浅谈地铁供电系统中单向导通装置的原理及应用

顾磊磊

摘 要：在直流牵引供电系统中，杂散电流是不可避免的一个话题。杂散电流对地下金属结构危害极大。本文从杂散电流的产生、危害及常见的防护措施入手，通过对单向导通装置的结构原理分析，研究在地铁供电系统中装设单向导通装置的必要性，并介绍单向导通装置的应用。

关键词：地铁供电系统 杂散电流 单向导通装置

在地铁（轻轨）轨道系统中，虽然有完善的回流系统，即列车从变电所电源取流，经过回流轨，到变电所内的负极柜。但是仍不可避免的会产生杂散电流，杂散电流会对地下金属结构造成腐蚀，影响轨道道床的稳定性。基于此，为了降低杂散电流的危害，需要将钢轨的回流隔断，即在泄露电阻差距较大的特殊区域装设绝缘接头。在装设绝缘接头的区域，如果没有其他辅助设备，势必会影响列车的正常回流，可能会出现列车有电压无电流的情况。为保证列车回流正常，必须使用单向导通装置。单导内配备有隔离开关，当单导出现故障无法回流，此时可以人为介入，通过合上隔离开关提供回流路径，保证列车运行。

杂散电流

目前地铁行业牵引供电系统较常用的是采用接触轨供电，钢轨既是列车的走形轨，同时也是牵引回流通道。导轨直接安装在整体式轨道床上（部分区域钢轨铺设在碎石道床），并通过防震绝缘垫将导轨和轨道床隔离。地铁车辆运行过程中产生金属污渍，被吸附在防震绝缘垫上，这些物质降低了钢轨和道床之间的绝缘性能，本通过回流轨的电流，有一部分受污渍影响流入到道床中，产生杂散电流。日积月累，杂散电流会逐渐对金属造成腐蚀，将影响道床结构的稳定性，这无疑会对地铁行车造成安全隐患。

杂散电流的防护措施有多种。地铁采用的较为有效的防护手段是将内部钢轨隔离，其方法是在特殊区域加绝缘结，如地上区域与地下区域，过江隧道处、车辆段与正线间等。为了防止回流轨上的电流通过相对较弱的地面钢轨泄漏到隧道外的地面，在地下和地上轨道之间增加绝缘结，单向导通装置与绝缘结并联连接。

单向导通装置

結构

单向导通装置（图1）由整流二极管、隔开、保护装置和辅助检测单元组成。其中主电路由5个并联的二极管组成，每个支路串联快速熔断器和电流传感器用来信号采集、分析和输出。

单导装置无异常时隔离开关处于分位，二极管正向导通，这种情况下采集到正常信号。 当二极管反向击穿或电流过大超出整定值，快速熔断器熔断，检测系统会检测到装置异常，发出报警信号。当多个快速熔断器或二极管损坏时，隔开合闸可以使绝缘结两端钢轨短接，对列车的正常运行不会造成影响。

原理

首先，根据地铁的施工标准，我们知道钢轨对不同材质结构的道床泄漏电阻大小不一，从大到小的顺序依次为地下的整体道床、地面的道渣道床、车辆段的道渣道床。当列车在泄漏电阻较小的区域运行时（如地面上的道渣道床），钢轨上的回流电流就会通过单向导通装置单方向流向泄漏电阻较大的区域，然后流回负母线。同样当列车在泄漏电阻较大的区域运行时（如地下的整体道床），由于单向导通装置的存在，钢轨中的回流电流就不会流至泄漏电阻较小的区域，这样也就有效地减少了杂散电流，降低了地下金属管道的电化学腐蚀程度，起到保护地下结构的作用。

保护设置

A.短路保护：短路保护有熔断器保护和反向电压保护两种保护方式。系统出现短路时首先熔断快速熔断器，保护二极管不被击穿，同时当二极管一旦被击穿，我们还可以通过分流器的逆向电流数据来可靠地发出二极管被损坏的故障信号，以便我们及时处理。

B断路保护：装置中并联的二极管具有相同的技术参数和特性，即在正常条件下，流过的每个二极管的电流是相同的。如果某个二极管损坏形成断路，导致该支路中无电流通过，这样也可以根据分流器来判断故障二极管。

C.过电压保护：通过RC回路及压敏电阻的特性，过电压的保护性能也较容易理解。

单向导通装置在无锡地铁中的应用

目前无锡地铁在每个车辆段均设置了4台单向导通装置，停车场设置了3台单向导通装置。正常情况下，单向导通装置隔离开关处于分闸位置。特殊情况下，当正线出现故障需要车厂供电时，钢轨由于单向导通阻断无法流回车厂牵引所，容易会造成列车无牵引电流，或者是单向导通装置两边产生高电位差，形成较大电弧，所以此时需要将单向导通装置短接，即将隔离开关合闸。

单向导通装置的安装方式是正极接在场段，负极接正线（如图3），当列车在正线运行时，回流至场段的电流被单向导通截止。当列车出库时，电流可通过单向导通装置流至牵引所。

结语

无锡地铁经历了几次牵混所检修，在检修期间通过更改运行方式从车辆段向正线支援供电，正是由于单向导通装置的存在，实现了正常情况下对杂散电流的防护，减少了地下金属结构的电化学腐蚀，同时又保证特殊供电方式下列车正常回流，充分发挥了该设备的作用。

参考文献：

黄飞、 张磊.《基于轨道交通杂散电流防护系统的单向导通装置设计》[J].《中国新技术新产品》，2016年第17期

张海波《城市轨道交通牵引供电系统杂散电流防护》

唐靓、赵双《城市轨道交通单向导通装置的原理与应用》[J]《科技风》，2018年第33期