地铁钢轨电位异常原因分析

地铁钢轨电位异常原因分析

张金钢

神铁二号线（天津）轨道交通运营有限公司 300300

摘要：在经济发展和科技创新的双重推动下城市规划建设对轨道交通提出了更为严格的要求和标准。为保障地铁运行安全性、维护居民生活质量有必要结合实际针对地铁钢轨电位异常的原因进行深入研究。在当前地铁交通行业应用较为广泛的直流牵引系统，钢轨通常发挥电流负回流线的功能，对于维护地铁系统稳定具有重要的意义。因此本文在当前技术发展的基础上围绕地铁钢轨电位异常原因展开讨论和分析，为推动交通运输行业发展提供参考。

关键词：钢轨电位;回流通路系统;原因分析

引言：通常情况下直流牵引系统中电流在运动过程中会产生一定的泄露现象，一般将这部分偏离主要路径的经由大地回到牵引所的电流统称为杂散电流。在实际应用中将地铁行经供电区时产生的对地电位差统称为钢轨电位，保障钢轨电位正常对于加强杂散电流管理控制、维护相关设施结构稳定、保障地铁运输系统安全具有重要的影响。在当前技术发展的基础上围绕地铁钢轨电位异常的产生原因进行深入研究对于保障车辆运行稳定、维护乘客生命安全具有重要意义。

一、地铁钢轨电位异常原因分析

（一）直流牵引系统

针对地铁钢轨电位异常原因展开讨论和分析首先应当从目前我国轨道交通系统建设中应用的供电方式入手。直流牵引系统的应用极大程度上为列车的安全行驶提供了动力源泉和基础保障，对于列车的正常行驶具有重要的影响和意义^[1]。同时直流牵引系统中的具体设计与钢轨电位异常的产生之间有着紧密的联系，为加强对杂散电流的管理和控制力度设置钢轨回流回路以及相应的接地装置。除此之外三相交流供电网、专用设备以及牵引供电系统均起到维护供电稳定性的作用，在保障人身安全方面具有重要意义。在实际应用中电流在整个牵引系统中按照从变电所流经直流正母线、牵引网、列车、走行轨道、负母线最后回流至变电所的路径运行。就当前施工工艺及材料应用水平而言难以达到理想的电流通路运行状态，由于钢轨材质等因素影响在实际应用中难以对杂散电流的产生进行完全规避。根据电化学原理不难理解杂散电流的产生将对地铁运行中涉及到的金属设施结构稳定性造成一定的影响，长此以往将造成钢轨电位异常等问题干扰地铁列车运行安全及乘客人身安全。

（二）钢轨电位分布影响

在实际应用中造成地铁钢轨电位异常的原因往往是复杂的，由于钢轨本身无法做到完全对地绝缘导致电流经过钢轨时无法避免会产生部分泄漏现象，与此同时受钢轨与地面之间的电阻影响产生了相应的电位差。通常情况下两种介质之间的电阻处于动态变化中，受到土壤电阻率、导电性甚至天气变化等因素的影响，因此难以确定不同系统中钢轨电位的具体参数情况。因此应当结合实际对钢轨电位分布情况进行定性分析^[2]。地铁运行过程中电流由牵引网回流至变电所的过程中将途经钢轨、大地以及负母线，在整个电流活动过程中无法完全避免杂散电流的产生。在电流通过钢轨由地铁负电荷位置向不同方向的变电所位置运动时，将出现钢轨的电位移现象，进而产生阴极区和阳极区。两个极区内电流的运动方向刚好相反，同时伴随着地铁车辆的运动其区域范围也将随之产生动态变化。钢轨电位将跟随地铁车辆与变电所之间所处距离的不同而产生的相应的变化，而当地铁停驻在站台时若钢轨电位过高将导致正处于上下车运动中的乘客承受电压，进而威胁到乘客的人身安全。

（三）其他原因分析

在地铁运行过程中钢轨电位产生的因素包括多方面的内容，为保障地铁运行稳定、维护乘客生命安全有必要结合实际对其展开全面分析和讨论。地铁车辆运行过程中电流在负回流回路中运动，电路本身的电阻与钢轨电位呈现出同增同长的关系。回流电缆、均流电缆以及走行轨等共同构成了负回流电路，在所有组成要素中走行轨的电阻对负回流电路产生的影响最大，因此地铁钢轨电位异常与其纵向电阻有紧密的联系。除此之外伴随着技术的发展和创新，地铁交通运输行业逐渐趋向于高速化发展，虽然满足了人们的出行需求但也对安全防护提出了更严格的要求。高速行驶的地铁车辆将造成轨道振动，因此一般情况下要采用加高垫板或绝缘垫的方式维护钢轨的稳定，同时对于维护钢轨电位稳定具有一定的积极作用。但在实际应用中伴随着地铁车辆运行频次的增加绝缘垫产生的稳定效果随之减弱继而造成地铁钢轨电位异常问题。

二、地铁钢轨电位异常的解决措施分析

（一）降低负回流回路电阻

钢铁电位异常不仅影响到相关设施的结构稳定性，对于地铁列车运行效率以及乘客的人身安全均具有重要的影响，因此有必要结合实际对其原因及解决措施展开讨论和分析。造成地铁钢轨电位异常的原因往往是多方面的，在实际应用中需要结合方案设计规划明确固定的钢轨型号。型号固定则意味着钢轨的具体材质无法改变，在此基础上通过保障回流通路中如回流电缆与钢轨连接、道岔回流连接点位等位置接头的连接稳定性实现对负回流回路电阻的降低，进而达到避免钢轨电位出现异常问题。除此之外在实际应用中应当注意结合具体工程建设需求选择合适的解决措施，在保障应用经济性的基础上维护地铁运行安全性。

（二）增大钢轨与地面间的电阻

就当前技术发展与材料应用水平而言，现有施工工艺的应用效果依然无法完全实现对钢轨与地面之间电流泄露的规避。一般情况下采用增加绝缘垫或轨枕等措施加强钢轨与地面两种介质之间的电阻，起到减少杂散电流泄露的作用。除此之外结合地铁轨道实际建设情况对其土壤情况进行调整和优化也能够对增大电阻产生积极作用。随着地铁车辆运行频次的增加使绝缘垫及轨枕产生磨损或灰尘覆盖等问题也会对其功能效果产生一定的负面影响。因此在实际应用中应当定期组织相应的设施检查清洁，尽量保障绝缘垫及轨枕的洁净，维护绝缘效果的同时避免出现地铁钢轨电位异常问题，从而达到保障地铁运行安全的目的。

（三）其他解决措施

除了降低负回流回路的电阻以及增大钢轨与地面之间的过渡电阻外，还可以通过其他方式实现对地铁钢轨电位异常现象的规避。在实际应用中若多辆地铁车辆同时运行启动将增加一次产生的电流冲击，不利于维护设施安全稳定。因此应当科学合理地对地铁车辆的发出时间间隔进行规划，降低电流冲击的同时能够有效减少钢轨电位产生异常的风险。除此之外通过应用相关装置对钢轨电压情况进行实时监测，超过规定值域时则使钢轨与地短接，从而达到维护钢轨电位正常的目的。

结束语：综上所述，在地铁车辆运行过程中造成钢轨电位异常的原因往往是复杂多样的，就当前技术发展及材料应用水平而言无法实现完全地规避。因此应当在实际应用的基础上结合钢轨纵向电阻、牵引负荷电流等内容对其展开讨论和分析，为保障地铁运行安全提供参考。

参考文献：

[1] 李国欣.直流牵引回流系统分析及轨电位相关问题研究[D].江苏徐州;中国矿业大学，2012.
[2] 周大林,庞开阳,李鲲鹏.地铁直流牵引供电系统钢轨运行电位安全分析[J]. 城市轨道交通研究,2015,18(006):46-48.
[3] 侯敏.城市轨道交通钢轨电位异常原因分析[J].城市建设理论研究:电子版, 2015(2).