地铁牵引供电系统钢轨电位越限问题简析
地铁钢轨电位限制装置运行问题
其内的直流接触器合闸，使钢轨直接接地，10.0s 后自动分闸； 如果检测的电压超过U2 （默认为150V ）时，OVPD 经过延时 0.1s，其内的直流接触器合闸，并保持闭合状态，需要进行 手动复位；当检测的电压超过U3（默认为 600V ），其内的晶 闸管即刻直接合闸，钢轨直接接地，之后激活直流接触器， 保持闭合状态，需要进行手动复位。在闭合后，如果检测的 总电流小于 I1（默认为5A），则 OVPD 进行自动复位功能。 同时也支持远程复位。
表 1 OVPD 的动作特性
符号
U> U >> U >>>
阈值 90VDC 150VDC 600VDC
动作特性 直流接触器延时 1.0s 合闸，10.0 分闸 直流接触器延时 0.1s 合闸，保持闭合
晶闸管合闸无延时，保持闭合
工程实测中出现的问题
目前在工程实测中发现，OVPD 经常存在闭合现象。 根据现场记录的有关数据表示，当 OVPD 动作闭合时，在 10s 后直流接触器断开时会出现尖峰电压，当尖峰电压过高 时会造成 OVPD 再次闭合。
由于回流系统模型为分布参数模型，当涉及暂态变化对 钢轨电位产生的影响，钢轨电感 LG1、钢轨电容 Cg2 会显著的影 响钢轨电压。钢轨电感是由内，外电感包括接触网和 钢轨及地之间的耦合关系、回流钢轨和钢轨下方的结构钢筋 等之间的互感。钢轨电容是指在暂态变化过程中轨道和地的 电容效应，用均匀性分布的电容元件来描述。由电磁场理论 可知，钢轨电容 Cg2 为公式（1）。其中。 ε0 —介电常数， l —
◎ 10 万～ 30 万
中国科技信息 2019 年第 12 期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jun.2019 DOI：10.3969/j.issn.1001- 8972.2019.12.024
牵引供电系统钢轨电位的影响因素及降低措施探讨
牵引供电系统钢轨电位的影响因素及降低措施探讨发布时间：2022-05-07T05:39:08.139Z 来源：《科学与技术》2022年第2期作者：冯运馨[导读] 近年来，随着电气化铁路的高速发展冯运馨呼和浩特供电段内蒙古呼和浩特市 010000近年来，随着电气化铁路的高速发展，高速铁路和重载铁路不断增多，在铁路上产生了许多问题。
由于气候的变化、接触网电流不断增加等原因，会使钢轨电位产生变化。
电气化铁路钢轨电位升高的问题得到广泛关注。
研究分析钢轨分布特性，可用于评价牵引供电系统对人身和设备的安全性。
本文主要研究的是不同供电方式下的钢轨电位分布特性。
随后研究了影响钢轨电位数值的相关因素。
分别分析了供电方式、钢轨对地泄漏阻抗以及钢轨自阻抗这三种因素对钢轨电位的影响。
其中包括三种供电方式对钢轨电位的影响。
分析出了相比于不带回流线的直供方式，其它两种供电方式都能有效的降低钢轨电位。
最后，本文针对这些影响钢轨电位的因素，分别提出了对应降低钢轨电位的措施。
我国铁路系统庞大，影响钢轨电位的因素比较多，通过对这些因素的分析，可提出相应的降低钢轨电位的措施。
1 不同供电方式1.1 不同供电方式对钢轨电位的影响（1）不带回流线的直接供电方式这是一种最简单的供电方式，其接触网结构比较简单，仅由接触网C和钢轨T组成，如图1-1所示。
其供电回路在通信干扰上不会采取特殊的防护措施，主要用在通信线路较少或很易将受干扰通信线迁改路径的场合。
变电所的供电范围一般在30-40千米左右。
由于钢轨和地之间不设绝缘装置，对地泄漏阻抗较小，部分电流会通过钢轨流入大地，其钢轨电位一般是在机车和变电所附近较大，远离钢轨和机车位置的电位较小。
1.2 不同供电方式下降低钢轨电位的措施一般在AT供电方式下的铁路中，会给钢轨增设CPW线（保护线用连接线）来降低钢轨电位[4]。
如图1-4，此时钢轨与CPW线并联从而降低了供电系统中回流路径的单位阻抗。
在直供方式下的铁路中，增设NF线（回流线）也会降低供电系统中回流路径的单位阻抗，在本文1.1中有过说明。
地铁牵引供电系统钢轨电位越限问题简析
地铁牵引供电系统钢轨电位越限问题简析成都地铁1号线于2010年9月开始试运营，从2011年10月开始，地铁1号线世纪城站至金融城站钢轨电位限制装置动作较频繁，且世纪城站电压型框架保护越限告警，针对该故障现象，我们展开了一系列的专项检查，并做了简要分析。
一、影响钢轨电位的因素影响钢轨电位的因素很多且较复杂，可通过钢轨电位简单数学模型来讨论分析。
假设l)走行轨的纵向电阻是均匀分布的;2)轨道对地的过渡电阻和土壤电阻也是均匀分布的；3)排流网结构电阻是均匀分布的；4)馈电线路的阻抗忽略不计。
建立轨道一排流网一大地的电阻分布网络如图所示。
根据网络分布图建立数学模型，经基尔霍夫电压、电流定律推导得出钢轨上任一点处电压方程如下，设变电所一端坐标。
，其中，为轨道对埋地金属结构的过渡电阻，；设为埋地金属结构对地的过渡电阻，；为走行轨的电阻，；为埋地金属结构电阻，；为走行轨在处的电压，V；为走行轨在处的电流，A；为轨道泄漏的杂散电流，A；为测量点距变电所的距离，km；为机车距变电所的距离，km；为列车取流电流，A。
方程中常数A、B与列车取流有关。
通过模型分析计算，我们知道钢轨对地电压与列车取流、钢轨纵向电阻、轨地过渡电阻存在理论性的变化规律。
成都地铁1号线处于运行初期，牵引网电压较高、行车间隔大，根据牵引供电模拟计算可知，正常运行方式与非正常运行方式下钢轨电位均未达到90V。
从动作情况可知，钢轨电位限制装置在2011年度中仅于10月30日后开始动作，且动作较频繁。
因此，初步判断可能存在的原因有：设备本身故障；回流网电阻突增；牵引网正极对地或负极有泄露。
针对以上情况，供电专业展开了专项检查和相应的处理。
二、检查处理措施1、检查钢轨电位限制装置及框架保护功能是否正常。
经核对保护整定值，发现框架保护及钢轨电位限制装置定值的时限配合上有一定的问题，再加电压继电器调节精度不高，实际报警延时与定值单误差较大，使得匹配问题更加突出。
北京地铁大兴线钢轨电位限制装置瞬动原因分析与优化设计
北京地铁大兴线钢轨电位限制装置瞬动原因分析与优化设计随着城市轨道交通的迅速发展，地铁在城市交通中发挥着不可替代的作用。
地铁供电牵引系统为电力机车的运行提供持续不断的直流电源动力，其安全可靠的运行是地铁安全运营的重要保障。
北京地铁大兴线自开通试运营以来，总是出现钢轨电位Ⅱ段多站同时瞬动的异常现象，通过分析轨电位Ⅱ段保护动作的规律特征，查找轨电位升高的原因，提出了解决问题的方案并优化了轨电位二次保护回路的设计，提高了运营效率，保证了运营安全。
标签：地铁；钢轨电位限制装置；保护设置；优化设计1 供电系统概述北京地铁大兴线全长21.8 km，供电系统由10 kV中压环网系统、动力照明配电系统和牵引供电系统三大部分组成。
牵引供电系统如圖 1 所示，正常运行方式为双边供电，故障运行方式为单边供电、大双边供电。
各种运行方式下，主回流均通过走行轨直接回流至负极。
由于短路电流的存在，可能会引起回流回路和大地间产生超出安全许可的接触电压，因此，需要在车站回流轨（钢轨）和接地端子之间装设钢轨电位限制装置（OVPD）。
此外，杂散电流通过排流柜收集，然后统一接至负极，从而保证对隧道和车站结构及金属管线的保护。
2 钢轨电位限制装置工作原理2.1 系统构成钢轨电位限制装置系统构成如图 2 所示，主要由复用开关、电压测量元件、PLC 逻辑控制模块等组成。
当发生超出安全许可的接触电压时，此钢轨电位限制装置就将钢轨与大地快速短接，使钢轨电位下降，从而保证旅客和工作人员人身安全。
2.2 基本原理钢轨电位限制装置工作原理如图 3 所示。
复用开关由晶闸管元件和接触器组成，在正常情况下，直流接触器的触头是断开的，同时晶闸管处于截止状态；在轨道电位异常的情况下，可以将钢轨与大地用等电位母线短接。
钢轨与大地之间的电压由电压表监测并显示，而电压测量元件U>、U>>、U>>> 判断电压是否超过设定值，进而晶闸管模块执行相应的动作。
广州地铁三北线钢轨对地电位过高问题的分析探讨
广州地铁三北线钢轨对地电位过高问题的分析探讨摘要：广州地铁三号线北延段（以下简称三北线）设置10座牵引变电所。
其牵引供电系统是以走行轨为回流通路的直流牵引供电系统。
三北线开通前期，部分站点轨电位较高，轨电位限制装置动作较频繁。
由于运营环境、施工及其它因素的影响，不可避免地存在负回流问题。
变电所的回流系统施工复杂，回流通路中存在许多接续头，这势必会增大回流电阻，另外钢轨电阻过大等也可能使钢轨电位升高。
本文结合三北线实际情况对钢轨电位过高问题进行分析，从而查找原因、提出建议、改善三北线负回流能力。
关键词：钢轨电位地铁供电杂散电流负回流一、三北线走行轨对地电位的分析计算首先分析论证三北线牵混所的分布设计是否合理：求解轨中电流：假设只存在一个变电所（单边供电），一辆列车运行轨道X处电压（对地电位）（V）（1-1）式中：（1-2）——轨道的单位长度阻抗,取0.015——轨道对地的单位过度阻抗=25∴（1-3）由于当轨道X处的轨中电流（1-4）设初始条件为：，，双边供电，一列车运行（1-5）（1-6）（1-7）将，绝对值合成后即为某点的轨中电流值，则地中电流（A）（1-8）已知广州地铁三北线的最长牵引区间为4.349kM运用以上公式可计算处各变电所间地中迷流数值。
计算结果如表1所示。
由以上计算可知，三北线变电所设计方案的走行轨对地电位是符合标准的。
理论上，其钢轨对地电位不高，但实际中三北线却钢轨电位过高。
因此需建立供电系统负回流电路模型，深入研究钢轨电位过高原因。
表一三北线走行轨对地电位分布图二、关于钢轨电位分布的理论分析在地铁牵引供电系统的中，以利用钢轨作为回流导体，电流从高电位流向低电位。
另外从欧姆定律可知回流网中的电流和电阻影响钢轨电位的高低。
采用最基本的轨—地电路模型，见图1。
由模型得到杂散电流解析表达式为：(2-1)钢轨对地电压：(2-2)由公式（2）转换得到的负回流轨对地电位示意图，如图2所示。
地铁轨电位的危害及防治
地铁轨电位的危害及防治摘要：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。
钢轨电位限制装置与框架保护关系的分析
钢轨电位限制装置与框架保护关系的分析列车的正常起动及运行时,钢轨-地电位升高。
当ＯＶＰＤ测出钢轨-地电位超过整定值时,ＯＶＰＤ动作,将钢轨与地短接。
由图1可知,ＯＶＰＤ与框架保护的电压元件测量基本上是同一个电压值。
此时框架保护不应动作。
目前采取的配合方式是框架保护电压元件动作时间整定值比ＯＶＰＤ动作时间整定值长(相同的测量电压条件下),或电压整定值比ＯＶＰＤ要高。
当直流设备的正极对设备外壳发生短路故障时,ＯＶＰＤ和框架保护的电压元件均检测到一个瞬时的高电压。
此时要求框架保护应先于ＯＶＰＤ动作。
一、框架保护存在问题分析1、轨道交通投入运行初期,钢轨对地绝缘性能较好,当牵引所直流设备发生框架泄漏故障时,流过电流元件中的电流很小,框架保护电流元件不动作。
当电压元件检测到钢轨和地之间的电压大于整定值时,框架保护在整定的时间内动作,整流机组交、直流侧断路器跳闸。
当某一个牵引变电所发生框架泄漏故障时,整条线路的钢轨对地电位都会升高。
即各个牵引变电所框架保护电压元件会检测到负极与地之间较高的电压值,并同时起动框架保护。
如此,其它未发生框架泄漏故障的牵引变电所框架保护产生误动作,扩大了事故停电范围。
当接触网对架空地线发生短路时,其动作情况与其相同。
2、经过一段时间运行之后,钢轨对地绝缘性能下降,过渡电阻减小,发生框架故障时框架保护电流元件能够可靠动作,并作用于相应的断路器跳闸。
但此时钢轨与地之间的电位差值减小,当整定值过高时,框架保护的电压元件不动作。
3、直流设备发生框架泄漏故障时,本所的直流断路中没有电流或很小的电流流过(邻所贡献,如图1中Ｉ1/2、Ｉ2/2),直流快速开关不能在短时间内切除故障,即使直流断路器能快速跳闸,框架泄漏故障也未切除。
只有当整流机组交流侧断路器跳闸后,才能切除框架泄漏故障。
在故障切除之前,ＯＶＰＤ两端的电压与框架保护电压元件测量的电压相同,若ＯＶＰＤ不能在要求的时间内闭合,则可能导致电击伤人事件的发生。
地铁钢轨电位过高原因及应对措施研究
地铁钢轨电位过高原因及应对措施研究摘要：在城市轨道交通中，由于轨道自身阻抗和杂散电流的影响，钢轨电位容易出现过高的现象，严重时甚至对乘客造成安全隐患，对道路运行乃至城市的发展产生负面影响。
因此，为了合理地保障城市轨道交通的安全性和平稳性，需要采取一定的措施避免地铁钢轨电位过高造成的危害。
本文分析了地铁钢轨电位过高原因，并探讨了地铁钢轨电位过高的应对措施，以期提升地铁的安全性和使用寿命。
关键词：地铁；钢轨电位；钢轨电位限制装置在城市轨道交通中，流入钢轨的电流不能完全经过钢轨流回负极柜，其他部分会产生泄露，这部分就是杂散电流。
杂散电流不仅会引起金属结构腐蚀，造成变电器主变压器直流偏磁、影响隧道结构、车站结构等，还会使地铁钢轨和大地产生电位差，钢轨电位过高的话容易造成人身伤害。
因此，大部分城市采用钢轨电位限制装置来防止钢轨电位过高的问题出现，从而降低安全危险。
1.地铁钢轨电位过高原因分析1.1回流电阻过大直流牵引供电系统主要组成部分：牵引变电所和牵引网，牵引网包括接触网，承力索、回流线等，带回流线的直接供电方式主要组成：接触网、钢轨、回流线，如果回流回路的电阻过大，回流电流经过线路时就会产生较高的钢轨电位，且钢轨电位随着回流电阻的增加而升高。
随着地铁运营时间增加，地铁回流电缆与钢轨连接处容易出现接触不良的现象，甚至导致集中应力处损坏。
同时，地铁长期运行，回流电阻过大，容易导致杂散电流四散，从而腐蚀城市轨道交通主体结构等，造成钢轨电位进一步升高，影响地铁运行安全。
1.2回流系统绝缘性能不佳绝缘垫与站台门等设备对钢轨与大地的过渡电阻具有重要影响，其绝缘性能更是对回流系统造成直接影响。
绝缘垫一般铺在配电装置以及钢轨等处，以便带电操作开关时，增强操作人员的对地绝缘，避免或减轻发生单相短路或电气设备绝缘损坏时，接触电压与跨步电压对人体的伤害。
目前，钢轨绝缘垫和站台门等设备存在一定的缺陷，如安装环境问题、精确度、制作工艺等，导致绝缘性能不佳，从而出现地铁钢轨电位过高的现象。
地铁钢轨电位异常原因分析
地铁钢轨电位异常原因分析发布时间：2021-12-17T08:51:59.058Z 来源：《当代电力文化》2021年27期作者：张金钢[导读] 在经济发展和科技创新的双重推动下城市规划建设对轨道交通提出了更为严格的要求和标准张金钢神铁二号线（天津）轨道交通运营有限公司 300300摘要：在经济发展和科技创新的双重推动下城市规划建设对轨道交通提出了更为严格的要求和标准。
为保障地铁运行安全性、维护居民生活质量有必要结合实际针对地铁钢轨电位异常的原因进行深入研究。
在当前地铁交通行业应用较为广泛的直流牵引系统，钢轨通常发挥电流负回流线的功能，对于维护地铁系统稳定具有重要的意义。
因此本文在当前技术发展的基础上围绕地铁钢轨电位异常原因展开讨论和分析，为推动交通运输行业发展提供参考。
关键词：钢轨电位;回流通路系统;原因分析引言：通常情况下直流牵引系统中电流在运动过程中会产生一定的泄露现象，一般将这部分偏离主要路径的经由大地回到牵引所的电流统称为杂散电流。
在实际应用中将地铁行经供电区时产生的对地电位差统称为钢轨电位，保障钢轨电位正常对于加强杂散电流管理控制、维护相关设施结构稳定、保障地铁运输系统安全具有重要的影响。
在当前技术发展的基础上围绕地铁钢轨电位异常的产生原因进行深入研究对于保障车辆运行稳定、维护乘客生命安全具有重要意义。
一、地铁钢轨电位异常原因分析（一）直流牵引系统针对地铁钢轨电位异常原因展开讨论和分析首先应当从目前我国轨道交通系统建设中应用的供电方式入手。
直流牵引系统的应用极大程度上为列车的安全行驶提供了动力源泉和基础保障，对于列车的正常行驶具有重要的影响和意义[1]。
同时直流牵引系统中的具体设计与钢轨电位异常的产生之间有着紧密的联系，为加强对杂散电流的管理和控制力度设置钢轨回流回路以及相应的接地装置。
除此之外三相交流供电网、专用设备以及牵引供电系统均起到维护供电稳定性的作用，在保障人身安全方面具有重要意义。
地铁供电系统钢轨电位限制装置保护概述
地铁供电系统钢轨电位限制装置保护概述摘要：在地铁直流牵引供电系统中，无论是接触轨式系统还是架空接触网式系统，均采用钢轨作为回流，而钢轨又存在泄漏电阻，因此，列车在供电区间内正常运行时，不可避免地造成钢轨对地电位的升高。
钢轨电位过高将对乘客的人身安全造成威胁，为此必须设置钢轨电位限制装置（OVPD）。
基于此种原因文章就地铁供电系统钢轨电位限制装置保护展开分析和探讨。
关键词：地铁供电系统；钢轨电位限制装置；保护引言由于在城市轨道交通的牵引供电直流系统中，直流设备和钢轨都是采用绝缘法安装，其作用是减少杂散电流的泄漏途径，减少杂散电流对钢轨、结构钢筋等金属体的电化学腐蚀，钢轨对地的绝缘电阻是随着绝缘材料的性能变化的，所以电流型框架保护的电流回路的电阻是不确定的，当电阻很大时，可能会造成电流回路检测值达不到整定值的要求，从而会发生设备绝缘下降时电流型框架保护未动作的情况，所以钢轨电位限制装置就是为了弥补这个缺陷，因此就需要研究地铁供电系统钢轨电位限制装置保护。
1钢轨电位限制装置工作原理钢轨电位限制装置主要由直流接触器、晶闸管、控制器等元器件组成，其原理示意图如图1所示。
钢轨电位限制装置一端连接变电所接地网，一端接到钢轨上，测量钢轨与地之间的电压。
当某供电区间无车时，在直流牵引系统正常工作的情况下，钢轨与地之间的电位为零。
当供电区间内有车运行或发生短路故障时，由于钢轨和地之间存在漏泄电阻的情况，钢轨电位迅速升高；当钢轨电位超过设定的阈值时，钢轨电位限制装置启动，短接钢轨与接地网使钢轨电位下降，从而保护车站旅客的人身安全。
图1钢轨电位保护装置原理图2钢轨电位限制装置动作特性：当供电分区没有车辆行驶时于，牵引直流系统运行正常情况下，钢轨对地电位为零，当供电分区有车辆行驶或接触网发生短路故障时，由于钢轨对地泄漏电阻的存在，钢轨电位快速升高，为了保护人身及设备安全，当钢轨电位达到一定值时钢轨电位限制装置迅速动作，将钢轨与接地网短接，从而降低了钢轨电位，保护了人身及设备安全。
轨道交通变电所钢轨电位过高的成因及预防和解决措施
电力系统32丨电力系统装备 2019.10Electric System2019年第10期2019 No.10电力系统装备Electric Power System Equipment1 钢轨电位过高成因的分析1.1 钢轨电位分布及影响因素分析在一般工作情况下，轨道交通牵引系统电流通路工作流程结构主要是从变电所中把电送到直流正母线中，再通过直流正母线传输到牵引网，然后再到列车上，通过列车到走行轨道，再到负母线上，最后又回到变电所中。
在这样的工作运行情况下，会使过程中少量的外漏电流经大地回路流入到直流电源负极中。
再加上钢轨想要做到完全性的绝缘是不可能的，这也从一定程度上导致其泄漏电流量较多，从而产生杂散电流现象；又通过对电化学理论的研究可知，当杂散电流流经金属结构区域时，会对其产生腐蚀作用，而在这种长时间的腐蚀情况下，会对地铁环境设施造成不可弥补的影响。
如果钢轨有电流经过，则其中的电流会或多或少地流入到大地，这种电流泄露是无法避免的；由于大地和钢轨之间的过渡电阻效应，促使其间电位差的产生。
因为过渡电阻的影响因素有很多，包括：轨道类型、天气条件、金属构造、土壤电阻率及导电性等，所以在实际工作中，想要准确地把握各变电站间各钢轨电位的数值是较困难的；对此，需要针对钢轨电位的分布进行定性的分析。
1.2 回流参数和机车取流对钢轨电位的影响经过一系列的分析后发现，当处于单机车运行情况时，单、双边供电方式下，其与杂散电流的变化情况基本处于同步状态[1]。
不过对于单边供电来讲，双边供电时杂散电流偏低。
这也是为什么双边供电的模式能够在实际情况中得到更加广泛的运用。
当机车取流变大时，电位与杂散电流也会发生变化，两者都会随取流增大而增大，并且机车取流对于这两者的影响都较大。
所以由功率计算公式得到，机车功率恒定时，可以通过增大电压的方式来降低电流，从而达到减小电位和杂散电流的目的。
1.3 其他影响因素在日常工作中，钢轨电位过高的原因还包括：（1）负回流回路电阻大。
地铁钢轨电位偏高分析
地铁钢轨电位偏高分析摘要：首先对地铁钢轨电位的产生、危害及钢轨电位限制装置原理进行阐述，随后分析了地铁钢轨电位偏高的原因，最后从加强钢轨电位运行管理方面进行研究，对今后地铁钢轨电位安全运行管理工作有良好的借鉴意义。
关键词：牵引供电；钢轨电位；钢轨；负回流1 钢轨电位的产生及危害在地铁直流牵引供电系统中，无论是采用架空式接触网还是接触轨式供电，都是利用钢轨作为牵引回流的装置，牵引电流通过钢轨回流到电源的负极，因此，钢轨是牵引供电系统中的重要组成部分。
牵引电流从变电所正极出发，经接触网或接触轨、列车、钢轨回流到变电所负极。
由于钢轨自身电阻的存在，列车牵引取流时钢轨中有电流通过，就会在钢轨和大地间产生纵向电压，称之为钢轨电位。
钢轨电位主要有以下几方面的危害。
（1）钢轨对地绝缘安装，被用作直流牵引电流的负极回流通路，因此钢轨对地有时存在高电位，当钢轨电位过高，产生超出安全许可的接触电压时，危及人身安全。
（2）列车运行时产生的振动使道岔转辙机固定角钢与钢轨相连处的钢垫板产生位移并接触，造成角钢与钢轨的绝缘失效，牵引负回流经钢轨→角钢→转辙机外壳→接地，引起放电打火花等。
屏蔽门与钢轨负回流等电位连接，当钢轨电位升高，屏蔽门对金属装饰材料或建筑金属放电打火花现象，一般发生在屏蔽门与金属装饰材料或建筑金属部分的最小间隙处。
（3）钢轨电位大于90V及以上时，变电所的钢轨电位限制装置按照整定值的要求有效的对地短接，将钢轨电压进行抑制，确保人身和设备的安全。
若钢轨电位限制装置拒动或不能可靠的工作时，此时当钢轨电位上升到150V延时0.6s后，电压型框架保护动作，该变电所的直流牵引设备全部跳闸退出运行，影响地铁安全运营。
（4）正常情况下牵引电流通路为：变电所→直流正母线→接触网（轨）→列车→走行轨→负母线→变电所，还有少许泄漏电流通过大地回路回流到直流电源负极。
由于钢轨很难做到完全对地绝缘，所以泄漏电流并不是少量的，这样就形成了杂散电流。
钢轨电位限制装置动作现象情况浅析
钢轨电位限制装置动作现象情况浅析摘要：随着城市轨道交通的蓬勃发展，地铁成为最佳大众交通运输工具。
供电系统设置钢轨电位限制装置，确保车站乘客和运营维护人员的人身安全。
文章简要分析钢轨电位限制装置在运营过程中易出现的动作分析，希望可以提供一些有价值的参考意见。
关键词：OVPD；Ⅰ段动作；情况分析城市轨道交通是以走行轨为回流通路的DC1500V牵引供电系统，为确保车站乘客和运营维护人员的人身安全，牵引供电系统在车站变电所、车辆段及停车场检修库内设置了钢轨电位限制装置（OVPD），用来将钢轨的电位限制在预定的人身安全范围内。
同时，在直流设备发生框架泄漏或接触导线发生短路的瞬间，通过钢轨电位限制装置提供故障电流的金属通路，使系统快速识别并清除故障。
1、空载期间钢轨电位限制装置动作情况成都地铁ⅹ号线工程全线共14个车站1个停车场，设置OVPD共16台。
钢轨电位限制装置用于室内安装，由短路装置、测量和操作回路、电力监控（SCADA）通信接口模块、防凝露加热器、状态显示及相应的二次回路等组成。
根据统计，空载期间OVPD动作主要集中在正线3个站及停车场，主要为Ⅰ段U>动作。
停车场检修库L1#、L11#钢轨电位Ⅰ段电压保护频繁动作尤其突出，高峰时段Ⅰ段U>动作的次数达51次，主要集中在15:00-18:00区段。
电压保护Ⅰ段U>动作合闸并闭锁，现场手动复位分闸后，该设备又发生Ⅰ段U>动作合闸并闭锁，复位操作几次，钢轨限位装置才能处于分闸状态。
2、钢轨电位限制装置联锁逻辑图与分析钢轨电位限制装置联锁逻辑图（一）钢轨电位限制装置联锁逻辑图（二）正常情况下接触器的主触头是断开的，晶闸管处于阻断状态，非正常情况下由电压检测系统控制接触器的主触头短接。
当钢轨与保护地之间的电位差大于装置Ⅰ段动作电压U>时，则直流接触器在延时T1后，将钢轨与保护地进行有效短接，并经过延时Toff后自动恢复开断。
当在规定的T>内装置连续动作达到规定的次数n次后，接触器不再自动恢复开断而处在持续合闸的闭合状态，可通过手动或远方复归。
钢轨电位异常升高的原因及解决措施
关键 词 ：钢轨 ；回流 通路 ；钢轨 电位
李永东 流 牵 引 系
列 车 的正常 运行 。
１ 钢 轨 电位 异 常升 高 的 原 因 分析
统 中 ，钢 轨 起 到 列 车 电流 负 回 流 线
轨为 回流通路 。由于直流牵 引系统
目前 ，很 多 地 铁 存 在 钢 轨 电位 异 常 产 生 的 杂 散 电流 对 钢 筋 结 构 以及 沿
升 高 的 问题 ，钢 轨 电位 过 高 会 导 致 线金 属 管 道 的 电腐 蚀 比较 严 重 ，所
线路 的钢 轨 电位 限制装 置 （ Ｏ Ｖ Ｐ Ｄ）
． １ 直 流 牵 引 系统 的 作 用 。 由于 钢 轨 采 用 浮 地 方 式 安 １
装 ，且 钢 轨 自身 存 在 阻 抗 ，所 以 ，
我 国城 市 轨 道 交 通 直 流 牵 引供
在 一 个 供 电 区 间 有 列 车 通 过 时 ，会 电系统一般采用Ｄ Ｃ ７ ５ ０ Ｖ第三轨或者 在 该 区 间 的 回 流 轨 上 产 生 一 个 对 地 Ｄ Ｃ１ ５ ０ ０ Ｖ架 空接 触 网供 电 ， 以走行 的 电位 差 ，一 般 称 之 为 钢 轨 电 位 。
Ａ
Ｅ
．
Ｂ
Ｄ
（ 阳极 区）
Ｃ
（ 阴极区 ）
Ｏ
（ 阳极 区 ）
图１ 直流 牵引系统 电流通路
李永东：厦 门轨 道交通集团有限公 司，工程师 ，福建厦 门 ５ ６ １ ０ ０ ７
坝 代 堪 市 轨 值 交 懂 ３ ／ ２ ０ １ ３ Ｍ Ｏ Ｄ Ｅ Ｒ Ｎ Ｕ Ｒ Ｂ Ａ Ｎ Ｔ Ｒ Ａ Ｎ Ｓ Ｉ Ｔ ０
城市轨道交通直流牵引供电系统钢轨电位升高原因及控制措施
城市轨道交通直流牵引供电系统钢轨电位升高原因及控制措施摘要：现如今，城市快速发展人口不断增多，这对城市轨道交通的要求也越来越多。
就轨道交通交流牵引供电系统而言，如何更高效的满足城市交通需求成为重要问题。
通过提升交流牵引供电系统在城市轨道交通中运用的效率，来实现整体运作质量的提升。
关键词：城市轨道交通；直流牵引供电系统；钢轨电位升高原因；控制措施引言直流牵引供电系统的控制功能是地铁供电系统控制保护系统的基本功能，本文介绍了地铁直流牵引供电系统中典型的几种控制策略，详细分析了合分闸控制、线路测试、自动重合闸、双边联跳、越区供电、系统闭锁与报警的基本原理和控制方法，为城市轨道交通直流牵引供电部分的设计思想、整体控制框架的构建，具有一定指导意义。
1城市轨道交通牵引供电系统城市轨道交通牵引供电系统如图1所示，牵引供电系统包括牵引变电所与牵引网两个部分，通常采用的是直流和交流两种形式，面对需求量越来越大的城市轨道交通，需要采用更高效的牵引供电系统来提升整体运作效率。
相较而言，直流牵引供电系统较为繁杂，且维护成本较高，因此逐渐趋向于使用交流牵引线供电系统。
1.1直流交通牵引供电系统运用中的问题在城市轨道交通牵引供电系统中，部分城市采用的是直流电。
这一形式需要搭建直流牵引供电网，将城市变电站、接触网和牵引网等联系起来，如图2所示。
如果采用这一形式的供电系统，一旦部分供电电路出现问题，就需要立刻更换供电线路以保障城市轨道交通的正常运作。
另一方面，在构建整体直流牵引供电系统时，需要采用相对杂散的电流保护措施来确保电能的均匀分布，进而维护整体供电体系的稳定。
面对日趋繁重的城市轨道交通压力，直流牵引供电系统以难以满足人们的出行需求，再加上这一系统技术需要采用繁琐的维护措施，耗费较多成本。
因此越来越多城市在轨道交通供电系统方面趋向于交流牵引供电系统，提升维护效率，进而整体提高供电的稳定性和安全性。
1.2交流牵引供电系统在城市轨道交通中的应用在城市轨道交通交通中采用交流牵引供电系统，通过单向链接来实现电网和变压器之间的协调运作。
地铁车辆段轨电位问题分析与研究
Di#nqi Gongcheng yu Zidonghua♦电气工程与自动化地铁车辆段轨电位问题分析与研究熊青松(广州地铁集团有限公司，广东广州510000)摘要:在地铁牵引供电系统中，钢轨作为回流系统的一部分，当电客车运行时钢轨和地之间会存在电位差，电位差过高时则会影响人身或设备安全。
为此,通过分析牵引供电系统轨电位形成的原理，并进行现场测试与验证，对轨电位产生的原因进行了剖析，提出了相应的防范措施。
关键词:牵引供电系统;轨电位;杂散电流0引言广州轨道通21车生设备事件，据现场排查与分析，均与轨电位问题相关。
车部分股道钢轨存在地，钢轨与地，出现现。
车设了电地设备，在停电、挂地的，对设备进行时，设备的金地体与会产生现，影响人身与设备安全。
对近期镇龙车生的设备，对事件产生原理进行剖析，并提出防范，生］1轨电位分析牵引供电系统的组成示意图如图1所示。
1—牵#变电所；2—接触网(轨);3-电客车；4—馈电线；5—1流线;6—电分段;7—钢轨7图1牵引供电系统示意图牵引供电系统的通作一个直流回，其中电所正极母排与负极母排可看作压降为1500V的电源。
正常情况牵引供电系统的电流电排！!或轨！电客车！钢轨！回流线！电排。
1.1轨电位高于地电位钢轨通过的安装，假设钢轨纵向阻抗和钢轨对地均分，钢轨！回流轨)为均，钢轨电位和钢轨电流的为_sin%［a("-)］!(")=/----------------2——cos h(—&)2!max='0$tan%(号&)式中，&为测量点距牵引变电所的距离(km)；/为流过钢轨的电流(A)；a=V RjR；为传播常数;z°=为特征阻抗。
中出，钢轨流过钢轨的电流和测距牵引电的影响轨电位的主要因素，它们呈线性正比例关系］电排被认为零电位，在通过同电流，下，越远，钢轨电越高，则测量点的轨电位越高，即钢轨与地之间的差越高。
地铁车辆段轨电位问题分析与研究
地铁车辆段轨电位问题分析与研究一、课题研究背景1、轨电位的形成及钢轨电位限制装置的作用地铁直流电气化轨道运输系统中以轨道作为回流导体，由于钢轨对地不完全绝缘，因而导致一部分负荷电流自轨道流入道床及地下钢轨金属设施。
此时，由于钢轨与大地之间过渡电阻的存在，钢轨对地产生一定的电位差。
电位差的大小，主要与线路上电客车数量、负荷电流、牵引所间距、钢轨与地间的过渡电阻等因素相关，当该电位差超出人体安全的接触电压时，将对人员造成触电安全伤害。
为防止钢轨对地电位过高造成人身伤害，每个车站和车场都设有钢轨电位限制装置(ＯＶＰＤ)。
当发生超出安全许可的接触电压时，此钢轨电位限制装置就将钢轨与大地快速短接，从而保证人员和设施的安全。
2、车辆段钢轨电位限制装置分合闸动作的利弊车辆段钢轨电位限制装置在闭合将钢轨接地时，虽能较好的起到保护钢轨附近作业人员的作用。
但是，也存在持续将牵引电流引入大地，造成埋地金属电化学腐蚀的风险。
因此，钢轨电位限制装置不应出现频繁动作合闸的情况。
3、车辆段钢轨电位限制装置工作情况及存在问题在2020年度，根据对某地铁车辆段钢轨电位限制装置工作的情况及录波数据情况的分析，发现存在场段轨电位动作次数频繁，轨地间电流大的问题以2020年7月份为例，根据每日抄表数据，况形成曲线如下：二、问题产生原因分析1、研究场段轨电位产生及分布规律根据轨电位动作报文统计发现，轨电位动作集中发生在运营时段，而列车集中在场段内取流、开行的非运营时段却极少引起钢轨高电压，导致轨电位限制装置进行合闸动作。
根据这一现象，分析造成原因是由于车辆段内轨电位限制装置与正线运营电客车开行有关，在正线运营期间，有正线电流回流或者杂散电流流入了车辆段，引起了轨电位限制装置频繁动作。
2、轨电位限制装置合闸后电流曲线分析轨电位限制装置原理上会受轨地间压差过大而动作合闸，合闸后会存在大量电流在轨电位限制装置与大地间流动。
根据轨电位限制装置中录到的电流曲线做分析，发现流经轨电位限制装置电流共存在两类，该两类电流呈现交替波动:（1）钢轨对地的正向电流;（2）地对钢轨的反向电流；如下图所示：图中曲线为轨电位限制装置合闸后，电流在装置中流动的情况。
地铁牵引供电系统主要问题分析
地铁牵引供电系统主要问题分析摘要:介绍了城市轨道交通直流牵引供电系统的主要特点。
对直流回流系统运行中曾出现过几个典型问题进行说明，如钢轨电位升高甚至超标、杂散电流泄漏量大、回流系统设备故障等。
通过原因分析、系统总结和归纳有效治理措施，并针对薄弱环节采用新工艺、新方法，对直流回流系统提出了新的思路及建议，可供同行探讨或参考。
关键词:地铁列车；牵引供电系统;直流回流系统引言：目前，大量已建成开通的城市地铁以采用直流牵引供电系统为主，城市地铁运营中曾出现杂散电流泄漏和钢轨电位升高甚至超标等情况，为保证人身安全，将钢轨电位限制装置(OVPD)接地，现场发现OVPD不但频繁报警动作甚至闭锁，运营中还有OVPD将钢轨长期接地后排流柜也投入运行的情况，形成了恶性循环，甚至造成故障范围扩大。
在此基础上，从直流牵引供电系统特点出发，对运营中出现的钢轨电位超标、杂散电流大、OVPD及排流柜故障问题等一并梳理归纳，提出了有效的解决措施，以及保持回流通路通畅的新方法和其他建议。
1直流牵引供电回流系统主要特点与市域快轨所采用的AC25kV牵引供电系统相比，地铁直流系统电压低，如地铁主要采用DC1500V或DC750V，同等车型、编组及行车对数情况下，直流牵引电流远大于交流系统(如成都市域快轨13号线所采用的25kV交流制式计算远期高峰小时接触网额定电流为1200A，地铁5号线所采用的DC1500V直流制式计算电流则为3100A);交直流牵引供电机车取流均来自接触网，但直流牵引主要将走行轨作为回流通路使用，通过回流电缆最终汇聚至牵引变电所负极侧，回流电流数倍于交流牵引系统。
由于直流回流系统电流大，钢轨存在内阻，承担回流的钢轨电位上升，加上行车密度高和机车起动频繁等因素，机车位置处附近轨电位急剧上升到正的最大值，靠近变电所处的负极回流区域轨电位为负的最大值，轨电位超标后OVPD将钢轨接地，使得此处轨电位为0，保证人员安全。
土建主体结构处于钝化状态下，当其极化电位不超标时，回流系统中以钢轨回流为主，少量通过地回流，通过排流柜进入变电所负极。
[供电系统,电位,轨道]直流牵引供电系统轨道电位影响因素的浅析
![[供电系统,电位,轨道]直流牵引供电系统轨道电位影响因素的浅析](https://img.taocdn.com/s3/m/0e3c5ded376baf1ffd4fadc3.png)
直流牵引供电系统轨道电位影响因素的浅析0 引言在直流牵引供电系统中，利用钢轨作为回流导体，钢轨对地之间存在对地电位即轨道电位，EN50122-1 标准规定其允许值为 60 V。
轨道电位过高会增大杂散电流、危害站台乘客安全、损害沿线设备。
如：南京地铁一号线，新模范马路站和中胜站 2 个站轨道电位过高导致钢轨电位限制装置动作频繁，使得轨电位限制装置打到永久合闸接地位置，造成钢轨与大地之间的电流达到800 A以上，将对地铁内部建筑金属结构及沿线金属结构造成严重电腐蚀。
对直流牵引供电系统轨道电位影响因素进行分析的文献很多，如：文献指出，轨道电位与走行轨所处位置有关，电动列车取流处电位最高，而牵引变电所对地电位最低，且轨道电位随列车运动而变化;文献指出如果钢轨电阻和负载一定，轨道电位主要受大地泄漏电导率的影响。
结合以上文献对轨道电位影响因素的分析，或是未建立有效的轨道电位数学模型，通过MATLAB 仿真来证明结论的可靠性;或是虽建了数学模型，但仅建立了单边供电下单辆列车行驶的模型，但同一时间会有多列正在运行的列车和多个牵引变电所向它们供电，情况非常复杂。
因此，本文建立了单、双边供电条件下的单辆、多辆列车行驶时的轨道电位数学模型，并且通过 MATLAB实例仿真来验证结论的有效性、可靠性。
1 轨道电位数学模型钢轨既是电动车组的轨道又是牵引回流网络的重要组成部分，钢轨具有纵向电阻，同一时刻，又有多辆列车行驶，计算轨道电位非常复杂，因此，以下分析均建立在轨道电阻均匀、过渡电阻均匀分布、不计变电所地网接地电阻的影响、轨道向两侧无限延伸的条件下。
1.1 单边供电1.1.1 单辆列车行驶时的轨道电位数学模型以牵引变电所的位置为 0 点，列车运行方向为正方向，列车距牵引变电所为 l，注入电流为 I.1.2 双边供电1.2.1 单辆列车行驶时的轨道电位数学模型以左边牵引变电所所在位置为 0 点，两牵引变电所距离为 d，列车行驶方向为正方向，列车距左边牵引变电所为 l，注入电流为 I。
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地铁牵引供电系统钢轨电位越限问题简析
成都地铁1号线于2010年9月开始试运营，从2011年10月开始，地铁1号线世纪城站至金融城站钢轨电位限制装置动作较频繁，且世纪城站电压型框架保护越限告警，针对该故障现象，我们展开了一系列的专项检查，并做了简要分析。
一、影响钢轨电位的因素
影响钢轨电位的因素很多且较复杂，可通过钢轨电位简单数学模型来讨论分析。
假设l)走行轨的纵向电阻是均匀分布的;
2)轨道对地的过渡电阻和土壤电阻也是均匀分布的;
3)排流网结构电阻是均匀分布的;
4)馈电线路的阻抗忽略不计。
建立轨道一排流网一大地的电阻分布网络如图所示。
根据网络分布图建立数学模型，经基尔霍夫电压、电流定律推导得出钢轨上任一点处电压方程如下，设变电所一端坐标。
，其中，为轨道对埋地金属结构的过渡电阻，;设为埋地金属结构对地的过渡电阻，;为走行轨的电阻，;为埋地金属结构电阻，;为走行轨在处的电压，V;为走行轨在处的电流，A;为轨道泄漏的杂散电流，A;为测量点距变电所的距离，km;为机车距变电所的距离，km;为列车取流电流，A。
方程中常数A、B与列车取流有关。
通过模型分析计算，我们知道钢轨对地电压与列车取流、钢轨纵向
电阻、轨地过渡电阻存在理论性的变化规律。
成都地铁1号线处于运行初期，牵引网电压较高、行车间隔大，根据牵引供电模拟计算可知，正常运行方式与非正常运行方式下钢轨电位均未达到90V。
从动作情况可知，钢轨电位限制装置在2011年度中仅于10月30日后开始动作，且动作较频繁。
因此，初步判断可能存在的原因有：设备本身故障;回流网电阻突增;牵引网正极对地或负极有泄露。
针对以上情况，供电专业展开了专项检查和相应的处理。
二、检查处理措施
1、检查钢轨电位限制装置及框架保护功能是否正常。
经核对保护整定值，发现框架保护及钢轨电位限制装置定值的时限配合上有一定的问题，再加电压继电器调节精度不高，实际报警延时与定值单误差较大，使得匹配问题更加突出。
经重新计算修改，在未投入排流柜的情况下，将框架泄漏保护电压元件I段保护的整定值调整为100V，动作时间应比钢轨电位限制装置的动作时间整定值长500ms(相同的测量电压条件下)，调整为1500ms，将钢轨电位限制装置I段保护的整定值调整为90V，确保电压型框架保护与钢轨电位限制装置保护整定值相匹配。
截止目前，框架保护无报警，设备运行正常。
2、对世纪城站至金融城站上、下行均回流电缆连接情况进行巡查，发现：海洋公园站上行进站M161-21处上下行钢轨之间均流电缆脱落一根;孵化园至海洋公园区间存车线M157-14，M158-10处道岔联接电缆分别脱落一根;其余均回流电缆与钢轨焊接处有不同程度的锈蚀。
2012年1月10日夜间对这三处脱落的均回流电缆重新进行了放热焊联接处理。
3、对世纪城牵引所内整个直流系统进行绝缘测试，分别测试了整流器柜及负极柜对地绝缘电阻，直流母线对地绝缘电阻，框架绝缘，正负之间避雷器的绝缘电阻，直流泄露。
试验结果和判定标准如下：各项测试参数都在标准内，直流系统绝缘合格。
接下来还对世纪城站上下行回流箱和负极柜内电缆连接处进行了紧固。
三、原因分析
统计2011年1月至2012年1月14日钢轨电位动作情况如下图，金融城动作1次、孵化园动作10次、海洋公园动作29次、世纪城动作19次，第一次动作时间按先后排列为：海洋公园2011年10月30日、金融城2011年11月1日、世纪城12月6日、孵化园2011年12月30日。
世纪城站在定值未修改前动作仅两次，相同时间段内海洋公园动作了十次，世纪城框架报警5次，综合考虑海洋公园动作次数最多，世纪城站与其接近，两站次数均远大于孵化园站次数。
在检查处理前后一段时间内，我们统计了世纪城站至金融城钢轨电位最大值，数据分布如下图：图中11日电位分布曲线是由电调下令使钢轨电位限制装置处于合位得出，再排除14日周末新春购物节客流量较大的影响，可以看出经过检查处理后，世纪城站钢轨电位最大值有轻微的下降，海洋公园站基本保持稳定，结合检查处理情况可知，变电所内回流设备运行良好，直流开关柜、整流机组及连接电缆无泄漏，不是造成钢轨电位升高的原因。
目前，列车运行情况，高峰时段：7:309:30,16:3019:00;上线12列，间隔6分15秒。
平峰时段：6:307:30,9:3016:30，19:0020:30;上线10列，间隔7分30秒。
低峰时段：20:3023:00;上线8列，间隔9分20秒。
由
统计数据可知，在低峰时段，海洋公园站动作共两次，孵化园动作一次，且动作日期不同，其余动作时间无规律。
因此钢轨电位动作情况受到列车运行间隔的影响较小。
四、结论
钢轨电位限制装置动作较频繁及电压型框架保护越限告警的原因，与定值时限不匹配及少量均回流电缆脱落锈蚀有一定的联系。
但结合现场排查并结合数学模型可知，最主要的原因应该是回流网电阻存在突增，直流牵引系统负回流回路电阻过大，当直流牵引负荷电流通过负回流回路回到牵引变电所时，负回流回路本身电压降增大，当回路中某处绝缘下降或存在接地点时，该点将视为零电位参考点，从而造成回路中绝缘良好处的钢轨电位电压抬高。
所以在今后的运营维护中，应该全面检查轨行区回流网各组成部件，重点检查回流通路连接情况。