城市轨道交通钢轨对地过渡电阻的检测分析

0 前言

城市轨道交通电气牵引系统主要分为直流和交流2类，其中对外界影响最严重、最受关注的就是直流牵引系统，因为直流牵引系统在能量从变电所—接触网/轨—机车—钢轨—变电所的整个过程中，会有相当一部分的电流通过钢轨泄入大地，从而产生明显的杂散电流现象。杂散电流主要危害在于，对周边金属结构会造成明显的电化学腐蚀现象，根据已有研究结果，1 A的杂散电流能够每年腐蚀99 kg的钢材。同时，在整个牵引电流的分布过程中，杂散电流相对于钢轨电流分布过高，也会从另一方面加剧钢轨对地电位的抬升，对人身安全产生威胁，并对钢轨电位限制装置的可用寿命造成明显影响。

限制城市轨道交通回流系统中杂散电流值的一项根本措施，是设法提高回流走行轨与结构或大地之间的过渡电阻值。过渡电阻值是杂散电流防护十分重要的参数，可近似认为杂散电流数值与轨地过渡电阻值成线性反比关系[1]。

1 当前的标准要求

目前国内对于城市轨道交通杂散电流防护的主要标准有CJJ49-1992《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（简称“CJJ49-1992”，下同），GB/T 28026.2-2011《轨道交通地面装置第2部分：直流牵引系统杂散电流防护措施》（简称“GB/T 28026.2-2011”，下同），其余标准大多参考该2个标准对杂散电流参数进行规定，尤其以CJJ49-1992 为主 [1-2]。

*三是高可靠。冷存储采用纠删码数据保护方式，缺省配置N:M，硬盘损坏数<=M时依然可以恢复数据，12:4方式存储可靠性是RAID5的4倍，效率等同于5副本。数据采用离散化策略，数据分散在不同节点的不同硬盘上，数据不会丢失。定期进行系统扫描和数据重构，提高访问速度。

GB 28026.2-2011等同采用了IEC 62128-2 : 2003，而且和EN 50122-2-2004中的要求也基本一致。其中对于轨地之间的绝缘电导给出了推荐数值，“开式路基大宗运输系统，单线区段的单位电导在露天下不超过0.5 S/km，隧道内不超过 0.1 S/km”。

将GB 28026.2-2011中的单线单位电导的数值转换为轨地过渡电阻（即“单线区段的轨地过渡电阻在露天下不小于 2 Ω · km，隧道内不小于 10 Ω · km”）与 CJJ 49-1992 中的规定（即“兼用作回流的走行轨与隧洞主体结构（或大地）之间的过渡电阻值，对于新建线路不应小于15 Ω · km，对于运行线路不应小于3 Ω · km”）相比，CJJ 49-1992中对于新建线路的轨地过渡电阻限值要严于GB 28026.2-2011，但对于运行线路的要求低于GB 28026.2-2011。

国内关于杂散电流防护的技术标准始见于1992年施行的CJJ49-1992，该标准在设立时参考了国外地铁杂散电流防护的相关标准，比如德国标准VDE 0150，但在制定过程中，结合了北京地铁的实际测试结果，并充分考虑了本国国情。GB/T 10411-2005《城市轨道交通直流牵引供电系统》、GB 50157-2013以及《地铁设计规范》对于杂《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》中的限值要求，也都直接引用了CJJ 49-92的限制要求[2-3]。

本文将MATLAB软件引入自动控制原理课堂教学中，对于线性控制系统中的传递函数求取和互换进行编程计算，对二阶及高阶系统进行时域分析，绘制根轨迹，画Bode图求系统性能指标。本文举例将理论知识和MATLAB软件相结合进行具体的应用，快速有效地验证计算结果和参数变化带来的影响，提高学生的学习效率，快速而准确地掌握知识点。

2 检测参数及检测方法

在线路运行前，依据相关标准对于线路杂散电流防护性能的主要检测参数是轨地过渡电阻。CJJ49-1992中规定：“兼用作回流的走行轨与隧洞主体结构（或大地）之间的过渡电阻值，新建线路不应小于15 Ω · km，运行线路不应小于 3 Ω · km”。GB 28026.2-2011 中规定：“单线开式路基的轨地过渡电阻露天下不小于 2 Ω · km，隧道内不小于 10 Ω · km”。

根据GB/T 28026.2-2011中的内容，采用一种特殊的测量方法，无需做钢轨绝缘即可测量钢轨对地过渡电阻。测量中，要确认走行轨与隧道间没有其他连线和电压限制装置，避免影响测量结果，在隧道段两端作轨道绝缘使隧道内部线路与隧道外部线路隔离，防止外部的影响。轨道与隧道间单位电导G′RT的测量可按图1进行，该测量也可用于进行高架桥和道床电导的测量。

单位电导G′RT按公式（1）计算。

式（1）中，G′RT为轨道与隧道间单位电导，S/km；I 为注入电流，A；I RA、I RB为分别为被测量段 A、B 两端的外侧电流，A；U RT为电流注入点轨道与隧道间电压，V；U RTA、U RTB为隧道段 A、B 两端的轨道与隧道间电压，V；L为被测段长度，km，经验表明测试区段的长度L不宜超过4 km。

由于轨流当前不便于直接测量，因此，通过测试单位长度的纵向轨压降和该长度轨条电阻参数得到流经该区域的轨流，并作为测试轨地过渡电阻端点位置的轨流。测试方案如图2所示，轨地过渡电阻Re按公式（2）计算。

式（2）中，Re为长度为L（ km ）的钢轨对地过渡电阻值，Ω · km；U为钢轨对地电压V；I为注入电流，A；R10 m为10 m钢轨纵向电阻值，Ω；ΔU为注入电流开关闭合前后的电位差值，V。

2.2 siRNA能显著抑制lncRNA BLACAT1的表达 由于BLACAT1在肿瘤组织中显著上调，因此实验选用siRNA对BLACAT1进行敲减。在使用siRNA转染LN382和U87MG细胞后的24 h，使用qPCR技术验证转染效率，结果显示lncRNA BLACAT1的表达量在silence组(0.54±0.08)较NC组(1.00±0.13)显著下降，P<0.001，见图2。说明我们实验中使用的siRNA能有效抑制lncRNA BLACAT1的表达。

3 CJJ49-1992标准的局限性

当前CJJ49-1992关于轨地过渡电阻的限值要求，在90年代制定标准时考虑了当时国内线路的具体情况，但是随着城市轨道交通各方面技术的进步和施工方案的改良，当时制定的标准要求，在某些层面上已经不能够适应现在的线路特点。

3.1 线路的定义

标准原文中，从时间范畴对线路进行了划分，也就是区分新建线路和运行线路，并分别做了限值规定。但是对于新建线路和运行线路的具体划分原则，没有进行准确定义。

图1 轨道与隧道间单位电导测量框图

图2 钢轨对地过渡电阻测量框图

对于什么样的线路属于新建线路范畴，投入运行多长时间的线路才能够定义为运行线路，在既有线路上进行的线路延长工程由于和既有线路电气上是连接关系属于新建还是运行范畴，标准中都缺乏解释。在实际操作中很难准确按照标准执行，例如，实测结果不符合新建线路的限值要求，但是符合运行线路限值要求的情况，在线路投入运行之后是否可以认为线路的指标符合标准，是否就不需要再对线路的轨地过渡电阻进行整改，属于一个模糊地带。

3.2 限值的分类

标准中关于限值的设定，是建立在当时线路技术条件和实测基础上的。比如，当时设定运行线路的限值不能低于3 Ω · km。该限制一方面考虑到线路在投入运行一段时间后，线路轨道表面会积累污秽，同时受到隧道潮湿、积水的影响从而导致轨地间的绝缘性降低，另一方面也是基于当时对轨道电路中的道床电阻参数要求（道床电阻要求不低于 2 Ω · km）。

当前的城市轨道交通已经不再使用轨道电路和闭塞区间的概念，普遍采用CBTC和LTE-M作为通信信号系统的基础，因此仍然规定这样的限值是否还有意义有待考证。

在IEC 62128-2 : 2003和EN 50122-2 : 1999标准中，没有对新建线路和运行线路进行区分，只按照线路路基类型（开式路基、闭式路基）以及线路所处环境（隧道内、隧道外）进行区分。甚至在即将执行的GB 28026-2018 《 轨道交通地面装置电气安全、接地和回流第2部分：直流牵引供电系统杂散电流的防护措施》新标准，以及国外已经执行的IEC 62128-2 : 2013和EN 50122-2:2011标准中，已经不再对线路所处环境（隧道内、隧道外）进行区分，只是对线路路基类型（开式路基、闭式路基）进行区分，设定轨地绝缘的最低限值要求。GB 28026-2018新标准中的限值要求更适合于线路的实际状况。因此，国内城市轨道交通的行业标准也应借鉴国外相关标准的制定思路，从更贴近线路实际情况的角度对标准限值进行修订。

3.3 标准中限值依托的实测样本量

考虑到CJJ49-1992制定时，国内城市轨道交通建设才刚刚起步，能够依托的测试样本很少，结合CJJ 49-1992的标准条文说明，可以得到当时标准限值依托的实测数据，如表1所示。从表1测试数据可以看出，受到当时的测试条件、测试设备以及线路样本量的影响（主要是北京地铁1号、2号线和日本地铁3条线路），制定标准依托的线路样本量过少，而且测试数据本身的离散性较大。

而电子图书的需求则更具有个性化特点，如土木工程、机械与动力工程、安全科学与工程等学科等虽然提出在科学研究中需要参考图书类文献，但图书的需求相对分散，且图书出版社来源比较广泛，包括ELSEVIER SCIENCE，John Wiley&Sons，AICHE等出版社。

表1 现场实测数据

测试线路 测试区段数/个轨地过渡电阻/Ω · km均值 中值 最大值 最小值日本地铁 24 8.19 9.41 34.57 0.91北京地铁1号线 40 14.32 16.16 74.1 0.5北京地铁1号线 82 9.07 12.84 74.1 0.16北京地铁2号线 25 13.73 17.02 58.9 0.849

然而，当前国内各大城市都在快速建设城市轨道交通，不同区域修建线路的地质特点、工程技术都有很大区别，以当时的测试样本量很难对全国所有的线路特征进行有效指导，有必要在当前国内线路不同施工技术、不同供电制式、不同地质特点的基础上再次进行有代表性的测试和统计分析，得出适合当前国情的轨地过渡电阻限值。

4 新标准的变化趋势

现行有效的标准GB 28026.2-2011等同采用了IEC 62128-2 : 2003，但是IEC 62128-2 : 2013和EN 50122-2 : 2011已经发生了很大变化。在新标准GB 28026.2-2018中，修改采用了IEC 62128-2 : 2013。

分布在南部垣曲—绛县一带(即中条山成矿区)。均为小型矿区。有垣曲县宋家山矿区、马蹄凹矿区，绛县南华沟—回马岭等。

在即将施行的新标准GB 28026.2-2018中，将走行轨纳入到杂散电流防护对象，并引入了单线单位长度的平均杂散电流的概念，即 I ≤2.5 mA/m时，钢轨能够满足杂散电流防护的要求。根据经验，在25年的运行周期内钢轨不会因为杂散电流出现损伤[4]。

我相信遵行这样一个点动成线、线动成面、以点带面的方式，对有效开拓学生自主复习的思维深度和思维广度也必有裨益！

从钢轨防护角度出发，IEC 62128-2-2013、GB 28026.2-2018均比GB 28026.2-2011更加严格，并以允许的单位长度杂散电流泄漏量作为评价指标。因为钢轨是杂散电流的泄露源头，所以控制杂散电流的泄露总量也就更加合理[5]。

由于杂散电流测量不便，因此新标准GB 28026.2-2018中评价指标综合了轨-地绝缘单位电导和平均钢轨电位，当二者同时满足限值要求时，线路轨道结构满足杂散电流防护的要求。在考虑线路轨地绝缘单位电导限值的同时，还需要满足钢轨电位的限值。具体指标如表2所示。

表2 新标准GB 28026.2-2018中的相关限值

路基类型 电导/S · km-1 平均钢轨电位/V开式路基 ≤0.5 ≤+5闭式路基 ≤2.5 ≤+1

5 结束语

杂散电流防护是城市轨道交通建设和运营期间非常重要的事情，对于杂散电流防护性能的相关参数检测及监测需要在各个阶段加以关注。当前对城市轨道交通在线路运行前的主要检测依据标准就是CJJ 49-1992，但是受到标准制定的时代环境的局限性，并且随着近30年线路设计、施工和检测等方面在理论及技术上的发展，标准中的相关限值要求已经不能够适应当前国内城市轨道交通的发展状态。

推进七大流域综合规划实施 开启江河开发治理新纪元……………………………………………………… 矫 勇(13.1)

GB 28026.2-2011和CJJ 49-1992的相关限值要求有所不同，前者主要参考国际标准要求，并与国际情况接轨，后者主要基于90年代国内陆铁线路的特点制定。但是随着国外在杂散电流研究的逐渐加强和深入，IEC和EN相关标准在不断更新完善，所定义的参数及限值要求也更加符合当今城市轨道交通的发展趋势。因此，应该在CJJ 4901992标准的基础上，加深对于GB 28026.2-2011的认识，加快对于CJJ 49-1992标准及其他相关标准的更新和完善，使杂散电流防护的技术标准更加规范化、合理化，更能够适应当前的国情。

参考文献

[1]CJJ 49-1992 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程[S].北京：中华人民共和国建设部，1992

[2]GB/T 28026.2-2011 轨道交通地面装置第2部分：直流牵引系统杂散电流的防护措施[S].北京：中国标准出版社，2011.

[3]GB 50157-2013 地铁设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[4]GB/T 28026.2-2018 轨道交通地面装置第2部分：直流牵引供电系统杂散电流的防护措施[S].北京：中国标准出版，2018.

[5]周伟志.国内外轨道交通杂散电流防护标准对比分析[C]//第四届全国智慧城市与轨道交通学术会议暨轨道交通学组年会论文集.智慧城市与轨道交通，2017：216-220.

[6]汪园园.杂散电流分区域防护问题研究[J].铁道标准设计，2002（6）.

[7]GB/T 10411-2005 城市轨道交通直流牵引供电系统[S].北京：中国标准出版社，2005.

[8]丁复华.地铁结构杂 电流的防护与接地[J].轨道交通，2015（8）.

[9]韩旭红，刘炜，解绍峰.地铁杂散电流收集网横截面积计算[J].城市轨道交通研究，2015（10）.

[10]EN 50122-2-2011 Railway applications-Fixed installations Part 2: Protective provisions against the effects of stray currents caused by d.c.traction systems[S].CENELEC，2011.

[11]IEC 62128-2:2013 Railway applications-Fixed installations-Electrical safety，earthing and the return circuit -Part 2: Provisions against the effects of stray currents caused by d.c.traction systems [S].CENELEC，2011.

[12]张泽萌.地铁杂散电流防护措施的研究[D].四川成都：西南交通大学，2015.

[13]吴祥祖，张庆贺，高卫平.地铁杂散电流产生机理及其防护措施[J].建筑安全，2003，18（5）.