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交通运输

日期: 2017-06-22
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一、轨道交通的系统结构

轨道交通系统由一系列的相关设施组成,包括车站、线路、列车、控制以及通讯信号系统等 。

 

二、雷击对轨道交通的影响分析

2.1雷电的产生机理

雷电是雷云间或雷云与地面物体间的放电现象。

电位差可达数兆伏甚至数十兆伏,放电电流几十千安甚至几百千安。经验表明,对地放电的雷云绝大部分带负电荷,所以雷电流的极性也为负的。

 

2.2雷电的主要类型

直击雷:雷云直接对建筑物或地面上的其他物体放电。

感应雷:包括静电感应雷和电磁感应雷。

 

2.3雷电的危害

直击雷:雷云放电时,雷电流可达几百千安。通过被雷击物体时,产生大量的热量,使物体燃烧。

感应雷:雷电感应是雷电的第二次作用,即雷电流产生的电磁效应和静电效应作用。

 

2.4雷击对轨道交通的影响

按线路及车站所处位置的不同,城市轨道交通可分为地下线(站)、高架线(站), 部分地铁可能还有地面线路或车站。

 

对于地下线(站),通常采用钢筋混凝土浇筑而成,钢筋的焊接或绑扎等工艺形成了良好的电气连接,而且金属网格密集,成为了电磁屏蔽效果非常好的“法拉第笼”结构,对外界空间的雷击电磁脉冲有非常理想的防御效果。同时,除出入口、风亭外,几乎全部设施处在地面下,被雷电直接击中的可能性很小。因而对于地下线(站)来说,雷击风险较小,通常防雷措施也以接地和防闪电电涌侵入为主。

 

对于高架线(站),通常位于城市繁华地段以外或郊区,这样会使线路和车站处于相对较高的海拔位置,同时由于轨道交通全线应用电力驱动、牵引的方式提供车辆动力,多种因素综合起来增加了线路、车辆及车站遭受雷击的概率,更有可能受到直击雷的闪击。因此高架线(站) 的建筑结构、电力进出线、各种弱电及通信系统(信号系统、火灾自动报警系统FAS、综合监控系统、自动售检票系统AFC、视频监控系统CATV、电力监控系统SCADA 等)都有遭受雷电危害的极大风险,一旦遭受雷击,将影响整个轨道交通的安全运行。

 

2.5轨道交通典型防雷措施

直击雷防护措施

地面线(站)屋面设置接闪带,沿屋角、屋脊、屋檐等易受雷击的部位敷设;引下线上部与接闪器焊接,下部与钢筋混凝土基础钢筋做可靠电气连接;确保引下线与站内设备的安全距离;站内楼层钢筋、引下线、桥墩钢筋等做等电位连接。

 

雷击电磁脉冲防护措施

轨道交通已基本完成全线自动化、计算机控制,对于线路、车站设备的雷击电磁脉冲保护重点是系统机电设备和通信设备,综合运用布线、屏蔽、端口过电压保护等措施解决系统中由于雷电流感应产生的浪涌电流冲击影响。

 

2.6轨道交通雷击事故案例

2013年9月25日,某高铁遭受雷击,导致郴州西至乐昌东区段接触网故障停电,列车被迫停运4个多小时,车上旅客苦不堪言。

  

三、故障电弧对轨道交通的影响分析

3.1轨道交通中故障电弧的产生原因

据统计,在国内外轨道交通火灾中,因电气原因引起的火灾占比最大,达到37%,其中供电线路的故障电弧是造成电气火灾的主要原因之一。

 

导线绝缘损坏或导线断裂,形成短路或接地时,在短路点或接地处将有强烈电弧产生;

 

大负荷导线连接处松动,在松动处会产生电火花和电弧;

 

各种开关在接通或切断电路时、熔断器的熔丝在熔断时,以及在带电情况下检修或操作电气设备时,都将会有电弧或电火花产生。

 

这些均会导致轨道交通产生电气火灾!

 

3.2故障电弧对轨道交通的影响

轨道交通车辆上的电源配线、接线柱及电器元件常因短路、接触电阻增加等原因异常发热,严重的可能触发列车电气火灾事故,对人、物或环境产生危害,甚至造成人员伤亡,财产损失,或环境破坏。轨道交通车辆电气火灾事故,往往对旅客的生命构成直接威胁,对国家财产构成毁灭性危害,车烧人死往往是轨道交通车辆电气火灾事故的直接后果,影响巨大。

 

3.3轨道交通故障电弧事故案例

某年6月5日某列车运行至烟溪一渠江站间,机后6位YW22B 664556客室走廊2位顶灯处顶棚起火,使用紧急制动阀停车。在疏散旅客后进行灭火,12时45分灭火完毕,12时56分开车,按照30km/h速度运行,13时23分到达渠江站后对该车作了进一步检查。为确保安全,列车到达株洲站后将故障车YW22B 664556甩下,构成铁路交通一般B类事故。

 

经调查,某厂对该车进行翻新改造时,未按规定使用内绝缘金属穿线软管,且金属软管未固定,导致该一车客室走廊2位顶灯正线绝缘层磨破、引向3位顶灯的负线绝缘层被磨破,金属软管与铁线槽动态接触拉弧,引燃周边隔热材料。

 

四、谐波和不平衡对轨道交通的影响分析

4.1轨道交通中谐波和不平衡的产生原因

轨道交通供电系统产生谐波的主要原因是牵引变电所内整流装置所产生的谐波。在整流装置中,交流电源的电流为矩形波,该矩形波为工频基波电流和为工频基波奇数倍的高次谐波电流的合成波形。

 

其次,在轨道交通供电系统中,使用了大量的非线性负荷,非线性负荷是个谐波源,其谐波影响也不容忽视。

 

电铁牵引变电所大部分采用V/V或Y/d接线制,每列电力列车对电力系统构成两相制负荷,三相负荷不平衡,负荷时大时小,会产生快速波动的负序电流。

 

4.2谐波和不平衡对轨道交通的影响

轨道交通系统中产生的谐波和不平衡电流使一些电力设备,如变压器、电容器、电缆等设备过热,加速绝缘老化,缩短使用寿命;谐波还对通信系统产生干扰,降低通信质量。系统中谐波和负序电流对机车驱动电机会产生干扰,影响机车安全可靠运行。

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