城市轨道交通杂散电流系统的介绍及改进方法研究

1 杂散电流的形成以及危害

在地铁供电系统中，使用的是直流供电，在老一代的系统中使用 750V 直流电压供电，新系统使用 1500V 电压供电。机车作为直流供电系统的负载，通过铁轨回流，回到电源的负极形成了整个回路，在理想情况下，电流会全部通过铁轨回流到变电所，但是实际情况中如果钢轨在试用久了之后会出现轨道磨损，周围会出现铁屑，铁屑就作为导体将电流传到大地中，这样就形成了电流的泄漏，从而形成杂散电流。杂散电流又被称作地铁迷流，主要的形成的原因是钢轨的磨损、轨道内环境过于湿润、钢轨绝缘不良造成的。在排流网、钢轨、大地三者之间形成一个电势差，这三者之间都存在刚性结构，刚性结构也是电的良导体，所有的电能都将通过土壤、钢铁消耗掉，在这个放电的过程中，就是一个电化学腐蚀的过程，将会对地铁的钢轨以及排流网造成电化学腐蚀。

2 传统杂散电流系统

在传统的杂散电流系统中，监测装置这一个说法，只是一个数据采集中心而已，所有的数据采集上来，但是不会对数据做存储、分析、曲线显示，并且在传统的数据采集的方式来看，均是通过现场引线的方式来采集数据的，所以不管是从数据采集的精度来看，还是从线材损耗来看，都是一个巨大的消耗，所以传统的杂散电流系统到目前为止已经不再适用，只有在旧线的沿线为了保持系统的一致性，依然采用了这套系统。

3 新型杂散电流系统

随着微型电脑的技术不断的更新，微机系统已经在世界普及开来，新型的杂散电流系统中也增加了微型计算机，由于计算机的功能强大，存储容量大，接口丰富，在轨道交通行业应用也非常的普及。伴随着工业技术的越来越成熟，工业总线的应用也非常广阔，由于接线少，传输距离远，检查以及后期维护方便，工业总线也扮演了一个重要的角色，现在常用的总线有RS485 总线、RS232 总线、CAN 总线，真正应用到轨道交通行业的常见的却只有三总，就是 RS232、RS485和 CAN 总线，其中 CAN 总线传输距离最远，在 5KBPS 的速率下，理论上能够传输 10KM，RS485 总线理论上能够传输 1.2KM，CAN 总线的实际传输距离可以到3.6KM（10Kbps），而 RS485 和 CAN 总线的距离也正好满足我们杂散电流系统的特性：采样点离散，采样点间隔远。

4 杂散电流系统的介绍

整个杂散电流系统主要组成部分有四大部分组成：杂散电流传感器、排流柜、监测装置、系统后台这四部分组成了一个完整的杂散电流系统，四者的功能分别如下：传感器负责杂散电流的数据采集，排流柜负责杂散电流的排泄，杂散电流监测装置负责所在车站所有数据的汇总和处理，杂散电流后台负责整条线的数据传输以及数据存储、数据处理。

4.1 智能传感器

智能传感器作为原始数据的起源，而数据是所有判断标准的依据，传感器在整个杂散电流系统中也是举足轻重的一个角色，传感器主要安装在隧道的侧壁，高架桥的轨道旁，所以在传感器的设计需要保证传感器有良好的防水、防尘的设计方式，这样才能保证系统的稳定运行，并且减少后期维护成本。智能传感器在设计时，应当保证至少两个接口，通信接口以及调试接口，如果可以同时保留 CAN 接口和 RS485 接口最为合适，可以根据不同的项目做调整。传感器需要接入传感器探头，探头通常是 Mo03 的探头，能够保证采集的准确性以及可靠性，传感器的采集一端接入 Mo03 探头，另外一端则是接入的排流网，通过检测排流网与大地之间的电势差来判断杂散电流含量的多少。

4.2 排流柜

排流柜在整个系统之中是能量的转换站，排流柜将杂散电流转化为电热能消耗掉，所以排流柜内部的温度通常会比室内的温度高出十多二十度，排流柜主要是由大功率电阻、二极管、晶闸管、负荷开关组成，通常在主回路上海设置了压敏电阻以及阻容保护电路。排流柜以结构钢为导体，将结构钢与大地的电荷通过排流柜的一次回路将电能转换为热能消耗掉，从而减少了对钢轨、排流网以及周边钢结构的腐蚀。

4.3 监测装置

监测装置是整个车站的杂散电流系统的数据中心，它可以将排流柜、传感器的记录下来，绘制成曲线展示给用户，并且可以存储多天的数据以供研究使用，监测装置功能强大，可以采集存储数据，也可以对数据进行处理，同时也是通信中转站，将传统总线的数据采集到监测装置，并通过以太网将数据传输到后台系统。监测装置通常使用市面成品的工控机或者工业平板电脑，由于他体积小，便于安装，并且集主机与显示与一体，工业电脑通常还有这丰富的接口，这样方便完成数据的传输和命令的发送。

5 杂散电流系统的改进

5.1 系统总线的选择

在现有的使用较为广泛的总线为 RS485 以及 CAN 总线，由于很多项目在招标的时候会有设备通信距离的要求，一般要求通信距离不低于 5KM，所以厂家在做设备的时候基本都是将波特率设置为 5Kbps，通过降低通信速率来延长信号传输的距离，同时使用总线网关，进行上下行的通信隔离，保证通信的稳定性。

5.2 排流柜的改进

在目前通用的排流柜内是使用 PLC 做主控，或者是微控制器来做主控的，使用 PLC 的好处是系统模块化，可以根据项目的不同要求来进行配置不同的模块，使用灵活方便，但是 PLC 的价格普遍较高，通用的而且对于模拟量采集和PWM 输出的模块价格也是非常高的。第二种就是排流柜厂商使用定制的微控制器或者自己研发控制器，这样的控制器存在功能集成于一体，成本低，易于维护的特点，而且控制器上也可以通过设计来完成不同的功能，缺点是一旦控制器定型了，那么电路硬件也定型了，一般情况下，控制器会预留出一些接口，方便功能的拓展。

结论

在技术更新速度极快的今天，我们在保证系统稳定运行的同时我们应当于是俱进，利用新的技术来完成改进我们的设备，使得我们的设备性能得以提高，同时，我们也要多尝试着接纳新的技术、学习新的技术，并将新的技术应用到实践中去，这样才能保证我们的设备会与时俱进，我们也才能够跟上时代的步伐成就一个更好的自己，为祖国贡献出自己的一份力量。

参考文献：

[1]GB50157-2003《地铁设计规范》

[2]CJJT 49-2020 地铁杂散电流腐蚀防护技术标准

[3]DL5003-91《电力系统调度自动化设计技术规程》

[4]DL 5002-91《地区电网调度自动化设计技术规程》

[5]TB10117-98《铁路电力牵引供电远动系统技术规范》

[6]GB9254-1998《电磁兼容》

[7]IEC 870-3-89《远动设备及系统接口（电气特性）》

[8]GB/T13729-2002《远动终端设备》

[9]GB/T2887-2000 《电子计算机场地通用规范》