城轨接地与单向导通装置

城轨接地与单向导通装置
Earthing System and One-way Conduction Device for Urban Rail
所属分类	城轨供电与受流
常见型号	硅二极管单向导通装置、排流柜、钢轨电位限制装置
执行标准	CJJ/T 49-2020《地铁杂散电流腐蚀防护技术标准》、EN 50122-1《铁路应用固定设施第1部分：电气安全与接地防护》
适用场景	地铁直流牵引供电系统的综合接地设计、回流系统电位控制与杂散电流排流
走行轨绝缘节处的单向导通装置与排流柜示意

概述

城轨接地与单向导通装置共同解决直流牵引供电系统的两个耦合问题：人身与设备安全要求的可靠接地，以及回流系统电位控制与杂散电流抑制要求的"有限接地"。地铁以走行轨作为牵引回流通路（回流体系见城轨回流系统），轨条对地不可能完全绝缘，牵引电流必然部分泄漏进入道床、结构钢筋与地下金属管线，形成杂散电流并引发电化学腐蚀，机理详见杂散电流与防护与城轨杂散电流防护。防护的总原则是"以防为主、以排为辅、防排结合、加强监测"。所谓单向导通装置，是利用大功率硅二极管的单向导电性，在走行轨分段绝缘节两端并联一条只允许单向电流通过的通路，并配套隔离开关与放电间隙，用以限制均衡电流、控制轨条对地电位分布；排流柜则把道床排流网与结构钢筋收集的杂散电流经二极管有控制地引回牵引变电所负极。两者的配合逻辑与综合接地网的接口，是本页的核心内容。

结构与组成

综合接地网：将牵引供电强电接地、车站与区间结构钢筋、防雷接地与弱电系统接地统一互联的接地体网络，兼顾接地电阻、等电位联结与接触电压控制，理论基础见接地网；
单向导通装置：装设于走行轨绝缘节（信号系统分段或供电分区边界）处，由三部分并联构成——二极管回路（承担正常运行的单向导通）、隔离开关回路（检修与旁路操作）、放电间隙装置（异常过电压下的后备通路）；
排流柜：设于牵引变电所内，内含多路二极管排流支路，分别对应上行道床排流网、下行道床排流网、侧壁排流网与结构钢筋等收集网，各支路汇接至直流负极母线；
监测端子与参比电极：沿线布置的轨地电位、排流网电流与极化电位测试端子，支撑长期监测。

工作原理

单向导通：设绝缘节两端轨条电位分别为 $u_{1}$ 、 $u_{2}$ ，二极管正向压降为 $U_{F}$ ，则装置的导通条件为：

$u_{1}-u_{2}\geq U_{F}$

满足时电流经二极管支路流通，反向时截止。这一非线性特性打断了绝缘节两侧轨条间的双向电气联系，抑制了回流在分段间的环流分量，同时保留了单向续流能力，避免信号轨道电路的绝缘节被简单短接；主回路二极管正向阻抗极小，对短路电流的额外影响很小；

排流原理：结构钢筋与道床排流网收集的泄漏电流，在钢筋电位高于变电所负极时经二极管支路流回负极母线，使钢筋相对负极长期处于低电位（阴极性状态），从而抑制其阳极溶解腐蚀。需要指出，学术界对排流装置投入后总体杂散电流分布是改善还是恶化存在争论——排流会降低钢筋电位，但也可能加大排流点附近的泄漏电流梯度，因此排流支路通常经参数整定并有投退管理；
轨地电位控制：列车取流使走行轨沿线出现纵向电位分布，轨地电位过高时威胁人身安全，通常在变电所设钢轨电位限制装置，超过限值时将轨条短时接入接地网；对可触及电压的限值控制原则见 EN 50122-1：直流系统长期（持续）可触及接触电压限值为 60 V，轨电位长期限值为 120 V，故障短时限值随持续时间缩短而放宽（具体表值以标准正文限值曲线为准，依据 EN 50122-1，现行版本 2022 版含 A1:2025 修改单；国内对应采标 GB/T 28026.1-2018）；
与综合接地网的接口：走行轨、排流网与接地网之间存在既要求隔离（防杂散电流）又要求瞬态连接（防过电压）的矛盾，由放电间隙与电位限制装置在故障工况下建立受控连接，这也是城轨接地设计区别于一般低压系统的关键。

技术参数

项目	典型口径	依据
轨地过渡电阻	采取绝缘与排流相结合防护方案时不应低于 15 Ω·km，采取加强绝缘防护方案时不应低于 150 Ω·km（依据 GB 55033-2022 第 2.3.5 条）；新建线路按 CJJ 49-92 老口径曾按单方向不小于 15 Ω·km、运营线路不小于 3 Ω·km 掌握，CJJ/T 49-2020 沿用新建线路不应小于 15 Ω·km（运营期限值未复核，以标准文本为准）	GB 55033-2022 / CJJ/T 49-2020
结构钢筋极化电位	腐蚀危险性判据：钢筋混凝土结构极化电位正向偏移应小于 0.5 V；采取保护电位防护时应处于 -1.5 V~+0.5 V 保护电位范围（依据 GB 55033-2022 第 2.3.6 条；防护指标体系见 CJJ/T 49-2020 第 4.1 节）	GB 55033-2022 / CJJ/T 49-2020
综合接地电阻	共用综合接地体接地装置的接地电阻值按接入设备要求的最小值确定，接地测试值不应大于 1 Ω（依据 GB 55033-2022 第 6.8.2 条）；工程设计常按不大于 0.5 Ω 控制、困难时不大于 1 Ω（工程惯例，非规范条文）	GB 55033-2022
走行轨分段	按信号轨道电路划分绝缘节，单向导通装置逐节配置	信号与供电专业接口设计

常见型号

单向导通装置：以大功率硅整流二极管为核心，按额定通流与短路耐受分档，装置内集成隔离开关与放电间隙；
排流柜：多支路结构，支路数按上下行道床与侧壁排流网配置，常见四支路及以上的组合形式；
钢轨电位限制装置：接触器式短接装置配合电压监测元件构成。

具体型号随各线路采购技术条件而定，本页不列厂家型号。

执行标准

CJJ/T 49-2020《地铁杂散电流腐蚀防护技术标准》：住建部行业标准，2020-10-01 实施，代替 CJJ 49-92（列表外标准，仅列号）；
GB 50157《地铁设计规范》：供电与接地系统设计的总体要求，含杂散电流防护与接地原则（列表外标准，仅列号）；
EN 50122-1：铁路固定设施电气安全与接地防护，轨地电位与接触电压控制的国际口径；
GB/T 10411-2025：城轨直流牵引供电系统总体标准，涉及回流与保护配置；
走行轨回流与专用回流轨方案的对比讨论见回流电流与四轨回流制式。

安装与施工

单向导通装置安装于绝缘节旁的设备箱内，二极管散热条件与安装方向须满足厂商要求，接线极性核对是施工的第一控制点；
隔离开关与放电间隙的引线截面按最大回流与短路电流校核，连接采用压接并实测导通电阻；回路电阻暂无统一行业标准量化判据，验收值按产品技术条件与订货合同确定；
排流柜就位于牵引变电所负极母线侧，各支路与排流网引上电缆的对应关系须逐路核对，防止支路交叉；
综合接地网随土建施工同步敷设，焊接质量、搭接长度与引出点位置按隐蔽工程验收，施工偏差直接影响接地电阻达标；
全部接地、排流与绝缘节安装完成后，进行轨地过渡电阻普测，作为交付前的关键实测项目。

验收要求

绝缘与隔离项：走行轨对地过渡电阻实测值满足限值要求；绝缘节两端对地绝缘完好；
导通项：单向导通装置极性正确、单向导通特性试验合格，隔离开关分合正常；
排流项：排流柜各支路导通方向核对无误，支路电流指示正常；
接地项：综合接地网接地电阻实测满足设计值，等电位联结完整；
资料项：隐蔽工程记录、实测记录与监测端子台账齐全；隐蔽工程验收记录按 GB/T 50299-2018《地下铁道工程施工质量验收标准》与 GB 50300-2013 统一表式填写，过渡电阻与极化电位测试记录表执行 CJJ/T 49-2020 第 7~8 章及附录 C。

运维与检测

定期测量：轨地过渡电阻、轨地电位分布与排流网电流按周期普测，长期监测数据用于评估防护体系有效性，杂散电流的系统防护策略见城轨杂散电流防护；
装置巡视：单向导通装置与排流柜检查散热、连接紧固与二极管状态，放电间隙复测间距；
极化电位监视：结构钢筋极化电位超标区段加密监测并排查绝缘劣化点，病害与腐蚀的关联见腐蚀与沿海腐蚀；
接口协调：信号专业维修涉及绝缘节时须与供电专业联合作业，避免破坏单向导通配置；相关作业组织见城轨天窗作业组织。

常见故障与案例

二极管击穿或失效：单向导通特性丧失，绝缘节两侧轨条出现双向环流，干扰轨道电路并恶化电位分布，需定期做导通特性检测；
排流支路断线或误投：支路断线使排流失效、钢筋电位升高；支路误投则可能加大局部泄漏电流。牵引变电所应设置杂散电流监测及排流设施，并根据杂散电流的监测情况决定是否将排流设施投入使用（依据 GB 50157-2013 第 15.7.5 条；运营维护要求见 CJJ/T 49-2020 第 9 章），具体投退审批细则以各城市运营规程为准；
过渡电阻劣化：道床积水、粉尘沉积导致轨地绝缘下降，过渡电阻低于限值，杂散电流剧增，处置见腐蚀病害；
接地混接事故类型：施工中将走行轨或排流网与结构钢筋直接短接，破坏隔离原则，属于验收与改造中必须严控的隐患类型。

上述问题的最终表现常是结构钢筋腐蚀与管线损伤，其过程管理与检测要求见接触网巡检中的接口条款。