一种区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法及系统

技术领域

本发明涉及杂散电流防护技术领域，特别涉及一种区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法及系统。

背景技术

在目前的地铁供电系统中，牵引电流普遍经由走行轨回流至牵引所负极。由于走行轨对地绝缘不理想，大量回流电流自走行轨泄漏，形成了杂散电流。此外，为控制过高的钢轨电位，线路普遍安装了钢轨电位保护装置(OVPD)。该装置动作时将走行轨直接接地，导致杂散电流泄漏量激增。区域内大量的杂散电流不仅会造成周围的结构钢筋以及埋地管道产生严重的化学腐蚀，还会影响附近的交流系统，如造成直流偏置、通讯干扰，影响交流供电系统的供电质量等。而在实际线路中，埋地金属管线与地铁线路往往只是局部交叉或平行，需要重点防护的区域往往较小，如果可以保证重点防护区域内的绝缘状态良好，则可保证地铁杂散电流对周边关键设备及工程的干扰较低。因此，如何针对地铁线路与埋地金属管线交叉或平行的重点区域开展杂散电流区域防护，对于地铁系统的安全可靠运行有着重大的研究意义。

为控制杂散电流，目前的地铁线路普遍安装了杂散电流收集网(SCCM)和排流装置(DD)等杂散电流收集系统，用于吸收自走行轨泄漏的杂散电流并将其回流至牵引所负极。然而，在杂散电流泄漏之后进行监控和排流虽然成本较低，但其防护效果并不理想，且随着设备的老化，防护效果还会逐渐减弱。因此，许多杂散电流防护方法提出针对地铁供电系统的设计技术进行改进，从而在源头上减少杂散电流的泄漏。相关防护方法主要分为以下四类：(1)提升回流系统的绝缘性能，如改进走行轨的绝缘涂层、加强走行轨的绝缘电阻或降低土壤的导电性等；(2)减小走行轨的导通电阻，如增加走行轨的横截面积，设置均流线等；(3)改变牵引电流的回流路径，如设置专用的回流轨道，在走行轨旁设置单独的回流电缆等；(4)改变供电区间，如缩短牵引所间距，提高系统供电电压等。然而，相关防护方法的安装和维护成本较高，并不适用于已有线路的改造，且没有针对地铁线路与埋地金属管线交叉或平行的重点区域进行防护和治理。

综上所述，现有的杂散电流防护方法主要分为以下两大类：

1、在杂散电流泄漏之后进行监控和排流：

目前的地铁线路普遍设置了杂散电流收集网(SCCM)和排流装置(DD)等杂散电流收集系统，使得自走行轨泄漏的杂散电流被SCCM收集，并经由DD回流至牵引所负极。

2、在源头上减少杂散电流的泄漏：

为减少杂散电流的泄漏，相关防护方法提出针对地铁供电系统的设计技术进行改进，主要分为以下四类：

(1)提升全线回流系统的绝缘性能，如改进走行轨的绝缘涂层、加强走行轨的绝缘电阻或降低土壤的导电性等；

(2)减小全线走行轨的导通电阻，如增加走行轨的横截面积，设置均流线等；

(3)改变牵引电流的回流路径，如设置专用的回流轨道，在走行轨旁设置单独的回流电缆等；

(4)优化供电区间，如缩短牵引所间距，提高系统供电电压等。

而现有的杂散电流防护方法存在的问题总结起来大致如下：

1、在杂散电流泄漏之后进行监控和排流虽然成本较低，但其防护效果并不理想，且随着设备的老化，防护效果还会逐渐减弱。

2、在源头上减少杂散电流的防护方法，往往安装和维护成本较高，并不适用于已有线路的改造，因此在实际应用之前推广过程的难度高、时间长。

3、相关防护方法没有针对地铁线路与埋地金属管线交叉或平行的重点区域进行防护和治理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种成本低、安全性高、可靠性好的区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法，用于实现地铁线路与埋地金属管线交叉或平行的防护区域的杂散电流防护，所述区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法包括：

在所述防护区域两侧的走行轨上设置绝缘节，用跨接电缆连接所述防护区域两侧的走行轨，并在所述绝缘节处并联直流断路器；

当列车即将经过所述防护区域时，所述防护区域两侧的直流断路器合闸，使列车经过所述防护区域时，牵引电流通过走行轨正常回流至牵引所负极；

当列车离开所述防护区域后，所述防护区域两侧的直流断路器断开，使电流自所述跨接电缆流过，实现所述防护区域内的走行轨与所述防护区域两侧的走行轨之间的电流隔离。

作为本发明的进一步改进，所述区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法还包括：在所述防护区域的两侧设置检测装置，通过检测装置检测是否有列车即将通过所述防护区域，以及列车是否已经离开所述防护区域。

作为本发明的进一步改进，所述区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法还包括：将走行轨设置成嵌入式轨道或者浮置板道床以提升所述防护区域内行走轨的对地绝缘性。

作为本发明的进一步改进，所述区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法还包括：在走行轨与埋地金属管线之间浇筑绝缘混凝土材料以提升所述防护区域内行走轨的对地绝缘性。

本发明还提供了一种区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统，用于实现地铁线路与埋地金属管线交叉或平行的防护区域的杂散电流防护，所述区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统包括：

绝缘节，所述绝缘节设置在所述防护区域两侧的走行轨上；

跨接电缆，所述绝缘节连接所述防护区域两侧的走行轨；

直流断路器，所述直流断路器并联在所述绝缘节处；所述直流断路器用于当列车即将经过所述防护区域时合闸，使列车经过所述防护区域时，牵引电流通过走行轨正常回流至牵引所负极；所述直流断路器还用于当列车离开所述防护区域后断开，使电流自所述跨接电缆流过，实现所述防护区域内的走行轨与所述防护区域两侧的走行轨之间的电流隔离。

作为本发明的进一步改进，所述区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统还包括：检测装置，所述检测装置设置在所述防护区域的两侧，所述检测装置用于检测是否有列车即将通过所述防护区域，以及列车是否已经离开所述防护区域。

本发明还提供了一种地铁直流牵引供电系统，所述直流牵引供电系统包括上述的区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统，并利用所述区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统进行杂散电流防护。

作为本发明的进一步改进，所述地铁直流牵引供电系统还包括：再生制动能吸收装置，所述再生制动能吸收装置设置在牵引所内，所述再生制动能吸收装置用于吸收制动列车反馈的多余的能量。

作为本发明的进一步改进，所述地铁直流牵引供电系统还包括：杂散电流收集网和排流装置，所述杂散电流收集网设置在走行轨下方，所述排流装置设置在牵引所负极与杂散电流收集网之间；当所述杂散电流收集网对走行轨电位超过排流装置内二极管的导通电压时，所述排流装置内的二极管导通并将所述杂散电流收集网中吸收的杂散电流返回至牵引所负极。

作为本发明的进一步改进，所述地铁直流牵引供电系统还包括：钢轨电位保护装置，所述钢轨电位保护装置设置在牵引所处的走行轨与地网之间，所述钢轨电位保护装置限制走行轨电位不超过限值。

本发明的有益效果：

本发明区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法及系统针对地铁线路与埋地金属管线交叉或平行的重点区域，通过在防护区域两端的走行轨加设绝缘节和直流断路器，并使用跨接电缆连接区域两侧的走行轨，不仅能够减少防护区域内的杂散电流的泄漏，还能降低线路内其他区域的电流流经防护区域时所产生的杂散电流，从而在降低防护成本的同时，大幅提升防护区域的走行轨及周边设备、系统的安全性、可靠性及使用寿命。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例中地铁直流牵引供电系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例一

本实施例公开了一种区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统，用于实现地铁线路与埋地金属管线交叉或平行的防护区域的杂散电流防护，如图1所示，该区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统包括：

绝缘节，所述绝缘节设置在所述防护区域两侧的走行轨上；

跨接电缆，所述绝缘节连接所述防护区域两侧的走行轨；

直流断路器，所述直流断路器并联在所述绝缘节处；所述直流断路器用于当列车即将经过所述防护区域时合闸，使列车经过所述防护区域时，牵引电流通过走行轨正常回流至牵引所负极；所述直流断路器还用于当列车离开所述防护区域后断开，使电流自所述跨接电缆流过，实现所述防护区域内的走行轨与所述防护区域两侧的走行轨之间的电流隔离。

工作时，当列车即将经过所述防护区域时所述直流断路器合闸，使列车经过所述防护区域时，牵引电流通过走行轨正常回流至牵引所负极；当列车离开所述防护区域后所述直流断路器断开，使电流自所述跨接电缆流过，实现所述防护区域内的走行轨与所述防护区域两侧的走行轨之间的电流隔离。

本发明区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统针对地铁线路与埋地金属管线交叉或平行的重点区域，通过在防护区域两端的走行轨加设绝缘节和直流断路器，并使用跨接电缆连接区域两侧的走行轨，不仅能够减少防护区域内的杂散电流的泄漏，还能降低线路内其他区域的电流流经防护区域时所产生的杂散电流，从而在降低防护成本的同时，大幅提升防护区域的走行轨及周边设备、系统的安全性、可靠性及使用寿命。

进一步地，本发明区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统还包括检测装置，所述检测装置设置在所述防护区域的两侧，所述检测装置用于检测是否有列车即将通过所述防护区域，以及列车是否已经离开所述防护区域。更进一步地，还包括控制器，检测装置和直流断路器均与控制器连接，由控制器控制直流断路器的合闸和断开。

实施例二

本实施例公开了一种地铁直流牵引供电系统，该地铁直流牵引供电系统包括实施例一中的区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统，并利用实施例一中的区域轨道高绝缘的杂散电流防护系统进行杂散电流防护。该地铁直流牵引供电系统还包括牵引所、接触网、列车及回流系统。其中，牵引所内的不控整流机组负责将交流电整流为1500V的直流电，并通过接触网向加速列车提供牵引电流。

在一些实施例中，本发明中的地铁直流牵引供电系统还包括：再生制动能吸收装置(READ)，所述再生制动能吸收装置设置在牵引所内，所述再生制动能吸收装置用于吸收制动列车反馈的多余的能量，从而保持接触网压不超过限值。

在一些实施例中，本发明中的地铁直流牵引供电系统还包括：杂散电流收集网(SCCM)和排流装置(DD)，所述杂散电流收集网设置在走行轨下方，所述排流装置设置在牵引所负极与杂散电流收集网之间；当所述杂散电流收集网对走行轨电位超过排流装置内二极管的导通电压时，所述排流装置内的二极管导通并将所述杂散电流收集网中吸收的杂散电流返回至牵引所负极。

在一些实施例中，本发明中的地铁直流牵引供电系统还包括：钢轨电位保护装置(OVPD)，所述钢轨电位保护装置设置在牵引所处的走行轨与地网之间，所述钢轨电位保护装置限制走行轨电位不超过限值。根据相关标准的规定，一般在钢轨电位超过90V时，OVPD将在1s后，将走行轨与地网连接10s，然后恢复关断状态。

实施例三

本实施例公开了一种区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法，用于实现地铁线路与埋地金属管线交叉或平行的防护区域的杂散电流防护，包括以下步骤：

步骤S1、在所述防护区域两侧的走行轨上设置绝缘节，用跨接电缆连接所述防护区域两侧的走行轨，并在所述绝缘节处并联直流断路器；

步骤S2、当列车即将经过所述防护区域时，所述防护区域两侧的直流断路器合闸，使列车经过所述防护区域时，牵引电流通过走行轨正常回流至牵引所负极；

步骤S3、当列车离开所述防护区域后，所述防护区域两侧的直流断路器断开，使电流自所述跨接电缆流过，实现所述防护区域内的走行轨与所述防护区域两侧的走行轨之间的电流隔离。

在一些实施例中，本发明区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法还包括：在所述防护区域的两侧设置检测装置，通过检测装置检测是否有列车即将通过所述防护区域，以及列车是否已经离开所述防护区域。

更进一步地，本发明区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法还包括：通过控制器与直流断路器连接，并控制直流断路器的合闸和断开。

在一些实施例中，本发明区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法还包括：将走行轨设置成嵌入式轨道或者浮置板道床以提升所述防护区域内行走轨的对地绝缘性。在另一实施例中，还包括：在走行轨与埋地金属管线之间浇筑绝缘混凝土材料以提升所述防护区域内行走轨的对地绝缘性。以此大幅提高区域内的走行轨对地绝缘。

工作时，当列车即将经过所述防护区域时所述直流断路器合闸，使列车经过所述防护区域时，牵引电流通过走行轨正常回流至牵引所负极；当列车离开所述防护区域后所述直流断路器断开，使电流自所述跨接电缆流过，实现所述防护区域内的走行轨与所述防护区域两侧的走行轨之间的电流隔离。

本发明区域轨道高绝缘的杂散电流防护方法针对地铁线路与埋地金属管线交叉或平行的重点区域，通过在防护区域两端的走行轨加设绝缘节和直流断路器，并使用跨接电缆连接区域两侧的走行轨，不仅能够减少防护区域内的杂散电流的泄漏，还能降低线路内其他区域的电流流经防护区域时所产生的杂散电流，从而在降低防护成本的同时，大幅提升防护区域的走行轨及周边设备、系统的安全性、可靠性及使用寿命。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。