施

钢轨电位对地铁日常运维的影响及其处置措施

刘开峰

苏州轨道交通运营有限公司运营二分公司 苏州 215000

摘要 地铁直流系统中钢轨电位对日常运维的影响越来越突出。幅值较大的钢轨电位可以通过钢轨电位限制装置予以解决，小电压大电流的钢轨电位对设备维护的影响有增多趋势。通过对钢轨电位影响作业的原因分析，提出相对应的应对措施。

关键词 地铁；钢轨电位；绝缘节；打火

在地铁日常的运维过程中，钢轨电位的影响不可忽视，虽然正线及段场设置有钢轨电位限制装置，但是轨电位引起的打火等缺陷都发生在轨电位限制装置动作前，即钢轨电位的影响往往呈现出小电压大电流的特征。

本文结合相关运维经验，在既有防护措施的基础上，分析了钢轨电位对运维影响的典型案例，并提出了相应的整改措施。

1 钢轨电位的成因

在城市轨道交通等直流电气化轨道运输系统中以轨道作为回流导体，由于钢轨不可能对地完全绝缘，因而导致一部分负荷电流从轨道流到轨枕和道床及地下钢轨金属设施中去，这部分电流，就是杂散电流。同时，由于运行轨本身存在的泄漏电阻，在列车起动或运行、或发生系统短路故障时，钢轨对地就会产生一定的悬浮电位差，即轨电位。如图1所示。

图1

2 杂散电流的防护要求

根据《轨道交通 地面装置 电气安全 接地和回流 第一部分：电击防护措施》（GB/T 28026.1-2018）和《地铁杂散电流腐蚀防护技术标准》（CJJT49-2020）等规范的相关要求，在段场检修库前及出入段处均需设置钢轨绝缘节，且在绝缘节处设置有单向导通装置来隔离牵引回流电流，因此，理论上杂散电流泄露水平会比较低，但是在工程实际应用中就发现钢轨电位对设备的维护影响确是个需要着重关注的问题。为防止钢轨对地电位过高造成人身伤害，每个车站和车场均设有钢轨电位限制装置（OVPD），当发生超出许可的接触电压时，钢轨电位限制装置就将钢轨与大地快速短接，从而保证人员和设施的安全。钢轨电位限制装置的动作阀值分设置120V（段场）、60V（正线）。钢轨电位限制装置的动作阀值不高，但是有设备与钢轨搭接时，则易导致钢轨直接接地，呈现出小电压大电流的特点。

3 典型案例

3.1 架车机设备打火的解决措施

架车机设备一般设置在车库非电气化股道上，在库门口电气化轨道和非电气化股道之间设有钢轨绝缘节，电客车从库外往库内行进作业时，往往采用工程车连挂推行的方式。在日常运作中发现，当电客车在架车机所在股道行进时，电客车轮对与钢轨之间打火（见图2）。

图2

后经排查发现，库门口钢轨绝缘节距离架车机设备接地体的距离小于140m（6节电客车+1节工程车长度），当工程车连挂电客车往库内推行时，有轮对跨接在钢轨绝缘节上，将库外钢轨电位通过车体传导到了库内车辆轮对上（见图3），导致前部轮对接触到架车设备接地体时发生打火现象。

图3

针对上述问题，有条件情况下可以采取在现有绝缘节前部再设置一处钢轨绝缘节，两处绝缘节的距离大于140m（见图4），车组从库外往库内行进时先行进入两个绝缘节之间的股道，可以避免将库外轨电位带入库内接地体。如现场没有增设两个绝缘节的条件，则可以采取车组进入库内前将车场钢轨电位限制装置临时闭合的方式，消除轨电位。

图4

3.2 镟轮库设备打火的解决措施

镟轮库内镟轮时发现轮对打火（见图5），后经排查发现故障原因与架车机设备打火原因一致，均为库前绝缘节位置与设备接地之间的距离较短，无法将库外走行轨的钢轨电位与库内走线轨接地体隔绝，后采取新增一处绝缘节的方法予以了解决。

图5

随着地铁乘客对列车平稳度的要求越来越高，电客车轮对的镟轮作业越来越频繁，地铁段场内调车作业的次数也相应增多，由于目前镟轮库库门口均不设计接触网，电客车从停车库内往镟轮库调车均只能采用工挂电的形式进行。在实际运作中发现频繁采用工挂电的形式进行调车，此方式会占用大量的段场轨行区资源，不利于段场运作。为了提升段场运作效率，需要将接触网延伸至镟轮库前，但是库外的轨电位又会导致镟轮时打火。为了消除此难题，可以将接触网延伸至镟轮库外（见图6），在镟轮库外设置两个钢轨绝缘节，两个绝缘节长度不小于6节电客车长度120m（如仍考虑工挂电可设置成7节车长度140m）。

图6

在电客车凭借自身动力进入两个绝缘节后，在“停车降弓”标处停车并降弓，在降弓完成后作业人员将带接地刀闸的隔离开关分闸，使库外两个绝缘节之间的钢轨接地，将该段钢轨上的钢轨电位消除，后续使用公轨两用车将电客车牵引进镟轮库进行镟轮作业。电客车镟轮作业完成后，使用公轨两用车将电客车推行至库外原位置，作业人员将带接地刀闸的隔离开关合闸，确认合闸后电客车升弓凭自身动力进行调车作业。使用此方式既可以提升车场运作效率，同时也消除了钢轨电位对镟轮设备的影响，但是此方式需要对电客车进出镟轮库的流程制定相应的规程，明确各流程的顺序，防止电客车无回流迫停等情况发生。

3.3 出入段线及库门口绝缘节处打火的解决措施

地铁段场出入段线及车库门口均设置有绝缘节，运维过程中发现部分电客车在绝缘节处驶过时有打火现象，后来经排查发现故障原因是绝缘节两侧钢轨有电位差，导致车轮驶过时打火。为了消除此故障现象，可以在绝缘节处安装智能单导（见图7），智能单导的传感器检测到车辆驶入时或绝缘节两侧电压压达到动作值，智能单导将绝缘节短接，使绝缘节两侧钢轨电压相等，车轮碾压绝缘节时不会出现打火现象，当智能单导的红外对射探测到了车辆驶出或绝缘节两侧电压压小于动作值时，智能单导恢复截止功能。

图7

3.4 过轨管线打火的解决措施

运营线路过轨管线如采用金属材质，虽然管线套有绝缘护套，但是护套腐蚀之后则易发生金属管线直接与钢轨搭接的情况（见图8），轻则钢轨与金属管线间打火，严重情况下会烧伤钢轨。

图8

为了规避过轨管线与钢轨之间搭接导致烧伤设备的故障，过轨管线不得使用金属材质或者管线从道床上预留的过轨沟（孔）穿过。钢轨下部的金属物也同样会导致打火事件，如道床上有铁丝搭接钢轨，结构钢筋搭接钢轨等，在新线建设及日常维护过程中需要针对钢轨底部金属管线及金属体进行专项排查，消除安全隐患。

3.5 新线建设期钢轨电位的影响及其应对措施

地铁建设时，如新线与既有线有联络线，为了防止既有线的接触网高压电的危害，往往会在新线上将接触网与架空地线临时短接，使新线接触网临时接地。此时如果两条线的联络线钢轨若未设置绝缘节，则既有线的的钢轨电位会对新线建设产生诸多影响。新线接触网验收时即发现梯车（梯车轮未绝缘）与接触网之间的铁丝烧红（见图9）。

图9

经分析，出现上述情况的原因是由于既有线处于运营期间，新线与既有线联络线钢轨未加装绝缘节，既有线钢轨上的钢轨电位通过梯车传导到接触网上接地（见图10），导致铁丝烧红。

图10

为了消除此故障现象，在新线建设时需要及时在联络线钢轨上加装上绝缘节，阻断既有线钢轨电位通过联络线钢轨传导到新线的通路，同时接触网使用的梯车需要采用全绝缘的梯车轮。（同理，如新线建设时，车场建设速度滞后于正线，正线正常跑车车场仍在施工时，车场与正线的钢轨需要设置临时绝缘节，防止正线钢轨电位对车场施工的影响。）

同理在既有线与新线联络线钢轨未设置绝缘节且新线接触网临时接地的工况下进行新线冷滑，由于冷滑车辆往往采用轨道车，冷滑的受电弓与车体之间因条件限制有时无法绝缘安装，既有线的钢轨电位通过车体受电弓传导到新线接触网上进而接地，此时冷滑时弓网之间会拉弧打火（见图11）。

图11

4 结语

本文通过对钢轨电位引起的典型故障的成因进行分析，并提出了解决钢轨电位影响的措施。从案例中可以看出，钢轨电位对设备的影响主要体现在打火、烧伤设备等，从业人员在日常维保中需要将钢轨电位的影响纳入重点关注范畴。