城市轨道交通供电系统课程设计报告
专 业：电气工程及其自动化
班 级： 电气 1001
姓 名： XXXXXX
学 号： 201009028
指导教师： XXXXXX
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2013 年7月 12日
1 设计原始资料
1.1 具体题目
杭州地铁1号线一期工程大体成南北走向，全线共设31座车站，如图1所示。正线线路全长约47.97km ，其中41.36km 为地下线路，6.14km 为高架线路，0.47km 为路基或路堑线路。车站及区间隧道采用了明挖法、明暗结合、矿山法、沉管法、盾构法等多种施工方法。试结合所学知识，设计地铁杂散电流腐蚀防护。
余杭高铁
翁梅
乔司
乔司南打铁关
西湖文化广场
武林广场闸弄口彭埠九和路九堡火车东站七堡
龙翔桥
定安路
城站
婺江路
近江
江陵路
滨和路
西兴
滨康路
湘湖
图1 杭州地铁1号线线路图
1.2 要完成的内容
杭州地铁1号线杂散电流防护方案包括设置杂散电流排流网、杂散电流防护方法和集中式监测系统。
2 分析要设计的课题内容
地铁具有运量大、安全舒适、运输成本低等优点, 且与地面的交通工具互不干涉, 因此成为解决城市交通拥挤紧张状态的有效途径。 目前 地铁列车牵引动力一般用直流电, 由设置在沿线的牵引变电所通过架空线或第三轨向列车馈送电量, 并利用走形轨作为回流线路。直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地做不到完全绝缘, 所以有一部分电流从走形轨泄漏到大地。这部分从走形轨漏
出的电流被称为杂散电流又叫迷流，如图1所示。
图1 城市轨道交通杂散电流腐蚀原理图
杂散电流防护设计应按照“以堵为主，以排为辅，堵排结合，加强监测”的原则设计。当杂散电流防护与安全接地发生矛盾时，优先考虑安全接地。杂散电流防护系统应符合《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》。
杭州地铁1号线牵引供电采用直流1500V 供电，地下区段及高架线路全部用三轨接触网，车辆段采用柔性架空接触网。由于运营环境、经济和其它方面因素的限制，走行轨不可能完全绝缘于道床结构，因此不可避免地由走形轨向道床、车站和隧道结构泄漏电流，即杂散电流。杂散电流会对土建结构钢筋、钢轨、设备金属外壳和其他地下金属管线产生电腐蚀。杂散电流防护示意图如附录A 所示。 3 杂散电流腐蚀防护方案
3.1 一般防护方案
(1) 堵——从源头上控制杂散电流产生
① 增加走形轨的长度，减小钢轨的电阻；各钢轨之间应有畅通的电气连接以保证低阻值的回流路径；缩短变电所之间的距离, 采用双边供电。
② 增加轨道对地的过渡电阻；在车辆段的检修与停车库中，每一条线路的走形轨均应使用绝缘接头与车场线路的走形轨相隔离；增加埋地金属管线的阻值。
(2) 排——对杂散电流的收集
① 将整体道床和浮制板道床按一定要求焊接，作为主要杂散电流收集网。
② 将隧道结构钢筋按一定要求焊接，作为隧道辅助杂散电流收集网。
③ 将高架桥梁每个结构段的上层钢筋按一定要求焊接，作为高架桥辅助杂散电流收集网。
④ 在牵引变电所附近设置道床及隧道结构钢筋的排流端子，以便将杂散电流收集网连接至牵引变电所内排流柜。
(3) 牵引变电所设置排流柜
排流柜在地铁运营初期并不投入运行，而是在运营过程中，根据监测系统对杂散电流腐蚀状况的监测结果判断是否投入运行。
3.2特殊区段防护
(1) 盾构区段防护
盾构区间隧道结构钢筋采用隔离法进行防护。由于盾构隧道是由纵向1m 多长的管片构成，盾构管片间存在用于防水的橡胶垫圈，且盾构管片内部结构钢筋同管片之间的连接螺栓通过素混凝土隔离，这样客观上隔断了盾构管片的相互连接，使得1m 多长的管片内钢筋所收集的杂散电流数量非常小，从而实现盾构管片内部结构钢筋的钝化腐蚀状态，达到防护目的。
(2) 过江隧道防护
① 对于过江隧道区段，由于其采用了沉管的施工方法，在管道预制时应对其内部结构钢筋进行焊接。
② 在过江隧道江底区间，将道床收集网截面适当加大，即对过江区间道床钢筋留有一定的设计裕度。
(3) 车辆段杂散电流防护
① 车辆段通过恰当设置回流点和均流电缆来降低钢轨电位以减少杂散电流的泄漏。
② 车辆段内线路与正线之间、车辆段各种电化库内线路与库外线路之间设置钢轨绝缘结并装设单向导通装置。
③ 车辆段内电化股道和非电化股道之间、电化股道尽头线与车档设备之间设置钢轨绝缘结。
3.3 相关设备及管线的防护
(1) 沿车站站台设2m 宽绝缘层，其绝缘等级为AC1000V ，1min 。屏蔽门安装在绝缘层之上。屏蔽门与结构钢筋不应有电气连接。
(2) 其它金属管线安装时应与结构钢筋电气隔离。
3.4 杂散电流监测系统
要了解地铁牵引回流泄漏的情况和地下金属结构受杂散电流腐蚀的程度, 必须进行专门的测量工作，设置完备的杂散电流监测系统，可以检测结构钢筋、整体道床钢筋以及钢轨电位。通过信号转接器与变电所综合自动化系统接口传送至主控网络，在车辆段主控设备房利用数据传输线将监测信息由交换机传送至微机管理系统，使运营人员可在办公室内直接查询各种统计信息，并可打印各种管理报表。运营人员可根据以上结果，及时对相关区段进行清扫和相应的维护管理。
3.4.1杂散电流监测系统构成方案
杭州地铁1号线杂散电流的防护监测系统应选用杂散电流集中式监测系统，其监测系统示意图如附录B 所示。杂散电流监测系统由参考电极、道床收集网测试端子、隧道辅助收集网测试端子、传感器、数据转接器、通信电缆及杂散电流综合测试装置组成，具体构成方式如下：
在每个测试点，将参考电极端子和测试端子接至传感器，将该车站区段内的上下行传感器通过通信电缆分别连接到位于各车站的上下行数据转接器。传感器采集数据经数据转接器通过通信电缆传输至变电所综合自动化系统，经主控制系统转发到车辆段控制室的微机管理系统。
3.4.2 测试端子设置原则
(1) 在地下车站范围内，车站站台的两端进出站附近的道床和隧道壁上分别设置1个测试端子。
(2) 隧道区间范围内，靠近车站250m 的道床和隧道壁上分别设置1个测试端子。
(3) 高架区段，在车站站台的两端进出站附近的道床上设置1个测试端子。
(4) 高架区段，在靠近站台250m 的道床上设置1个测试端子。
(5) 在盾构区间隧道内，只在道床上设置测试端子。
(6) 上下行线路分别按照上述原则设置测试端子。
3.4.3 参考电极设置原则
(1) 参考电极采用技术性能较好的氧化钼或硫酸铜参考电极。
(2) 对应每个测试端子，在相距不超过1m 的范围内，设置1个参考电极。
3.4.4 杂散电流防护系统的日常维护措施
线路正式开通运营后，利用综合测试装置记录高峰小时整体道床结构钢筋和
车站隧道结构钢筋相对周围混凝土介质电位，以此电位作为判断有无杂散电流对结构钢筋腐蚀的依据，如测试到某段结构钢筋电位超过0.5V 的标准，则应对钢轨回路及钢轨泄漏电阻进行测试检查，针对测试结果，检查引起杂散电流超标的原因：若是钢轨回流系统出现电气导通“断点”所引起，则应及时将“断点”处连接至符合设计要求标准；若是某处钢轨泄漏电阻太小，则应检查钢轨是否为积水、灰尘污染或钢轨安装绝缘设备损坏引起，并及时清扫或对绝缘设备进行维护。
在线路正式投入运营后，每月应定期对全线轨道线路清扫，保持线路清洁干燥。如果全线钢轨泄漏电阻普遍降低，简单清扫或维护不能解决问题，则应将牵引变电所的排流柜投入运行，使杂散电流收集网与整流机组负极柜单向连通，保护结构钢筋免受杂散电流腐蚀。
4 结论
总之，对杂散电流的腐蚀及其可能造成的严重后果必须给予足够的重视，贯彻“以堵为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则，同时结合科学的监测，将杂散电流的腐蚀防护和系统的接地、人身和设备安全、结构的耐久性等统一考虑。
直流牵引供电系统中由走行轨回流产生的杂散电流达到一定强度时将对地铁主体结构钢筋或埋地金属产生电化学腐蚀，在工程设计、施工及运营维护中均应得到足够重视。为有效地降低杂散电流不利影响，需要在方案设计阶段对整个系统的杂散电流分布进行评价，结合工程特点，采取切实可行的防护措施，保证地铁具有长期良好的社会经济总体效益。本文的主要结论如下：
(1) 杂散电流大小主要由走行轨道相对大地电位差和走行轨道相对大地绝缘电阻决定，这两者缺一不可；影响地铁杂散电流分布的主要因素：牵引负荷电流、列车取流点到牵变所的间距、轨道绝缘电阻及走行轨道内部电阻。
(2) 要减小杂散电流的泄露，最根本的措施就是增大走行轨过渡电阻；其次应该减小走行轨纵向电阻、减小机车取流电流并缩短变电所间距；而排流网纵向电阻、大地纵向电阻以及埋地金属纵向电阻带来的影响则很小。
参考文献
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[2] 何宗华. 城市轨道交通供电系统运行于维修[M].北京:中国建筑工业出版社,2005:341-349.
[3] 吕伟杰. 地铁杂散电流的防护方案研究与设计[D].成都:西南交通大学,2007:14-16.
[4] 于松伟, 杨兴山等. 城市轨道交通供电系统设计原理及应用[M].成都:西南交通大学出版社,2008:225-242.
附录A 杂散电流腐蚀防护示意图
附录B 杂散电流监测系统示意图