地铁单向导通装置运行实测与分析

0 引言

随着我国地铁交通的大规模投运，地铁（轻轨）轨道系统中杂散电流等问题逐渐涌现，地铁结构钢筋和附近金属管线经常受到杂散电流的影响[1～3]，尤其在车辆段、停车场（以下简称“段场”）等特殊地段，由于钢轨对地过渡电阻较小，产生的杂散电流较大[4]。为了尽量减小杂散电流并缩小杂散电流影响范围，轨道上需要设置绝缘接头，将正线轨道与段场轨道隔离。在采用绝缘接头的钢轨部位，需要采用单向导通装置（以下简称“单导”）并接于地铁轨道设置的绝缘节处，保证仅列车由段场驶向正线时单导导通，钢轨能够正常回流[5，6]。但在实际运营过程中，即使段场没有列车通过，单导仍会导通，使段场钢轨与正线钢轨实现电气连接。

文献[7]通过对一行钢轨的单导电流与钢轨电位进行测试，测试结果显示，单导正向导通时能够为正线的杂散电流提供路径，反向导通时可将正线的牵引回流引入段场，从而给段场带来钢轨电位和杂散电流问题。文献[8]通过对段场单导电流、轨地电位、土壤电位梯度等相关参数进行现场测试，重点从钢轨电位的角度分析了杂散电流产生原因和分布规律，设计了杂散电流监测系统。文献[9]通过搭建城市轨道交通牵引供电系统仿真模型，分析了单导对城市轨道交通杂散电流防护的不利影响，但仿真模型中并未考虑上、下行联络线，忽略了两行单导的相互影响。文献[10]从直流牵引供电系统建模的角度出发，研究了单导和钢轨电位限制装置对正线钢轨电位的影响规律，发现单导的导通会使正线和段场的钢轨电位升高，钢轨电位限制装置的闭合则会抬高其他较远处区间的钢轨电位。

本文对实际运营的某地铁线路正线与停车场间咽喉区两行单导电流进行24 h 连续同步监测。测试结果显示，两行单导同时运行时并非完全同步导通，不仅存在电流经单导涌入停车场或返回正线的现象，还会在两行单导之间通过咽喉区上、下行联络线出现环流的现象。

1 单导结构与测试方案

1.1 单导结构

城轨供电系统回流轨中采用的单导结构如图1所示，主要由整流二极管回路、隔离开关和保护装置等组成，通常并联于段场咽喉区正线出入段的绝缘节两端。其中，二极管的正极接段场钢轨，负极接正线钢轨，晶闸管回路与二极管回路反向并联。仅二极管作用时，钢轨中电流只流向一个方向，保证列车在正线运行时列车电流不能回流至段场或列车库内。反向并联的晶闸管回路作为保护回路，当钢轨电位过高时，实现电气导通，限制绝缘节两端放电，防止列车车轮踏过绝缘节时打火。隔离开关则用于在正线支援供电车辆段、停车场的情况下，将绝缘节的两端回流轨直接电气连接。

图1 单向导通装置结构

1.2 测试方案

为了进一步了解实际运营中单导的导通、截止条件和规律，本次测试对某地铁线路停车场咽喉区的上下行单导电流进行同步监测，测试周期为24 h。于夜间非运营时段进行测试设备安装，安装位置如图2 所示。上、下行单导电流由外置霍尔电流传感器测得，传感器将电流转换为正负10 V 的电压信号，通过屏蔽电缆传输至NI 监测设备。

图2 监测设备安装位置

2 咽喉区单导运行实测数据分析

2.1 单导运行工作情况

图3 所示为运营期间流经咽喉区单导的实际电流情况，规定以单导二极管正向导通电流为正，即从段场到正线为正。从图3 可知，一行的单导流过的电流非负，说明仅有2 种工作情况，正向导通和不导通；另一行的单导既有正向的电流流过，又有反向的电流流过，存在3 种工作情况。

图3 咽喉区两行单导电流

实际上，通过分析数据发现，两行单导的5 种状态组合均存在，表1 为一天内单导各种状态组合的时间占比分配。其中，两行单导主要工作在3 种组合情形：情形5 两行单导都不导通占比28.4%（情形5 集中在夜间停运，列车不取流时段，因此时间占比较高），情形1 两行单导都正向导通占比19.3%，情形4 一行单导不导通，一行反向导通，占比32.1%。

表1 单导运行情况状态 单导工作情况 时间占比情形1 两行都正向导通 19.3%情形2 一行正向导通，一行不导通 10.1%情形3 一行正向导通，一行反向导通 10.1%情形4 一行不导通，一行反向导通 32.1%情形5 两行都不导通 28.4%

2.2 单导运行实测数据分析

根据表1，对咽喉区单导运行情况的情形1—情形4 的单导电流进行分析。图4 所示为情形1 两行单导都正向导通时的单导电流，两行单导电流大小几乎相等，达到百安量级，同时由停车场流入正线。图5 所示为情形2 单导电流，电流只通过一行单导流入正线，也达到百安量级。

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