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Electric Railways in a United Europe, 1995., International Conference,2004(2): 18981903.[33] Hofmann, H.。當(dāng)傳感器的輸出VDCLEM大于REF時(shí)，觸發(fā)U2，使K1線圈得電，觸點(diǎn)閉合，這時(shí)可給可控硅門(mén)極施加5V的觸發(fā)信號(hào)，使可控硅導(dǎo)通，從而短接絕緣結(jié)，消除打火隱患。12～15供電，耗電低，采用對(duì)開(kāi)式結(jié)構(gòu)，原邊與副邊之間高度絕緣，安裝、更換均十分方便，免去了拆卸銅母排的麻煩。 以廣州地鐵一號(hào)線珠江隧道沉管區(qū)段及上海地鐵四號(hào)線黃浦江隧道沉管區(qū)段過(guò)江隧道處單向?qū)ㄑb置的安裝為例，對(duì)于處在水下的隧道，相對(duì)其他隧道區(qū)間的雜散電流防護(hù)應(yīng)采取更加積極的措施，為此采用了圖5—3所示的道鋼軌隔離防護(hù)措施。列車(chē)是否通過(guò)絕緣結(jié)，可以通過(guò)安裝在絕緣結(jié)旁邊的測(cè)距傳感器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的原理是利用列車(chē)反射紅外線的原理，當(dāng)沒(méi)有列車(chē)通過(guò)絕緣結(jié)時(shí)，測(cè)距傳感器輸出接點(diǎn)斷開(kāi)，當(dāng)有列車(chē)通過(guò)絕緣結(jié)時(shí)，測(cè)距傳感器輸出接點(diǎn)閉合，此接點(diǎn)信號(hào)接入自動(dòng)消弧裝置，用于控制可控硅消弧回路的閉合與斷開(kāi)。圖4—4 RL串聯(lián)電路切斷電源等效圖 電源開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)瞬間，在電感L的兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，圖4—4(b)為計(jì)算開(kāi)關(guān)K觸頭過(guò)電壓等值電路圖，其微分方程為： (式41)微分方程得： {式42} {式43} 式中：L為線圈電感，H；R為電路中電阻，Ω；為開(kāi)關(guān)打開(kāi)后斷路的等值電阻，Ω；為開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)刻加于開(kāi)關(guān)兩觸頭間的電壓，V；為切斷電源時(shí)刻電感中的電流，A。 自感電勢(shì) 外軌道中，后車(chē)輪離開(kāi)絕緣節(jié)后，I突降至0，產(chǎn)生電弧，自感電勢(shì)能放出，消耗于空氣。在以上兩個(gè)代入實(shí)際量測(cè)軌道對(duì)地泄露電阻之模擬測(cè)試中，我們可得知軌道突波電壓、IRJ跨接電流與軌道對(duì)地泄露電阻有關(guān)，當(dāng)軌道對(duì)地泄漏電阻越高，可得較低軌道突波電壓與IRJ跨接電流，即提高軌道對(duì)地泄漏電阻，可降低機(jī)修廠邊界軌道電蝕的危害；反之，當(dāng)軌道對(duì)地泄漏電阻越低，將會(huì)產(chǎn)生較高的IRJ跨接電流與軌道突波電壓。機(jī)修廠導(dǎo)電軌軌道長(zhǎng)度：2km。：215（/軌道；規(guī)范值）/2(km)/40（機(jī)修廠40軌道并聯(lián)）=150 (mΩ)。圖3—7 機(jī)修廠與主線軌道之MATLAB模擬等效電路列車(chē)負(fù)軌等效電壓源我們?nèi)∫恢绷麟娫醋鳛橹骶€軌道上常態(tài)電位差，二極管設(shè)為一理想二極管。機(jī)修廠區(qū)軌道區(qū)分為許多路段，標(biāo)以不同的號(hào)碼，為監(jiān)控列車(chē)的位置，各路段的回流軌均以絕緣結(jié)（IRJ）隔離，使回流系統(tǒng)能分段判斷信號(hào)。所謂排流法就是將金屬結(jié)構(gòu)中的雜散電流人為地使之直接回流到鋼軌或變電所負(fù)極,其連接導(dǎo)線稱(chēng)為排流線。但車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)內(nèi)車(chē)速較低,牽引電流較小,雜散電流泄漏水平較低,基于此特點(diǎn),車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)的防護(hù)雜散電流措施一般應(yīng)從鋼軌回流及降低鋼軌電位考慮,一般采取措施如下：（1）降低車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))雜散電流主要泄漏總量措施車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))與正線間設(shè)置絕緣軌縫及單向?qū)ㄑb置,限制正線區(qū)段鋼軌電流通過(guò)車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))內(nèi)的鋼軌回流,可降低車(chē)輛段(停車(chē)場(chǎng))內(nèi)部雜散電流泄漏水平。具體實(shí)施時(shí),由于涉及到的專(zhuān)業(yè)多,各專(zhuān)業(yè)、各工種必須緊密配合,尤其在施工設(shè)計(jì)階段更要考慮綜合防治措施,盡量減少直流系統(tǒng)與其他建筑物的電氣連接。Km范圍內(nèi)。鋼軌埋設(shè)在地表面，易于發(fā)現(xiàn)損壞狀況，且便于更換，所以雜散電流腐蝕對(duì)其的危害不是很大。 目前存在問(wèn)題（1）地鐵主體結(jié)構(gòu)鋼筋、電氣設(shè)備、地鐵四周的埋地管線經(jīng)常遭受地鐵雜散電流的電化學(xué)腐蝕。在車(chē)輛段處可以使用普通型單向?qū)ㄑb置，而在地鐵供電線路正線上使用絕緣結(jié)和單向?qū)ㄑb置，可能在絕緣結(jié)處產(chǎn)生電弧而燒損軌道，所以必須使用帶消弧功能的單向?qū)ㄑb置。城市軌道交通對(duì)改善現(xiàn)代城市交通、優(yōu)化城市總體布局、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展等所發(fā)揮的作用是不容置疑的客觀事實(shí)。圖1—1　單向?qū)ㄑb置原理及與軌道絕緣結(jié)安裝示意圖 單向?qū)ㄑb置國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在地鐵（輕軌）走行軌系統(tǒng)中，軌道的某些特殊地段設(shè)置單獨(dú)的絕緣接頭，其目的是盡量縮小雜散電流的存在與作用范圍，從而減少雜散電流腐蝕。消弧裝置在智能控制儀表的控制下進(jìn)行工作。若地鐵四周有導(dǎo)電性能較好的埋地金屬管線(如自來(lái)水管、煤氣管道、電纜等)，則有一部分雜散電流選擇電阻率較低的埋地金屬管線作為流通路徑，在變電所四周從金屬管線中流出流回變電所。概括起來(lái)可將發(fā)生腐蝕的氧化還原反應(yīng)分為兩種:當(dāng)金屬鐵周?chē)慕橘|(zhì)是酸性電解質(zhì),即ｐＨ7時(shí),發(fā)生的氧化還原反應(yīng)是析氫腐蝕,以Ｈ+為去極化劑。車(chē)輛段和停車(chē)場(chǎng)均位于地面,經(jīng)過(guò)出入線與正線連接。但在地鐵正線采取此方法，如圖2—4（C）、（D）的使用現(xiàn)場(chǎng)。 雜散電流的收集母排與牽引變電所的負(fù)母排之間有一個(gè)電流測(cè)量裝置,測(cè)量雜散電流的大小,一般額定量程為600Ａ,該測(cè)量裝置包括一個(gè)電流表和過(guò)流繼電器,一個(gè)時(shí)間繼電器。（2）使鋼軌電位升高,其電位有可能超過(guò)容許安全電壓(規(guī)定為65Ｖ)。圖31 鋼軌離開(kāi)絕緣結(jié)之前所產(chǎn)生的火花圖32 電蝕后的絕緣結(jié)（IRJ） 軌道與第三軌之間鋼軌電感估算目前軌道與第三軌之間鋼軌電感并無(wú)明確規(guī)范，所以我們可以用復(fù)合導(dǎo)體的電感計(jì)算式來(lái)推算，由軌道與第三軌的截面積與配置來(lái)估算其電感，如圖33.圖3—3 軌道與第三軌配置圖導(dǎo)電軌接觸面至上端表面之高度約為104mm，鋼軌踏面至底部之高度約為170 mm，鋼軌踏面下14 mm處寬度約為72 mm。我們可以將主線軌道等效為一個(gè)軌道電路，機(jī)修廠內(nèi)部的軌道等效為另一個(gè)軌道電路來(lái)進(jìn)行模擬，由于軌道的電感效應(yīng)顯著，故等效軌道電路必須將軌道電感一并考慮。：215（/軌道；規(guī)范值）/10(km)/2（主線2軌道并聯(lián)）=（Ω）。圖35（a） 回流軌IRJ的軌道電位差模擬結(jié)果圖35（b） 回流軌IRJ的軌道電位差模擬結(jié)果局部放大圖圖35(c) 回流軌IRJ的跨接電流模擬結(jié)果圖35(d) 回流軌IRJ的跨接電流模擬結(jié)果局部放大圖圖35 以實(shí)際測(cè)量的軌道對(duì)地泄漏電阻模擬回流軌IRJ的軌道電位差及跨接電流模擬結(jié)果下列為推導(dǎo)的鋼軌電阻、鋼軌電感及實(shí)際量測(cè)所得的軌道對(duì)地泄露電阻，所組成的導(dǎo)電軌軌道參數(shù)，在主線并不區(qū)分導(dǎo)電軌或回流軌，故導(dǎo)電軌于主線的軌道參數(shù)同回流軌相關(guān)參數(shù)。當(dāng)模擬斷路器打開(kāi)瞬間，回流軌軌道突波電壓約為1000V，呈現(xiàn)電感性電路斷流的突波電壓反應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)之軌道突波電壓約為800~1000V。 發(fā)電反饋：電動(dòng)機(jī)→發(fā)電機(jī)。如果絕緣結(jié)A點(diǎn)的電位高于B點(diǎn)的電位發(fā)生在列車(chē)通過(guò)絕緣接頭的瞬間，列車(chē)后輪與絕緣接頭A點(diǎn)發(fā)生瞬間斷電或電流突然變小，此時(shí)會(huì)在AB兩點(diǎn)產(chǎn)生過(guò)電壓，在AB絕緣結(jié)的間隙中滿足了電弧產(chǎn)生的條件，所以可以產(chǎn)生電弧而燒損軌道，此種情況發(fā)生在列車(chē)通過(guò)絕緣結(jié)前已處于再生制動(dòng)或者單向?qū)ㄑb置的安裝工藝有問(wèn)題（如安裝距離絕緣結(jié)過(guò)遠(yuǎn)）所致。因此具有消弧功能的單向?qū)ㄑb置就是要確保大于某一值時(shí)，絕緣結(jié)具有電流通路，可控硅的工作特性滿足了這樣的要求。 本系統(tǒng)正常情況下，流過(guò)電流傳感器的最大正向電流為直流750A，當(dāng)一支二極管發(fā)生短路擊穿時(shí)，流過(guò)傳感器的最大反向電流不會(huì)超過(guò)1000A，考慮到出現(xiàn)大電流時(shí)傳感器要能正常檢測(cè)，不至于傳感器飽和，所以選取LEM公司的BLFK1500S3型電流傳感器，其原邊額定有效值電流為1500A，測(cè)量范圍可達(dá)2000A，副邊額定輸出為一4V電壓信號(hào)，省去了設(shè)置副邊采樣電阻的麻煩，應(yīng)用十分方便。傳感器輸出信號(hào)接收處理的電路模型如下圖所示。地鐵列車(chē)通過(guò)絕緣結(jié)消弧方法的研究。電力牽引時(shí)，地鐵正線流過(guò)的牽引電流大，車(chē)場(chǎng)線路的鋼軌與正線鋼軌相連接，因此，在鋼軌網(wǎng)的陽(yáng)極區(qū)，雜散電流可以從正線車(chē)場(chǎng)泄漏至大地，增加了雜散電流腐蝕。隔離開(kāi)關(guān)的操作機(jī)構(gòu)分為手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)和 電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)兩種，操作機(jī)構(gòu)有輔助開(kāi)關(guān)，輔助開(kāi)關(guān)具有三常開(kāi)三常閉接點(diǎn)，可以用于表示開(kāi)關(guān)狀態(tài)和用于電動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制連鎖。主回路原理圖如圖5—4所示。具體來(lái)講，在單向?qū)ㄑb置的主回路上并聯(lián)可以控制的大功率電力開(kāi)關(guān)，自動(dòng)消弧裝置始終監(jiān)測(cè)絕緣結(jié)兩端電壓，當(dāng)大于某一個(gè)數(shù)值時(shí)，大功率電力開(kāi)關(guān)短路，把絕緣結(jié)AB兩端短路，從而列車(chē)離開(kāi)絕緣結(jié)時(shí)，滿足不了產(chǎn)生電弧的條件，不可能產(chǎn)生電弧而燒損軌道。通過(guò)對(duì)安裝有單向?qū)ㄑb置的絕緣結(jié)處進(jìn)行實(shí)際觀察，發(fā)現(xiàn)一般都是列車(chē)車(chē)輪離開(kāi)絕緣結(jié)時(shí)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧而燒損軌道（如圖）。 當(dāng)電壓反饋電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生以下兩個(gè)變化：（1）負(fù)荷電流方向發(fā)生改變；（2）雜散電流方向發(fā)生改變。圖36（a） 導(dǎo)電軌IRJ的軌道電位差模擬結(jié)果圖36（b） 導(dǎo)電軌IRJ的軌道電位差模擬結(jié)果局部放大圖圖36（c） 導(dǎo)電軌IRJ的跨接電流模擬結(jié)果圖36（d） 導(dǎo)電軌IRJ的跨接電流模擬結(jié)果電流局部放大圖圖36以實(shí)際測(cè)量的軌道對(duì)地泄漏電阻模擬導(dǎo)電軌IRJ的軌道電位差及跨接電流模擬結(jié)果由模擬回流軌IRJ跨接電流的結(jié)果（圖33）可知，當(dāng)斷路器投入瞬間，模擬所得的跨接電流的上升時(shí)間約為100ms，實(shí)際測(cè)量時(shí)間約為500ms。：（Ω/km/軌條；規(guī)范值）10（km）/4（主線4軌并聯(lián)）=（mΩ）：（mH/km/軌道；推導(dǎo)值）10（km）/2（主線2軌道并聯(lián)）=（mH）。在π型軌道等效電路中，泄漏電阻ω（）為泄漏電導(dǎo)g（mho/km）的倒數(shù)，即ω=1/g，所以2ω=2/g. 軌道電位差及跨接電流模擬以MATLAB ，繪制圖32軌道模擬等效電路。 500ms/Div（a） 斷路器投入瞬間52s 500ms/Div（b） 斷路器打開(kāi)瞬間圖3—5 機(jī)修廠導(dǎo)電軌跨接電流圖3—6為斷路器投入前后回流軌與主線鋼軌電位差及通過(guò)斷路器的跨接電流波形。 排流法一般有將金屬結(jié)構(gòu)與鋼軌直接在牽引變電所附近相連的直接排流法、加二極管的單向?qū)ㄅ帕?、加直流電源的?qiáng)制排流等。排流柜的原理圖如圖2—4。另外在需要過(guò)江隧道，由于過(guò)江隧道的地質(zhì)條件特殊，相當(dāng)于其他隧道要潮濕的多，鋼軌對(duì)地的泄漏電阻一般比其他地段的過(guò)渡電阻低二分之一至四分之一，隧道內(nèi)雜散電流泄漏比其他地段要嚴(yán)重的多，由于地鐵軌道是連通的，一旦列車(chē)在軌道上運(yùn)行，在隧道內(nèi)有可能造成嚴(yán)重的雜散電流泄漏，導(dǎo)致埋地金屬結(jié)構(gòu)尤其是鋼軌和鋼軌緊固件嚴(yán)重的雜散電流腐蝕，解決以上問(wèn)題采用的手段是在軌道上設(shè)置絕緣結(jié)，并在絕緣結(jié)兩端連接單向?qū)ㄑb置，保證軌道電流不斷流，具體方案如圖2—4所示。為了減少雜散電流的危害,就應(yīng)當(dāng)設(shè)法減少雜散電流量。即電極電位較低的金屬鐵失去電子被氧化而變成金屬離子,同時(shí)金屬周?chē)橘|(zhì)中電極電位較高的去極化劑,如金屬離子或非金屬離子得到電子被還原。這部分從走形軌漏出的電流被稱(chēng)為雜散電流又叫迷流。柜內(nèi)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集控制及遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)可實(shí)時(shí)檢測(cè)主回路的運(yùn)行狀態(tài)，并具有遠(yuǎn)端通信接口，可連接到控制信號(hào)盤(pán)的通訊網(wǎng)絡(luò)上，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主控機(jī)上實(shí)時(shí)觀測(cè)單向?qū)ㄑb置的運(yùn)行情況，以便在發(fā)生故障時(shí)及時(shí)處理。此外，車(chē)場(chǎng)以及正線的特殊地段，如隧道口等，由于軌道對(duì)地過(guò)渡電阻降低，會(huì)導(dǎo)致雜散電流泄漏的增加。雜散電流會(huì)導(dǎo)致埋地金屬結(jié)構(gòu)尤其是鋼軌和鋼軌緊固件嚴(yán)重的雜散電流腐蝕。永濟(jì)電機(jī)修廠）裝置內(nèi)設(shè)置有隔離開(kāi)關(guān)，用于在單向?qū)ㄑb置出現(xiàn)故障時(shí)連接絕緣結(jié)兩端鋼軌，使列車(chē)能夠正常運(yùn)行。直流供電的地鐵系統(tǒng)的走形軌本身具有電阻且走形軌對(duì)地做不到完全絕緣,所以有一部分電流從走形軌泄漏到大地。 地鐵迷流對(duì)埋地金屬管線和混凝土主體結(jié)構(gòu)中鋼筋的腐蝕在本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕,屬于局部腐蝕,其原理與鋼鐵在大氣條件下或在水溶液及土壤電解質(zhì)中發(fā)生的自然腐蝕一樣,都是具有陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程的氧化還原反應(yīng)。雜散電流的大小,就是圖2—3中的陰影區(qū)段從鋼軌泄漏至地下電流密度的積分,即：（1）式中 V——鋼軌正電位 R——泄漏電阻圖2—3鋼軌電位圖軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)中,只要用走行軌兼做回流導(dǎo)體,雜散電流的產(chǎn)生是不可避免的。同樣在