梁紹昌
摘 要:通過對廣州地鐵各線路屏蔽門絕緣故障的統(tǒng)計(jì)分析,得出了造成屏蔽門打火的主要原因,提出了相應(yīng)的解決方案,并且研制了相應(yīng)的產(chǎn)品,通過在線運(yùn)行測試,驗(yàn)證了該產(chǎn)品能較好的解決了屏蔽門安全接地及防止屏蔽門打火的問題。
關(guān)鍵詞:地鐵屏蔽門;絕緣;泄漏電流;打火;軌電位
1 緒論
自從屏蔽門在地鐵開始投入使用,廣州地鐵各路線網(wǎng)的屏蔽門都在不同程度上出現(xiàn)了打火故障,嚴(yán)重的,還會造成電纜燒斷。經(jīng)過不完全調(diào)查顯示,2010年廣州地鐵屏蔽門發(fā)生打火故障35次,26次都是因?yàn)槠帘伍T接地故障直接或間接導(dǎo)致。這一問題的存在,會嚴(yán)重威脅乘客的安全,影響客運(yùn)的安全性以及穩(wěn)定性。
2 屏蔽門絕緣以及等電位連接
廣州地鐵在供電系統(tǒng)方面普遍選擇1500伏的直流牽引供電系統(tǒng)。并且,其將鋼軌設(shè)計(jì)為回流軌,以及避免雜散電流腐蝕線路的結(jié)構(gòu)鋼筋以及金屬管線。地鐵處于正常工作狀態(tài)時(shí),鋼軌可能會產(chǎn)生最高為90V上下的電壓。同時(shí),列車同鋼軌屬于等電位關(guān)系,為了保證乘客在上下車的過程中不會受到危害,屏蔽門應(yīng)用對地絕緣設(shè)計(jì),并使屏蔽門以及鋼軌保持等電位連接。
3 屏蔽門絕緣問題
正常狀態(tài)下,屏蔽門處于絕對的對地絕緣,其絕緣電阻能夠保證在0.5MΩ以上。但因?yàn)榘惭b上的差異性,以及工作的環(huán)境影響,現(xiàn)場的實(shí)際絕緣電阻普遍只能達(dá)到幾百歐,甚至約等于零。如圖2所示,若將屏蔽門的對地絕緣看做是一組過渡電阻,則當(dāng)過渡電阻處于較大值時(shí),可以判定屏蔽門處于絕緣狀態(tài),此時(shí)經(jīng)過屏蔽門傳到到地面的電流就非常小,可認(rèn)約等于零。而若是屏蔽門出現(xiàn)絕緣故障或者短路故障,故障位置的過渡電阻會迅速變小,則列車運(yùn)行過程中產(chǎn)生的大量牽引電就會經(jīng)由屏蔽門的故障位置傳導(dǎo)向大地。這時(shí),電流的熱效應(yīng)將會引發(fā)屏蔽門的打火故障,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龜嗥帘伍T的等電位電纜。
如圖1所示,R人表示人體的正常電阻,正常在1KΩ2KΩ之間,U代表鋼軌同地面的平均電位差值,U1表示屏蔽門同鋼軌的平均電位差值,U2表示屏蔽門同結(jié)構(gòu)地面之間的電位差值。當(dāng)屏蔽門電纜保持正常的連接良好狀態(tài)時(shí),人體電壓不會引發(fā)觸電危險(xiǎn)。但是,若屏蔽門產(chǎn)生異常接地故障,甚至發(fā)生電纜燒斷問題,軌電壓將會在吉大程度上對人體造成嚴(yán)重危害。
4 解決措施
4.1 方案一
圖2所示,于屏蔽門以及電纜之間以串聯(lián)的方式連接分流器,分流器所接收到的信號在經(jīng)過變送器自動的放大作用之后,回快速傳輸至PLC模塊之中,并使用PLC對屏蔽門進(jìn)行監(jiān)控。若其泄漏電流超出預(yù)先的設(shè)定值,報(bào)警器就會及時(shí)的發(fā)出報(bào)警信息。此外,若泄漏電流超過預(yù)設(shè)的動作值,PLC會迅速將合閘電位限制設(shè)備,以此控制屏蔽門由于故障產(chǎn)生的泄漏電流,降低軌道電位上升,維護(hù)乘客的人身安全。
裝置好圖2所示監(jiān)控裝置之后,應(yīng)該在起正常工作的過程中開展功能監(jiān)測。當(dāng)屏蔽門保持接地,且限制設(shè)備合閘時(shí),得到屏蔽門在該階段內(nèi)的接地電流嚴(yán)重下降,但是,其依舊能夠保證在幾百A的程度上。假使屏蔽門與結(jié)構(gòu)之間形成短路,則會得到屏蔽門接地電流同軌電位限制電流的比例是1:3。這就表示了,這一設(shè)計(jì)并不足以完全應(yīng)對屏蔽門出現(xiàn)的打火故障。
如圖3所示,假如將地鐵列車的牽引電流當(dāng)做有機(jī)的電流源,則屏蔽門的接地電阻與軌電位限制接觸電阻二者并聯(lián),則其電流的大小值會同電阻之間保持一種反比關(guān)系。這就代表了在屏蔽門接地電阻值大于軌電位的接觸電阻的條件下,其接地電流會有機(jī)的保持一個(gè)較小值,此時(shí),才能夠有效避免打火問題的出現(xiàn)。
4.2 方案二
為了切實(shí)防止屏蔽門由于接地短路導(dǎo)致的打火問題,維護(hù)乘客的生命健康安全,如圖4所示,需要在電纜之中以串聯(lián)的方式接入直流接觸器。在正常工作狀態(tài)下,若假使蔽門不存在相應(yīng)的接地故障,接觸器會處于合位,而假設(shè)屏蔽門出現(xiàn)接地故障,分流器會第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)泄漏電流,并將其傳送至PLC。PLC會直接使電位限制設(shè)備自動合閘。并且,其輔助節(jié)點(diǎn)會迅速連接到直流接觸器之中的保護(hù)線圈回路,斷開等電位電纜,阻斷接地電流,進(jìn)而防止屏蔽門發(fā)生打火問題。
直流接觸器動作設(shè)計(jì)原則:
1)為了避免由于控制電源故障導(dǎo)致的接觸器閉合問題,接觸器需要設(shè)計(jì)為相對常閉狀態(tài),并且,線圈得到到電壓時(shí)斷開,線圈失去電壓時(shí)閉合。
2)應(yīng)該保證等電位連接在電位限制設(shè)備分開時(shí),接觸器不會斷開。
3)電位限制設(shè)備從合位轉(zhuǎn)變到分位,直流接觸器必須要立刻閉合。
4)在泄漏電流超過動作值的同時(shí),電位限制設(shè)備首先閉合,直流接觸器隨之?dāng)嚅_。
4.3 整定值的計(jì)算
按照《CJ/T2362006城市軌道交通站臺屏蔽門》的要求:屏蔽門同車站結(jié)構(gòu)中間絕緣的絕緣電阻不可以小于0.5MΩ。但因?yàn)槭┕げ牧稀⒐に?、環(huán)境的多方面影響,屏蔽門的實(shí)際絕緣電阻普遍在0.5MΩ以下。也就是說,將0.5MΩ設(shè)置為屏蔽門自動報(bào)警的動作值是不合適的。由于屏蔽門之中的絕緣設(shè)計(jì)主要是為了避免雜散電流腐蝕,則按照CJJ4992技術(shù)規(guī)程的相關(guān)規(guī)定,新建線路的過渡電阻值應(yīng)該在15Ω/Km以上,運(yùn)行線路應(yīng)該在3Ω/Km以上。屏蔽門長度的設(shè)計(jì),應(yīng)該在100150m之間,以100m的屏蔽門作為案例進(jìn)行考慮分析,15Ω/Km也就是150Ω/100m。而3Ω/Km也就是30Ω/100m。一般來說,地鐵在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的軌電位,最高可以達(dá)到90伏左右。對此,報(bào)警電流的動作值就可以設(shè)置為I=U/R=90/150=0.6A。而針對對運(yùn)行時(shí)間相對比較長的列車,報(bào)警電流的動作值可以設(shè)置為I=U/R=90/30=3A。如此,就能夠保證屏蔽門不會發(fā)生打火故障問題。
4.4 主要功能
1)絕緣監(jiān)測:可以對屏蔽門的泄漏電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的動態(tài)監(jiān)控,并可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其絕緣缺陷。
2)可以切斷接地電流,避免屏蔽門打火故障。
3)防止鋼軌電壓上升,維護(hù)乘客的人身安全。
5 結(jié)語
本裝置現(xiàn)階段已經(jīng)在廣州八號線地鐵的屏蔽門之中進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用,經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐測試,證明了本裝置確實(shí)能夠在屏蔽門產(chǎn)生接地故障的第一時(shí)間迅速斷開故障位置電流,同時(shí)自動合閘電位限制設(shè)備,進(jìn)而將其電位控制在地電位的范圍之內(nèi),避免屏蔽門產(chǎn)生打火問題,進(jìn)而保證乘客的基本人身安全。
參考文獻(xiàn):
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[3]CJ/T 2362006城市軌道交通站臺屏蔽門.