[实用新型]回流系统钢轨电位限制装置

说明书

一种回流系统钢轨电位限制装置，IGBT模块一的发射极和IGBT模块二的集电集连接后再通过电阻R2和电流测量模块SI的串接电路与地网连接；IGBT模块一的集电极和第一二极管的阴极连接，第一极二极管的阳极与钢轨连接，IGBT模块二的发射集和第二二极管的阳极连接，第二二极管的阴极与钢轨连接；调节电阻R1连接在IGBT模块一的发射极和第一二极管的阳极之间；在钢轨和地网之间还分别连接有电容C、压敏电阻RV和电压测量模块SU；IGBT模块一和二的门极、电流测量模块SI和电压测量模块SU均与控制器连接。该装置能降低轨道中的回流电流的泄漏，能在通断时对钢轨电位暂态过电压的吸收，有助于实现钢轨电位的动态控制。

技术领域

本实用新型属于城市轨道交通技术领域，具体涉及一种回流系统钢轨电位限制装置。

背景技术

城市轨道交通列车普遍采用直流牵引，走行轨回流方式，牵引电流通过走行轨回流至牵引变电所负极。由于走行轨自身存在纵向电阻，且走行轨采用悬浮接地方式，使轨道与大地之间存在电位差，该电位差称为钢轨电位。同时，由于走行轨无法与大地做到完全绝缘，因此，通过走行轨的回流电流会有部分泄漏至周边大地，形成杂散电流。钢轨电位与杂散电流相互影响，已成为城市轨道交通回流系统中重要的安全问题。

钢轨电位升高会危及乘客人身安全并影响轨旁设备的安全运行。由于列车与走行轨等电位，当乘客上下列车时，若走行轨对地电位过高，会对人身造成触电事故。此外，走行轨连接有多种轨旁设备，如屏蔽门、转辙机等，当走行轨电位过高且轨旁设备存在一定的绝缘薄弱时，会对轨旁设备造成损害。国内多条城市轨道交通线路运营时，发生过屏蔽门打火、转辙机接地线烧熔等现象。直流牵引供电系统运行时泄漏至周边介质中的杂散电流会在轨道交通线路附近的混凝土结构钢筋、埋地金属管线等金属中流入、流出，造成电化学腐蚀。杂散电流引起的电化学腐蚀比自然腐蚀要剧烈的多，并且杂散电流在数值上要比自然腐蚀的电流大几百倍，甚至上千倍。国内外多个城市轨道交通线路发生过杂散电流腐蚀系统自身设施及周边埋地金属管线的实例。

因此，如何实现钢轨电位与杂散电流的合理控制是城市轨道交通供电安全的重要问题。

当前，为避免钢轨电位对乘客人身安全带来的危害，为了避免杂散电流造成的电化学腐蚀问题，在回流系统中设置有钢轨电位限制装置，其原理图如图1所示。现有钢轨电位限制装置主要包括直流接触器、反并联晶闸管、电流测量元件和电压测量元件组成。其主要靠直流接触器来实现钢轨电位限制作用。当钢轨电位超过第一段保护动作值（U1通常设置为90V）时，直流接触器延时1s后合闸，10s后分闸；当钢轨电位超过第二段保护动作值（U2通常设置为150V）时，直流接触器延时0.1s后合闸，保持闭锁；当钢轨电位超过第三段保护动作值（U3通常设置为600V）时，晶闸管无延时合闸，直流接触器合闸，保持闭锁。

现有钢轨电位限制技术，在执行钢轨电位保护时主要通过直流接触器来实现钢轨电位控制。现有钢轨电位控制技术在实现钢轨电位保护的同时，存在以下问题：

（1）主要采用接触器实现保护时直接将走行轨与大地短接，该位置的钢轨电位无法实现动态控制。在进行钢轨电位控制时，只需要将钢轨电位控制在90V以下就能保证对人身及轨旁设备无伤害，无需将钢轨电位直接限制到0V。将钢轨与大地直接短接反而会造成轨道中的回流电流大量泄漏，泄漏电流幅值最大可达600A，钢轨电位限制装置合闸后，经过合闸的钢轨电位限制装置泄漏的电流波形如图2所示。

（2）在现场实际运行及仿真模拟中，采用直接将钢轨与大地短接的方式时，会引起线路其他位置钢轨电位幅值瞬间升高，从而导致线路其他位置钢轨电位限制装置保护性合闸动作。

（3）由于回流系统存在一定的暂态参数（轨道存在纵向电感、轨地之间存在电容），在直流接触器分闸瞬间，会在回流系统中产生暂态过电压，该暂态过电压幅值高，可能超过三段钢轨电位动作电压，导致钢轨电位限制装置直接闭锁，这将大大增加线路的杂散电流水平。因此，钢轨电位限制装置应避免操作过程中出现的暂态过电压问题。钢轨电位限制装置分闸后，钢轨电位限制装置分闸时的暂态过电压波形如图3所示。