《城市轨道交通变电所运行与维护》 课件 项目4任务3 杂散电流防护装置的认知与维护

项目4防雷接地与杂散电流防护装置的认知与维护任务3杂散电流防护装置的认知与维护【任务描述】认识杂散电流的产生过程，掌握杂散电流的防护原则与方法，分组认识并维护智能排流柜。01杂散电流的产生杂散电流的产生在城市轨道交通供电系统中，电动列车采用直流牵引供电。在理想情况下，牵引电流由牵引变电所的正极出发，经由接触网（接触轨）、电动列车、钢轨（走行轨）、回流线返回牵引变电所负极。由于钢轨与大地之间难以做到完全绝缘，势必造成牵引电流不能全部经由钢轨流回牵引变电所的负极，有一部分牵引电流会泄漏到隧道或道床或埋地金属管线等金属钢构上，然后沿着金属钢构或土壤回流到牵引变电所（有些泄漏电流甚至不回流而散入大地），这一部分泄漏电流就是杂散电流，也称为迷流。02杂散电流的危害杂散电流的危害1)引起城市轨道交通附近隧道、道床、建筑物结构钢筋、埋地金属管线等被腐蚀，缩短使用寿命隧道、道床、建筑物结构钢筋、金属管线等埋于地下，当这些金属体中流过杂散电流时，这些金属体就会发生电化学腐蚀。杂散电流所经过的路径可等效地看成两个串联的电池。电池1：A钢轨(阳极区)→B道床、土壤→C金属管线(阴极区)；电池2：D金属管线(阳极区)→E土壤、道床→F钢轨(阴极区)。杂散电流的危害当杂散电流由图中的两个阳极区钢轨A、金属管线D流出时，该部位的金属(Fe)便与其周围的物质发生失掉电子的电解反应，这个部位的金属(Fe)就会遭到腐蚀。如果城市轨道交通附近的隧道、道床或其他建筑物的结构钢筋及埋地金属管线长期受到杂散电流的腐蚀，就会被严重损坏，结构钢强度也被破坏，使用寿命缩短。2）引起钢轨及其附件的腐蚀。因杂散电流的存在，钢轨及钢轨的一些附件存在严重腐蚀，尤其是钉入道床的道钉。3)引起框架泄漏保护误动作，影响城市轨道交通的正常运营若钢轨局部或整体对地的绝缘变差，则钢轨对大地的泄漏电流增大，地下杂散电流增大，此时可能引起牵引变电所的框架保护动作。而框架保护动作会引起牵引变电所的断路器跳闸，导致全所失电，同时还会引起相邻牵引变电所对应的馈线断路器联跳，从而造成较大范围的停电事故，影响城市轨道交通的正常运营。杂散电流的危害4)引起钢轨电位限制装置误动作，使用寿命缩短。为了降低城市轨道交通车体与地之间的接触电压和跨步电压，一般在设有牵引变电所的车站和车场设置钢轨电位限制装置。在钢轨对地电位超过规定值时，可将钢轨和变电所接地母排连接起来，防止钢轨电位过高对人身安全造成威胁。杂散电流会引起钢轨电位升高，导致钢轨电位限制装置会经常误动作，使得牵引变电所负极直接接地，因此使得原本设置在车站附近作为保护人身安全的钢轨电位限制装置经常作为排流柜使用，缩短了其使用寿命。杂散电流的危害03杂散电流的防护杂散电流的防护在工程实际中，杂散电流防护通常采取“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则。1.以防为主以防为主就是隔离和控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入城市轨道交通的主体结构、设备及相关设施。通过对杂散电流产生的原因及腐蚀过程的分析，可以得知提高走行轨对地绝缘电阻值及降低走行轨电阻值是治理杂散电流泄漏的两种直接方法。根据杂散电流的估算公式，杂散电流与列车到牵引变电所距离的平方成正比，与回流走行轨的纵向电阻成正比，与列车牵引电流成正比，与走行轨对地的过渡电阻成反比。1.以防为主常用的杂散电流防护措施如下：（1）提高走行轨对地绝缘电阻值走行轨绝缘的性能的好坏是决定杂散电流大小的最主要因素。提高走行轨对地绝缘电阻值，目的就是让牵引电流尽可能多地沿走行轨流回牵引变电所的负板，这样就可以尽量减少牵引电流向外泄漏。走行轨与地之间的绝缘电阻越大，产生的杂散电流越小。提高走行轨对地绝缘电阻值主要有四种方法：在走行轨下设置绝缘垫；让走行轨对地保持一定间隙；合理设置道床排水沟；合理设置道床混凝土。（2）降低走行轨电阻值走行轨电阻较大时，回流电流在其上流过时产生的电压降也大，使钢轨对地的电位差也增大，从而增加了杂散电流，所以必须设法降低走行轨的电阻值。根据电阻的公式，降低走行轨电阻值具体措施有：在设计中选用电阻率低的材料，增大钢轨横截面积，将短钢轨焊接成长钢轨。1.以防为主（3）合理设置牵引变电所，牵引网采用双边供电根据杂散电流的估算公式，杂散电流值与列车到牵引供电变电所距离的平方成正比，所以可以通过减小供电距离来降低杂散电流，即牵引变电所之间距离设置不宜过长。另外，牵引网采用双边供电比单边供电方式杂散电流小，所以供电区间内应尽量采用双边供电模式。（4）提高牵引网电压目前我国城市轨道交通牵引供电系统采用的直流供电电压有直流750V和1500V两种，实践证明采用1500V电压比采用750V电压牵引供电产生的杂散电流小。2.以排为辅—设置排流柜以排为辅就是通过杂散电流的收集及排流系统，提供杂散电流返回至牵引变电所负母线的通路，防止其继续向本系统外泄漏，以减少腐蚀。因此，在工程建设时适当设置合理的杂散电流收集网及排流装置，在必要时将杂散电流引回牵引变电所的负极。通常设置杂散电流的收集系统，作用是收集由走行轨泄漏出的杂散电流，并通过收集网将杂散电流引导至牵引变电所的负极，防止杂散电流过多地流向主体结构钢筋和其他金属导体。具体方法是在走行轨下混凝土整体道床内敷设网状钢筋，纵向连通，形成杂散电流的收集网，以建立一条低阻抗的杂散电流收集、排放通路。将隧道内区间及车站每个结构段的内表层结构钢筋通过焊接形成杂散电流综合监测网。2.以排为辅—设置排流柜（1）排流柜作用一般在正线牵引变电所内设置杂散电流排流柜。排流柜的一端与收集网的排流端子连接，另一端通过电缆与牵引变电所负极柜相连接。2.以排为辅—设置排流柜智能排流柜是为减少城市轨道交通杂散电流造成的金属结构电化学腐蚀而设计的专用设备。当排流网中的杂散电流过大，通过排流柜直接排入负极母线。排流柜的核心元件为硅二极管。利用硅二极管正向导通反向截止的特性，实现杂散电流的极性排流。极性排流是指只有当需排流的金属结构相对于钢轨的负母线电位为正时，二极管正向导通，才有电流通过，把轨道上泄漏到金属结构上的杂散电流直接排到钢轨的负母线上，从而减少杂散电流的腐蚀。2.以排为辅—设置排流柜（2）KDPL系列智能排流柜工作原理KDPL系列智能排流柜工作原理：排流柜装置由主回路和检测控制用的单片机控制系统两部分组成(地排流回路包括一电压表)。主回路的核心是由1个硅二极管组成，在主回路中串有一个电阻R用于调节排流电流大小；开关K可以人工或通过单片机自动控制实现排流；串有一个带辅助接点的快速熔断器FU和一个分流器FL，与RC回路共同组成了保护系统。其中短路保护采用两种方式：熔断器保护和反向电压保护，当出现短路时，快速熔断器FU首先熔断，保护二极管不受损坏，同时通过熔断器本身所带的接点发出信号；另外，在每个二极管另一端设有分流器FL，当二极管击穿而快速熔断器未熔断时，依靠逆向电流通过分流器而测得的数据可知二极管故障，此保护与熔断器形成可靠的保护系统，以确保在二极管发生故障时能可靠地发出信号。2.以排为辅—设置排流柜单片机控制系统由电流变送电路和开关量变送电路构成输入检测电路，把排流电流转换为数字量送入存储器存储，并实时检测快速熔断器的开关状态，单片机控制系统自身带有数码管和发光二极管显示被测电流和电压及工作状态。2.以排为辅—设置排流柜（3）KDPL系列智能排流柜面板认识智能排流柜面板上排分别为电压表、电源指示灯、报警指示灯。电压表—主要完成排流母排与地之间的电压测量；电源指示灯—当排流柜所需工作电源DC220V供电时，电源指示灯亮；报警指示灯—当排流柜连续排流时间超过30s时，指示灯就亮显报警；2.以排为辅—设置排流柜左门上装有控制器，主要完成对智能排流柜主回路工作状态的检测，排流电流大小的检测，接收杂散电流监测系统的排流命令，并把排流电流值和排流柜的工作状态、故障信息远程传到杂散电流监测系统。排流柜智能控制器的核心为一台单片机系统，可以实时检测五路排流回路的排流电流，各排流回路控制接触器的状态、保护回路中快速熔断器的状态。2.以排为辅—设置排流柜控制器面板上共有12个发光二极管表示系统的工作状态及故障信息，各个发光二极管表示的含义如下：POW—控制板的+5V电源指示；RUN—控制器运行指示，正常工作时一明一暗闪烁；D1、D2、D3、D4、D5分别表示排流1、排流2、排流3、排流4、地排流对应的二极管故障指示，灯亮表示故障；FU1、FU2、FU3、FU4、FU5分别表示排流1、排流2、排流3、排流4、地排流对应的保险故障指示，灯亮表示故障；右门上共5个指示灯，10个按钮。3行5列分别代表排流1、排流2、排流3、排流4、地排流的指示灯、启动按钮和停止按钮。3.防排结合，加强监测加强监测就是要有完备的杂散电流监测系统，实时监视、测量杂散电流的大小，一旦发现杂散电流过高则采取一定的对策来减轻其危害。设置杂散电流监测系统，通过监测道床和地下结构杂散电流收集网极化电位等数据，实现对地铁杂散电流分布的综合监测，为运营维护部门判断杂散电流防护系统状况提供依据。系统的构成：杂散电流监测系统采用变电所监测和控制中心集中监测二级监测系统。杂散电流防护系统主要由参比电极、整体道床测防端子、地下结构测防端子、测量线、传感器、通信电缆、信号转接器、监测装置等组成。3.防排结合，加强监测全线在各车站混合变电所内分别设置1台杂散电流监测装置，该装置经过通信电缆与转接器相连。转接器下连传感器，各监测点传感器经由测量线与该点结构钢和整体道床测防端子(地下结构测防端子)对应的参比电极相连，实现对该分区结构和整体道床结构钢筋的极化电位数据采集、数据统计并上传至转接器，再由转接器将数据整合后上传至监测装置处理。杂散电流监测装置通过变电所内通信网络与电力监控系统接口，将处理和统计后的数据传至监控中心。3.防排结合，加强监测（1）传感器传感器主要完成参比电极与道床及隧道侧壁结构钢筋电压信号的监测。参比电极是指测量各种电极电势作为参照比较的电极。（2）信号转接器信号转接器主要用于传感器与监测装置间信号的传输转换以保证信号远距离传输，每个信号转接器可以连接16个传感器。该装置每隔0.5h将各传感器传输的数据存贮于存贮器中，并送入监测装置，保证系统的实时测量。监测装