普及知识：城市轨道交通单向导通装置的原理与应用

在城市轨道交通系统中，在特殊地段的轨道上需要设置绝缘接头，为了尽量减小杂散电流影响的范围，减小杂散电流对结构钢筋的腐蚀。单向导通装置设置在连接绝缘接头两端的钢轨上，使钢轨中的电流只流向一个方向，同时具备远端通信接口监测单向导通装置的运行情况。

一、单向导通装置的概述

为了减少被保护区段的钢轨电流，从而减少被保护区段杂散电流对结构及金属管线的电腐蚀，同时降低钢轨电位，保障检修人员的安全，在钢轨绝缘结处并联单向导通装置。单向导通装置保障在任何情况下不烧毁钢轨，因其具备自动消弧功能。单向导通装置内设有隔离开关，用于特殊运营方式下，能导通绝缘结以使两端钢轨电气连通。杂散电流对结构钢的腐蚀，需要尽量减小杂散电流并缩小杂散电流影响的范围，设置绝缘头，否则会影响整个停车场、车辆段、隧道、高架桥等特殊地段的轨道。

二、单向导通装置的原理

杂散电流产生的原因是由于直流架空接触网是地铁的牵引供电方式，牵引回流的通道是钢轨。而钢轨是直接安装在道床上，通过防震且绝缘垫和道床结构钢轨隔离。车辆运行中，会导致污水、灰尘、金属粉末、道渣等吸附在防震绝缘垫上，减小了阻抗产生了杂散电流。

分析杂散电流的防护措施，内部钢轨隔离措施作为有效的防护手段被地铁所采用，其方法是在地上与地下钢轨之间加绝缘结、隧道处加绝缘结、车辆段钢轨与正线隔离等。一般地铁正线地面道床与地下道床采用了不同的形式，地面采用了碎石道床，地下采用了整体道床。为了防止地下段内钢轨电流通过相对薄弱的地面钢轨泄漏至隧道外的地面，所以在地下、地上钢轨之间加绝缘结，在绝缘结并联了单向导通装置。并接于地铁轨道设置的绝缘结处，用于连接绝缘接头两端的钢轨，使钢轨中电流只流向一个方向，而在另一个方向截止。

消弧装置用于车辆再生制动导致单向导通装置附近回流轨电位升高时，该装置电气导通，降低走行轨电位，限制绝缘结两端放电和保证回流轨附近人员的安全。消弧装置由电流传感器、快熔、IGBT主要元件组成。IGBT是绝缘栅双极型晶体管，开关速度快,触发电压为0-30V，可以很好的保护轨道不至于被烧毁。

PLC控制器采集了快熔、二极管的故障信号，同时采集消弧装置的触发电压，单向导通装置还提供远动操作本装置内隔离开关的功能，该功能使工作人员在调度中心或变电所内即可完成隔离开关的分合工作，为工作人员提供了更高的安全性与便利性。智能管理与人身安全同时得到了实现，在远程了解设备的运行情况，可根据需要合闸或者分闸隔离开关。

元件及回路组成：单向导通装置主要由5个二极管支路、1个晶闸管消弧回路、1台电动隔离开关及PLC组成。

回路组成：

每个二极管支路：由快速熔断器、电流传感器、二极管、RC保护、压敏电阻组成。

保护回路：短路保护、断路保护、过电压保护。

消弧回路由快速熔断器、电流传感器、晶闸管、RC保护、压敏电阻组成。

三、单向导通装置的应用

一般情况，隔离开关处于分闸位置，由于二极管的单向导通作用，电流只能在规定的方向流通，这时信号检测装置采集到的是正常信号。

二极管故障会向主监测系统发出信号，例如当二极管发生反向击穿;

快熔故障会发出信号，例如流过电流超过系统额定电流使快速熔断器熔断时。

检测系统检测到故障后，向主监测系统发出报警信号，以便及时检修。

当多个快速熔断器或二极管损坏时，合上高压隔离开关使绝缘结两端钢轨短接，不影响列车的正常运行。

单向导通装置运用二极管的单向导通特性原理，使电流流向从车库轨道到正线轨道，隔离开关、消弧回路、快熔保护元件、压敏电阻RC阻容回路等辅助回路为设备的稳定、可靠运行提供了保障，同时具备的以利于杂散电流防护和减少杂散电流影响。

单向导通装置广泛应用于全国各地地铁项目中，设备本身具备的远程信号采集、远程控制功能，为智慧地铁加分，杂散电流的有效控制为地铁可靠运营发挥一定的作用。