普及知識：城市軌道交通單向導通裝置的原理與應用

在城市軌道交通系統中，在特殊地段的軌道上需要設置絕緣接頭，為了盡量減小雜散電流影響的范圍，減小雜散電流對結構鋼筋的腐蝕。單向導通裝置設置在連接絕緣接頭兩端的鋼軌上，使鋼軌中的電流只流向一個方向，同時具備遠端通信接口監測單向導通裝置的運行情況。

一、單向導通裝置的概述

為了減少被保護區段的鋼軌電流，從而減少被保護區段雜散電流對結構及金屬管線的電腐蝕，同時降低鋼軌電位，保障檢修人員的安全，在鋼軌絕緣結處并聯單向導通裝置。單向導通裝置保障在任何情況下不燒毀鋼軌，因其具備自動消弧功能。單向導通裝置內設有隔離開關，用于特殊運營方式下，能導通絕緣結以使兩端鋼軌電氣連通。雜散電流對結構鋼的腐蝕，需要盡量減小雜散電流并縮小雜散電流影響的范圍，設置絕緣頭，否則會影響整個停車場、車輛段、隧道、高架橋等特殊地段的軌道。

二、單向導通裝置的原理

雜散電流產生的原因是由于直流架空接觸網是地鐵的牽引供電方式，牽引回流的通道是鋼軌。而鋼軌是直接安裝在道床上，通過防震且絕緣墊和道床結構鋼軌隔離。車輛運行中，會導致污水、灰塵、金屬粉末、道渣等吸附在防震絕緣墊上，減小了阻抗產生了雜散電流。

分析雜散電流的防護措施，內部鋼軌隔離措施作為有效的防護手段被地鐵所采用，其方法是在地上與地下鋼軌之間加絕緣結、隧道處加絕緣結、車輛段鋼軌與正線隔離等。一般地鐵正線地面道床與地下道床采用了不同的形式，地面采用了碎石道床，地下采用了整體道床。為了防止地下段內鋼軌電流通過相對薄弱的地面鋼軌泄漏至隧道外的地面，所以在地下、地上鋼軌之間加絕緣結，在絕緣結并聯了單向導通裝置。并接于地鐵軌道設置的絕緣結處，用于連接絕緣接頭兩端的鋼軌，使鋼軌中電流只流向一個方向，而在另一個方向截止。

消弧裝置用于車輛再生制動導致單向導通裝置附近回流軌電位升高時，該裝置電氣導通，降低走行軌電位，限制絕緣結兩端放電和保證回流軌附近人員的安全。消弧裝置由電流傳感器、快熔、IGBT主要元件組成。IGBT是絕緣柵雙極型晶體管，開關速度快,觸發電壓為0-30V，可以很好的保護軌道不至于被燒毀。

PLC控制器采集了快熔、二極管的故障信號，同時采集消弧裝置的觸發電壓，單向導通裝置還提供遠動操作本裝置內隔離開關的功能，該功能使工作人員在調度中心或變電所內即可完成隔離開關的分合工作，為工作人員提供了更高的安全性與便利性。智能管理與人身安全同時得到了實現，在遠程了解設備的運行情況，可根據需要合閘或者分閘隔離開關。

元件及回路組成：單向導通裝置主要由5個二極管支路、1個晶閘管消弧回路、1臺電動隔離開關及PLC組成。

回路組成：

每個二極管支路：由快速熔斷器、電流傳感器、二極管、RC保護、壓敏電阻組成。

保護回路：短路保護、斷路保護、過電壓保護。

消弧回路由快速熔斷器、電流傳感器、晶閘管、RC保護、壓敏電阻組成。

三、單向導通裝置的應用

一般情況，隔離開關處于分閘位置，由于二極管的單向導通作用，電流只能在規定的方向流通，這時信號檢測裝置采集到的是正常信號。

二極管故障會向主監測系統發出信號，例如當二極管發生反向擊穿;

快熔故障會發出信號，例如流過電流超過系統額定電流使快速熔斷器熔斷時。

檢測系統檢測到故障后，向主監測系統發出報警信號，以便及時檢修。

當多個快速熔斷器或二極管損壞時，合上高壓隔離開關使絕緣結兩端鋼軌短接，不影響列車的正常運行。

單向導通裝置運用二極管的單向導通特性原理，使電流流向從車庫軌道到正線軌道，隔離開關、消弧回路、快熔保護元件、壓敏電阻RC阻容回路等輔助回路為設備的穩定、可靠運行提供了保障，同時具備的以利于雜散電流防護和減少雜散電流影響。

單向導通裝置廣泛應用于全國各地地鐵項目中，設備本身具備的遠程信號采集、遠程控制功能，為智慧地鐵加分，雜散電流的有效控制為地鐵可靠運營發揮一定的作用。