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1、地铁杂散电流监测系统的构成及其施工方法 摘 要：结合北京地铁十号线对杂散电流监测系统的构成进行介绍，对监测系统参比电极、传感器、信号转接器、监测装置等主要部件的功能进行说明，并针对该线设备现场安装具体情况对监测系统主要部件的施工方法进行介绍，为今后地铁杂散电流监控系统的施工和运营管理提供了参考。关键词：杂散电流；参比电极；传感器；信号转接器；监测装置 0 概述 北京地铁十号线一期工程是北京轨道交通线网中一条先东西走向，后南北走向的半环线。线路起点在北京市西北部的海淀区万柳车站，终点到达劲松车站。线路全长 24.585 km，全部为地下线路，共设 22 个车站。 地铁十号线一期工程杂散电流防护采
2、取了正线走行轨绝缘安装，利用道床设置杂散电流收集网、变电所设置排流柜的综合防护措施。设置杂散电流监测系统通过监测道床和地下结构杂散电流收集网极化电位等数据，实现对地铁十号线一期工程的杂散电流分布的综合监测，为运营维护部门判断杂散电流防护系统状况提供依据。1 系统构成 地铁十号线杂散电流监测系统采用车站（变电所）监测和控制中心集中监测二级监测系统。杂散电流防护系统主要由参比电极、整体道床测防端子、地下结构测防端子、测量线、传感器、通信电缆、信号转接器、变电所监测装置组成。2 系统各部分部件功能及施工方法 全线在各车站混合变电所内分别设置 1 台杂散电流监测装置，全线共 13 台。该装置经过通信电
3、缆与该站及该站两端各半个区间内的转接器相连，转接器下连传感器，各监测点传感器经由测量线与该点结构钢和整体道床测防端子（地下结构测防端子）对应的参比电极相连，实现对该分区结构和整体道床结构钢筋的极化电位数据采集，数据统计并上传至转接器，再由转接器将数据整合后上传至监测装置处理。杂散电流监测装置通过变电所内通信网络与电力监控系统接口，将处理和统计后的数据传至监控中心。 在每个车站的有效站台两端以及车站边缘约200 m 的隧道外墙及道床上设置杂散电流测量端子，上下行各 16 处。在距离测量端子 1 m 范围内分别安装参比电极，参比电极不允许与结构钢筋直接接触，道床连接端子利用临近连接端子替代，参比电
4、极安装于道床内靠外墙侧。每个参比电极及测量端子对应一个传感器，传感器与参比电极距离须小于 2 m，传感器安装于隧道及整体道床参比电极附近的上下行隧道外侧壁上。在每个牵引变电所所在车站的上下行站台板电缆出口附近各安装 1 个信号转接器，信号转接器安装于车站范围排流端子附近的隧道外墙上。无牵引变电所车站的各监测点传感器采用通信电缆与相邻牵引变电所信号转接器相连。2.1 排流网测试 连接测防端子前应对排流网进行全面测试。内容包括检查测防端子预留情况，如连接端子有无遗漏、设置位置、规格型号是否满足设计要求、连接端子是否适于测防端子连接等；主排流网和辅助排流网电气导通情况。 根据施工图纸测点位置布置，将
5、参比电极埋设在测防端子附近，与测防端子的距离不超过 1 m。根据现场情况电极水平或垂直放置，在条件允许的情况下，将电极全部埋置在混凝土介质中。 在选定位置钻取直径大于 60 mm、深度大于160 mm 的孔洞（或宽度大于 60 mm、深度 70 mm，长度大于 160 mm 的方槽）。 除掉孔洞或方槽中的混凝土粉块或浮尘，用自来水淋湿内表面。 将事先配好的砂浆填料用蒸馏水（或干净的自来水）调匀，稠度适宜，然后将少许砂浆放入孔洞或方槽底部，将砂浆均匀涂抹在四周壁上。 将参比电极陶瓷外壳涂抹薄薄一层砂浆，轻轻放入孔洞或方槽中。 将电极导线穿过套管取出，将孔洞或槽的空隙封堵，并用砂浆抹平。 对有防水
6、要求的地方按规定进行防水处理。 电极采用多孔陶瓷外壳，因此在使用与安装过程中注意小心轻放，严禁撞到其他钢硬结构物上。 安装参比电极后，将电极引线穿过钢套引向接线盒，并与接线盒内接线端子固定；严禁用力提拉电极引线，以防断线，因为重新焊接引线后将增大电阻值，影响测量效果。 电极在埋置前应放在阴凉处，避免露天放置阳光暴晒或雨淋。 电极安装或使用一段时间之后，为了解工作是否正常，可用手提式 Cu/CuSO4电极放置在电极埋设处上方测其电位，判断是否正常。测量时最好是断电状态，即在无杂散电流干扰的情况下进行上述测量；如果测不到电位值，则首先检查是否断线；电极安装 24 h 后或者电极正常使用在停电无杂散
7、电流干扰情况下，应每隔 10 min 测其电位值，如果电位波动20 mV，则需要更换参比电极。2.3 传感器 传感器主要完成参比电极与道床及隧道侧壁结构钢筋电压信号的监测，对 2 个信号进行的采样速度为 256 次/s，30 min 作为一个时间单元，传感器进行以下工作： 结构钢极化电压的测量，要进行 30 min 的平均值计算，用被采样的参比电极与结构钢的电位差，减去参比电极的本体电位，再按相应的数学模型进行 30 min 的平均值计算，最后得到结构钢的极化电压值。每隔 30 min 把信号电压送入信号转接器内，完成模拟信号数字化后准备进行远程传输。 当接触轨停电后，传感器能自动接收监测装置
8、发出的参比电极本体电位的校正信号，进行参比电极本体电位的自动校正。该传感器能自动识别参比电极的好坏，当参比电极发生故障时，能自动发出参比电极故障信息。已安装的传感器不能影响行车安全。 传感器安装于金属支架上，支架根据现场情况进行加工，并参照传感器外型尺寸预留固定传感器滑孔，支架与隧道壁或高架桥桥面通过膨胀螺栓固定，为防止杂散电流对支架的腐蚀，固定膨胀螺栓需加绝缘垫。 通过相应的防水接头将电缆接入传感器。预估内部接线长度，剥去该长度的电缆外绝缘皮和屏蔽层。将防水接头拧好，注意用力适当（力矩不超过3.75 N m），保证电缆固定和防水密封。根据接线图将各芯线接入电路板中相应的接线端子，进入电路板端
9、子的线间要防止短接。将指示灯插头插入指示灯插座。 传感器状态可通过面板指示灯和系统软件报警，当怀疑某传感器故障时，可先通过上位机调其瞬时值，无数据或数据不正确时，就地将传感器复位，检查其指示灯，判断故障类型。2.4 信号转接器 信号转接器主要用于传感器与监测装置间信号的传输转换以保证信号远距离传输，每个信号转接器可以连接 16 个传感器。该装置每隔 0.5 h 将各传感器传输的数据存贮于存贮器中，并送入监测装置，保证系统的实时测量。监测装置可通过该信号转接器向所连接的传感器发布校正本体电位命令。信号转接器安装后应不影响行车安全。 信号转接器的施工与传感器相同。2.5 监测装置 监测装置内置于排
10、流柜内部，与基础槽钢采取绝缘安装。输入端与信号转接器的通信电缆相连，输出端与 SCADA 进行通信。每个监测装置和本供电区间的信号转接器、传感器组成监测网络，收集传感器的监测数据，完成相应参数的计算。并可向上位计算机传输数据，历史数据可保存一个月。装置设计有键盘整定功能，可实现全面的人机对话功能；采用的大屏幕液晶（LCD）显示器，显示信息丰富，方便用户现场使用。 主要显示信息包括：结构钢的极化电压瞬时值、结构钢的极化电压 30 min 最大值和结构钢对参比电极的自然本体电位。2.6 主要施工方法及要求 （1）测防端子连接前，应对其连接接触面进行清洁；测防端子与接线端子的连接螺栓应用力矩扳手按规
11、范要求进行紧固。 （2）参比电极安装时，为保证良好的测试结果，传感器不得直接接触结构钢筋，但与结构钢筋的距离也不得大于 15 mm。 （3）传感器、信号转接器应垂直安装固定，为防止外力损坏其连接电缆，可采用铠装电缆保护或穿热镀锌钢管防护。 （4）变电所监测装置安装于排流柜内，排流柜整体做绝缘安装，整体框架的对地绝缘不得小于2 M?（用 1 000 V 兆欧表测）。3 结束语 通过对北京地铁十号线杂散电流监测系统的构成和系统各部分硬件施工方法详细介绍，对杂散电流监测系统硬件配置和功能有了一定的认识，尤其是北京地铁第 1 次采用传感器进行数字化传输，对整个系统的防干扰起到了良好的作用，对今后北京地铁杂散电流监控系统在施工和运营中提供了新的发展方向。 9
