地铁轨电位的危害及防治

张建锋

摘要：在地铁列车运行过程中存在轨电位，轨电位有可能导致安全门、区间金属管线等产生打火放电现象，危害设施设备，当轨电位较高，甚至会威胁到人员生命安全。本文主要研究地铁轨电位产生和危害，并提出一些防治措施。

关键词：轨电位；危害；防治措施

一、轨电位产生的原因

目前国内城市轨道交通系统主要采用直流牵引供电系统。电流从变电所直流正母线流出，经接触网到电客车，驱动电客车运行后，经钢轨流回牵引变电所直流负母线，系统如图1所示。

图1

为了防止杂散电流对结构钢筋及金属管线的腐蚀，钢轨通过绝缘垫与大地绝缘。由于钢轨自身有电阻，使得钢轨与地面之间产生电位差，即轨电位。

二、轨电位升高分析

目前国内已建成投入运行的城市轨道交通系统中，普遍存在轨电位异常升高的情况。轨电位的大小与牵引供电电压等级、列车参数、牵引负荷电流、牵引所间距、轨道对地过渡电阻的均衡程度等很多因素有关，根据总结分析，主要原因有两点。1、回流通路不畅，导致钢轨电位升高。2、牵引负荷增大，导致流经钢轨的电流增加，从而引起轨电位升高。当发生某些故障时，也可能会引起轨电位的陡升。

三、轨电位的危害

由于轨电位的存在，乘客在上下车时，会在列车与站台间产生跨步电压，当轨电位升高时，跨步电压随之升高，会引起乘客不适，严重时甚至会危及人身安全。

目前新建地铁普遍安装安全门，安全门与轨道相连，与车站站台绝缘，使得乘客上下车时不受轨电位影响。但是由于安全门在安装和运营过程中，很难完全避免与大地的完全绝缘，在实际运营过程中，经常会发生由此而导致的放电打火现象。

由于电流泄露，轨电位还会导致杂散电流的产生。电流泄露主要是因为绝缘不良或接触不好等原因造成的。杂散电流会对钢轨及其附件产生腐蚀，对埋地管线产生腐蚀，对钢筋混凝土结构造成破坏，影响电气设备的正常工作，影响通信，影响人身安全。

四、轨电位防治措施

1、钢轨电位限制装置

为了保护人员、设备设施的安全，以及直流供电系统安全可靠地运行，一般在每个车站会设置一台钢轨电位限制装置来限制过高的轨电位，如图2所示。

钢轨电位限制装置正常情况下是分闸状态，当检测到钢轨与接地母排之间的电位差达到设定值（部分车站设置为120V）时，钢轨电位限制装置合闸，将钢轨与大地短接，延迟一段时间（可设定）后，自动分闸。图3为钢轨电位限制装置内部结构。

图2图3

2、回流回路整改。

地铁钢轨回流电路中的接头点相对较多，在地铁钢轨回流通过接头连接处理方面，钢轨和涨钉密帖程度、螺栓的紧固程度会对接头位置电阻产生影响，尤其是在钢轨、电缆连接处理时，电缆和钢端口处轨密帖程度难以达到100%。因此需要在维护巡检中对回流电路中的接头点做好保养、紧固工作，通过对接触面除锈操作减少接触电阻。同时应检查回流箱内、负极柜内与接地母排的连接是否松动，如松动应及时整改紧固，并考虑涂抹导电油脂，加强防松措施。除此以外，可以考虑采用其他可靠工艺来实现回流回路中接头点的连接，如放热焊接，可以使金属之间完全熔接，永不松动、腐蚀。

3、杂散电流防护。

理论上，只要消除泄露电流，即可消除杂散电流的影响，但实际中是做不到的。在设计中，就应考虑减少杂散电流的泄露途径：减少列车工作电流、减少轨道纵向电阻、增大轨道对地过渡电阻。在地铁投入运营后，维护人员应定期检查轨道与大地的绝缘情况，如发现钢轨与其他导体（如金属水管、线管）接触，应及时整改处置。

五、案例分析

2018年3月，南京地铁一号线红山至南京站下行区间消防管与支架卡箍间发生灼烧现象。经现场检查，打火处为消防管与支架卡箍间，卡箍已熔断，消防管表面有灼伤印迹，如图4所示。同时发现弱电桥架接地连接排上多处打火痕迹，部分接地排已被熔断，如图5所示。

图4图5

地铁停运后，经专业进入轨行区间检查，发现消防管在区间联络通道过轨处与轨道接触，见图6。经分析，由于消防管与轨道接触后，轨电位直接通过消防管与大地进行回流，消防管与支架抱箍、接地排连接处等接

点处产生放电打火现象。专业在消防管道与轨道之间临时加装了绝缘橡胶垫，保证管道与轨道之间绝缘（图7），后期对消防管道进行移位改造，保证了管道与钢轨间有足够的安全距离。

图6图7

六、结语

综上所述，轨电位的产生在地铁运行过程中不可避免，由于轨电位存在危害，需要从设计、施工、运营等各个阶段采取各种措施尽量避免轨电位升高，减少轨电位对设施设备和人身安全的影响。

参考文献：

[1]苏光辉.钢轨电位过高的原因分析及解决措施[J].城市轨道交通.2017（1）：38-39.

[2]吴显志.广州地铁轨电位过高分析及研究[J].机电工程技术.2012（06）：142-144.