直流牵引系统

如果我们采用第12.5.5.9节中所述的100mV (0.1V) 标准，独立供电的限制以及所有零件之间的完全互相连接使得车辆段里很快地就会出现明显增高的电位。停在车辆段内的车辆的能量消耗需要长时间汲取相当大的电流，这会加大杂散电流腐蚀的危险。在德国对22个公共运输操作员所进行的调查显示，有15个为既有的、正在施工的或还在设计的车间或车辆段选择了独立供电、以及结构与牵引接地互相连接这种形式 [12.38]。

回流回路和结构接地系统只能在车辆段的钢轨中部做一次连接，以使车辆段的纵向钢轨电压值尽量低。操作过程中不可避免地会发生与车轮旋床、架车机和吊车系统的进一步连接，因而把这些工具安装在车辆段轨道和结构接地的中心连接处附近会比较好。

图12.29 当钢轨和建筑接地系统分开时(第一种情况) 和两者相连时 (第二种情况) 车辆段内的杂散电流分布

12.5.5.9 隧道

杂散电流能流入到钢筋混凝土隧道里。在这种隧道里，就需要将导电金属钢筋与所有其他金属部件进行电气导接：

—提供防止间接接触的保护;

—提供针对危险轨电位的保护;

—减轻与杂散电流相关的危险。

为此，标准EN 50 122-2 [12.13] 规定，在整个隧道结构里任两点之间测到的最大纵向电压必须小于0.1V。

可用式 (12.9) 的修改式进行纵向电压曲线计算。可从表10.6里查到单位长度的线路电阻R′T，并根据 [12.13] 的附录C可获得最恶劣状态下隧道内的纵向压降。

其中

式中 U_S——铁路结构中钢筋的纵向电压，V;

Y′_TS——单位长度电导，S/km;

I——被研究线路区段负载高峰期的牵引回流平均值，A;

L——被研究线路区段的长度，km;

L_C——系统走行轨/结构的特性长度，km;

R′_T——单位长度轨道电阻，Ω/km;

R′_S——互相连接结构的单位长度电阻，Ω/km。

该式的计算方法很保守 [12.35]，它假定被研究区段两边的隧道都无限长。而且，它不考虑相邻区段运行列车的衰弱影响和隧道结构对地的单位长度电导。计算结果可能会比实际值高出很多。

例： 双线铁路区段在隧道里的长度为1km，要计算它的电压US。牵引电流每小时的平均值为900A。其他所需参数为

—R′_T＝0.09Ω/km (根据表10.6);

—Y′_TS＝0.04S/km(使用期已很长的路轨，每条线路有一条钢轨被绝缘);

—R′_S＝0.05Ω/km (8×400mm²的钢筋)。

特性长度取值： L_C＝20.58km，计算出的电压为U_S＝0.096V，结果刚好在U_S≤0.1V的允许范围之内。

从此例中可清楚看到，如果单位长度漏泄电导增加，则隧道电压很容易超过0.1V。这时，应该采取措施以抵制杂散电流腐蚀。补充安装平行回流线可做为一种备选方案。

对隧道里电气装置设计的其他要求为：

—必须防止走行轨与隧道钢筋或其他钢材料零件的电气连接;

—进入隧道的金属管道与隧道外的金属管道应进行电气绝缘;

—电缆护套和电缆铠甲也应在它们进入隧道的地方通过采用绝缘节进行绝缘;

—电缆外壳、电缆铠甲和金属管道与结构 (隧道) 接地不能进行电气连接。

为防止在隧道结构的金属部件和携带回流的走行轨之间的电压超过允许值，作为保护措施用的常开短路装置必须满足下列规格要求：

—跳闸后10s，常开短路装置应自动跳回其非工作状态;

—如果装置不能回到非工作状态，必须立刻报告事故原因，并采取补救措施。

推荐安装平行回流线，这是限制钢轨对大地电压、减少杂散电流危险、同时达到防止电击的理想状态的有效方法。已采用计算机仿真来计算车辆所处位置的钢轨对大地电压和杂散电流。车辆正处于运输繁忙的直流750V的双线铁路上，列车间隔为5min，每辆列车的牵引和制动功耗高达4000kW，则在Y′_TE＝0.02S/km时，可计算到最高钢轨对大地电压： U_TE＝210V。单位长度漏泄电导增加到2S/km时，电压可下降到140V。同时，杂散电流增加了50倍。解决这个问题的方法 (既要满足减少钢轨对大地电压也要减少杂散电流) 是安装与走行轨平行的截面为1000mm²的铜回流线。在单轨绝缘的新线路上 (从表10.13可查到，其单位长度漏泄电导为0.02S/km)，这根辅助回流线将最大钢轨对大地电压从210V减少到120V，而且也减少了杂散电流。这样这些值都已被大大减低了，超过了60%。在 [12.39] 中给出了这种情况下的计算机仿真模型。

图12.30 直流系统中的雷电保护措施

12.5.5.10 雷电保护

对于地面段线路，雷击和闪电是不可避免的。既然直流电气化铁道的走行轨必须与接地系统绝缘，雷击引起的电位升高就可能损害与之电气连接的设备，如轨道解锁系统或转辙机。为了避免雷击和过电压引起的损害，建议在走行轨和接地系统之间安装避雷器。图12.30所示为变电所和架空接触线的保护回流回路图 [12.31、12.32]。　避雷器接地体的接地电阻应该低于10Ω [12.33]。12.5.5.11 第三方的接地装置