項目4防雷接地與雜散電流防護裝置的認知與維護任務3雜散電流防護裝置的認知與維護【任務描述】認識雜散電流的產生過程，掌握雜散電流的防護原則與方法，分組認識并維護智能排流柜。01雜散電流的產生雜散電流的產生在城市軌道交通供電系統中，電動列車采用直流牽引供電。在理想情況下，牽引電流由牽引變電所的正極出發，經由接觸網（接觸軌）、電動列車、鋼軌（走行軌）、回流線返回牽引變電所負極。由于鋼軌與大地之間難以做到完全絕緣，勢必造成牽引電流不能全部經由鋼軌流回牽引變電所的負極，有一部分牽引電流會泄漏到隧道或道床或埋地金屬管線等金屬鋼構上，然后沿著金屬鋼構或土壤回流到牽引變電所（有些泄漏電流甚至不回流而散入大地），這一部分泄漏電流就是雜散電流，也稱為迷流。02雜散電流的危害雜散電流的危害1)引起城市軌道交通附近隧道、道床、建筑物結構鋼筋、埋地金屬管線等被腐蝕，縮短使用壽命隧道、道床、建筑物結構鋼筋、金屬管線等埋于地下，當這些金屬體中流過雜散電流時，這些金屬體就會發生電化學腐蝕。雜散電流所經過的路徑可等效地看成兩個串聯的電池。電池1：A鋼軌(陽極區)→B道床、土壤→C金屬管線(陰極區)；電池2：D金屬管線(陽極區)→E土壤、道床→F鋼軌(陰極區)。雜散電流的危害當雜散電流由圖中的兩個陽極區鋼軌A、金屬管線D流出時，該部位的金屬(Fe)便與其周圍的物質發生失掉電子的電解反應，這個部位的金屬(Fe)就會遭到腐蝕。如果城市軌道交通附近的隧道、道床或其他建筑物的結構鋼筋及埋地金屬管線長期受到雜散電流的腐蝕，就會被嚴重損壞，結構鋼強度也被破壞，使用壽命縮短。2）引起鋼軌及其附件的腐蝕。因雜散電流的存在，鋼軌及鋼軌的一些附件存在嚴重腐蝕，尤其是釘入道床的道釘。3)引起框架泄漏保護誤動作，影響城市軌道交通的正常運營若鋼軌局部或整體對地的絕緣變差，則鋼軌對大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大，此時可能引起牽引變電所的框架保護動作。而框架保護動作會引起牽引變電所的斷路器跳閘，導致全所失電，同時還會引起相鄰牽引變電所對應的饋線斷路器聯跳，從而造成較大范圍的停電事故，影響城市軌道交通的正常運營。雜散電流的危害4)引起鋼軌電位限制裝置誤動作，使用壽命縮短。為了降低城市軌道交通車體與地之間的接觸電壓和跨步電壓，一般在設有牽引變電所的車站和車場設置鋼軌電位限制裝置。在鋼軌對地電位超過規定值時，可將鋼軌和變電所接地母排連接起來，防止鋼軌電位過高對人身安全造成威脅。雜散電流會引起鋼軌電位升高，導致鋼軌電位限制裝置會經常誤動作，使得牽引變電所負極直接接地，因此使得原本設置在車站附近作為保護人身安全的鋼軌電位限制裝置經常作為排流柜使用，縮短了其使用壽命。雜散電流的危害03雜散電流的防護雜散電流的防護在工程實際中，雜散電流防護通常采取“以防為主，以排為輔，防排結合，加強監測”的原則。1.以防為主以防為主就是隔離和控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進入城市軌道交通的主體結構、設備及相關設施。通過對雜散電流產生的原因及腐蝕過程的分析，可以得知提高走行軌對地絕緣電阻值及降低走行軌電阻值是治理雜散電流泄漏的兩種直接方法。根據雜散電流的估算公式，雜散電流與列車到牽引變電所距離的平方成正比，與回流走行軌的縱向電阻成正比，與列車牽引電流成正比，與走行軌對地的過渡電阻成反比。1.以防為主常用的雜散電流防護措施如下：（1）提高走行軌對地絕緣電阻值走行軌絕緣的性能的好壞是決定雜散電流大小的最主要因素。提高走行軌對地絕緣電阻值，目的就是讓牽引電流盡可能多地沿走行軌流回牽引變電所的負板，這樣就可以盡量減少牽引電流向外泄漏。走行軌與地之間的絕緣電阻越大，產生的雜散電流越小。提高走行軌對地絕緣電阻值主要有四種方法：在走行軌下設置絕緣墊；讓走行軌對地保持一定間隙；合理設置道床排水溝；合理設置道床混凝土。（2）降低走行軌電阻值走行軌電阻較大時，回流電流在其上流過時產生的電壓降也大，使鋼軌對地的電位差也增大，從而增加了雜散電流，所以必須設法降低走行軌的電阻值。根據電阻的公式，降低走行軌電阻值具體措施有：在設計中選用電阻率低的材料，增大鋼軌橫截面積，將短鋼軌焊接成長鋼軌。1.以防為主（3）合理設置牽引變電所，牽引網采用雙邊供電根據雜散電流的估算公式，雜散電流值與列車到牽引供電變電所距離的平方成正比，所以可以通過減小供電距離來降低雜散電流，即牽引變電所之間距離設置不宜過長。另外，牽引網采用雙邊供電比單邊供電方式雜散電流小，所以供電區間內應盡量采用雙邊供電模式。（4）提高牽引網電壓目前我國城市軌道交通牽引供電系統采用的直流供電電壓有直流750V和1500V兩種，實踐證明采用1500V電壓比采用750V電壓牽引供電產生的雜散電流小。2.以排為輔—設置排流柜以排為輔就是通過雜散電流的收集及排流系統，提供雜散電流返回至牽引變電所負母線的通路，防止其繼續向本系統外泄漏，以減少腐蝕。因此，在工程建設時適當設置合理的雜散電流收集網及排流裝置，在必要時將雜散電流引回牽引變電所的負極。通常設置雜散電流的收集系統，作用是收集由走行軌泄漏出的雜散電流，并通過收集網將雜散電流引導至牽引變電所的負極，防止雜散電流過多地流向主體結構鋼筋和其他金屬導體。具體方法是在走行軌下混凝土整體道床內敷設網狀鋼筋，縱向連通，形成雜散電流的收集網，以建立一條低阻抗的雜散電流收集、排放通路。將隧道內區間及車站每個結構段的內表層結構鋼筋通過焊接形成雜散電流綜合監測網。2.以排為輔—設置排流柜（1）排流柜作用一般在正線牽引變電所內設置雜散電流排流柜。排流柜的一端與收集網的排流端子連接，另一端通過電纜與牽引變電所負極柜相連接。2.以排為輔—設置排流柜智能排流柜是為減少城市軌道交通雜散電流造成的金屬結構電化學腐蝕而設計的專用設備。當排流網中的雜散電流過大，通過排流柜直接排入負極母線。排流柜的核心元件為硅二極管。利用硅二極管正向導通反向截止的特性，實現雜散電流的極性排流。極性排流是指只有當需排流的金屬結構相對于鋼軌的負母線電位為正時，二極管正向導通，才有電流通過，把軌道上泄漏到金屬結構上的雜散電流直接排到鋼軌的負母線上，從而減少雜散電流的腐蝕。2.以排為輔—設置排流柜（2）KDPL系列智能排流柜工作原理KDPL系列智能排流柜工作原理：排流柜裝置由主回路和檢測控制用的單片機控制系統兩部分組成(地排流回路包括一電壓表)。主回路的核心是由1個硅二極管組成，在主回路中串有一個電阻R用于調節排流電流大小；開關K可以人工或通過單片機自動控制實現排流；串有一個帶輔助接點的快速熔斷器FU和一個分流器FL，與RC回路共同組成了保護系統。其中短路保護采用兩種方式：熔斷器保護和反向電壓保護，當出現短路時，快速熔斷器FU首先熔斷，保護二極管不受損壞，同時通過熔斷器本身所帶的接點發出信號；另外，在每個二極管另一端設有分流器FL，當二極管擊穿而快速熔斷器未熔斷時，依靠逆向電流通過分流器而測得的數據可知二極管故障，此保護與熔斷器形成可靠的保護系統，以確保在二極管發生故障時能可靠地發出信號。2.以排為輔—設置排流柜單片機控制系統由電流變送電路和開關量變送電路構成輸入檢測電路，把排流電流轉換為數字量送入存儲器存儲，并實時檢測快速熔斷器的開關狀態，單片機控制系統自身帶有數碼管和發光二極管顯示被測電流和電壓及工作狀態。2.以排為輔—設置排流柜（3）KDPL系列智能排流柜面板認識智能排流柜面板上排分別為電壓表、電源指示燈、報警指示燈。電壓表—主要完成排流母排與地之間的電壓測量；電源指示燈—當排流柜所需工作電源DC220V供電時，電源指示燈亮；報警指示燈—當排流柜連續排流時間超過30s時，指示燈就亮顯報警；2.以排為輔—設置排流柜左門上裝有控制器，主要完成對智能排流柜主回路工作狀態的檢測，排流電流大小的檢測，接收雜散電流監測系統的排流命令，并把排流電流值和排流柜的工作狀態、故障信息遠程傳到雜散電流監測系統。排流柜智能控制器的核心為一臺單片機系統，可以實時檢測五路排流回路的排流電流，各排流回路控制接觸器的狀態、保護回路中快速熔斷器的狀態。2.以排為輔—設置排流柜控制器面板上共有12個發光二極管表示系統的工作狀態及故障信息，各個發光二極管表示的含義如下：POW—控制板的+5V電源指示；RUN—控制器運行指示，正常工作時一明一暗閃爍；D1、D2、D3、D4、D5分別表示排流1、排流2、排流3、排流4、地排流對應的二極管故障指示，燈亮表示故障；FU1、FU2、FU3、FU4、FU5分別表示排流1、排流2、排流3、排流4、地排流對應的保險故障指示，燈亮表示故障；右門上共5個指示燈，10個按鈕。3行5列分別代表排流1、排流2、排流3、排流4、地排流的指示燈、啟動按鈕和停止按鈕。3.防排結合，加強監測加強監測就是要有完備的雜散電流監測系統，實時監視、測量雜散電流的大小，一旦發現雜散電流過高則采取一定的對策來減輕其危害。設置雜散電流監測系統，通過監測道床和地下結構雜散電流收集網極化電位等數據，實現對地鐵雜散電流分布的綜合監測，為運營維護部門判斷雜散電流防護系統狀況提供依據。系統的構成：雜散電流監測系統采用變電所監測和控制中心集中監測二級監測系統。雜散電流防護系統主要由參比電極、整體道床測防端子、地下結構測防端子、測量線、傳感器、通信電纜、信號轉接器、監測裝置等組成。3.防排結合，加強監測全線在各車站混合變電所內分別設置1臺雜散電流監測裝置，該裝置經過通信電纜與轉接器相連。轉接器下連傳感器，各監測點傳感器經由測量線與該點結構鋼和整體道床測防端子(地下結構測防端子)對應的參比電極相連，實現對該分區結構和整體道床結構鋼筋的極化電位數據采集、數據統計并上傳至轉接器，再由轉接器將數據整合后上傳至監測裝置處理。雜散電流監測裝置通過變電所內通信網絡與電力監控系統接口，將處理和統計后的數據傳至監控中心。3.防排結合，加強監測（1）傳感器傳感器主要完成參比電極與道床及隧道側壁結構鋼筋電壓信號的監測。參比電極是指測量各種電極電勢作為參照比較的電極。（2）信號轉接器信號轉接器主要用于傳感器與監測裝置間信號的傳輸轉換以保證信號遠距離傳輸，每個信號轉接器可以連接16個傳感器。該裝置每隔0.5h將各傳感器傳輸的數據存貯于存貯器中，并送入監測裝置，保證系統的實時測量。監測裝