城市轨道交通减少杂散电流的方案及建议

城市轨道交通减少杂散电流的方案及建议

发表时间：2017-10-10T19:38:25.663Z 来源：《基层建设》2017年第16期作者：黄玉坚[导读] 摘要:杂散电流防护是地铁工程中需要考虑的一个重要问题。本文从加强钢轨绝缘、降低回流电阻和加强杂散电流收集三个方面，分析了减少杂散电流的措施，提出了具体方案及合理建议。

佛山市铁路投资建设集团有限公司广东佛山 528000 摘要:杂散电流防护是地铁工程中需要考虑的一个重要问题。本文从加强钢轨绝缘、降低回流电阻和加强杂散电流收集三个方面，分析了减少杂散电流的措施，提出了具体方案及合理建议。

关键词：杂散电流；钢轨绝缘；负回流系统；排流网 1.概述

我国城市轨道交通采用直流牵引供电系统，通过走行轨回流。由于钢轨与地之间无法保证良好绝缘，因此会产生杂散电流，会对地铁结构及其附近管线造成腐蚀。地铁线路杂散电流的防护是一项系统工程，为了减少杂散电流的泄漏，通常采用“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则[1]来采取有效防护措施，通常采用的有“源头控制法”、“排流法”、“监测法”三种方法[2]。本文主要从加强钢轨绝缘、降低回流电阻和加强杂散电流收集三个方面，详细介绍杂散电流防护措施，提出具体方案及合理建议。

2.加强钢轨绝缘

2.1 信号转辙机

城市地铁具有着车站配线复杂、行车密度大以及运行间隔短等特征，信号系统设备是保证地铁行车安全、提高运营效率的主要技术装备。转辙机是信号系统的重要基础设备，是实现道岔转换改变列车进路方向完成线路两端折返的关键设备。转辙机工作状态的好坏直接影响道岔能否正常转换，影响地铁行车的安全和效率。

某市1号线某站站后停车线的末端转辙机在运营过程中，发现转辙机有冒烟现象，经现场检查，发现转辙机的绝缘安装处及接地线处有烧灼现象，如图1所示。供电设计单位通过现场调研观察，认为发生转辙机绝缘处冒烟着火的主要原因是灰尘附着在绝缘垫的表面，降低了电阻，形成电流通路，电流通过转辙机绝缘片泄漏处的电流增大，发生冒烟现象。

针对上述问题，建议采取以下措施来增加绝缘垫的爬电距离：（1）采用宽度更大的绝缘板和绝缘件。建议绝缘板的边距和绝缘件的边距，最好超过金属件的边缘外3~5cm，并将表面灰尘打磨干净。

（2）施工完毕后，对表面进行清洁。

（3）设置排水井，及时排除。

2.2钢轨绝缘扣件

钢轨扣件就是轨道上用以联结钢轨和轨枕(或其他类型轨下基础）的零件，又称中间联结零件。其作用是将钢轨固定在轨枕上，保持轨距和阻止钢轨相对于轨枕的纵横向移动。目前钢轨扣件的绝缘好坏直接关系到钢轨的绝缘能力。由于国内地铁的铺轨的施工工期极其紧张，导致目前钢轨的过渡电阻偏低，无法达到国家标准新线为15Ω•m，既有线为3Ω•m的要求。根据各地钢轨对地电阻的测量情况来看，普遍偏低。因此，解决杂散电流的首要问题，就是提高钢轨扣件的绝缘能力。

2.3 屏蔽门与钢轨

在现有的条件下，乘客接触电压不能超过120V的。在屏蔽门绝缘阻值良好（大于0.25MΩ）的情况下，可较好的保护乘客的乘车安全，防止乘客被电击或电麻感觉。但由于外部环境、施工等因素的影响，目前多数屏蔽门绝缘状况不理想，普遍存在绝缘失效的情况。虽然人身安全没问题，但还是可能被电击或电麻的感觉，由此可能引起乘客对运营公司进行投诉。

针对上述问题提出两种屏蔽门绝缘方案：

（1）屏蔽门非绝缘安装集中接地，乘客易接触部分作绝缘处理。

本方案中，屏蔽门与土建站台板及土建顶梁间不作绝缘安装，钢轨和屏蔽门没有等电位连接，屏蔽门处于悬浮状态，门-地之间电位基本为0。屏蔽门关闭时，乘客和工作人员接触不到走行轨，不存在人身安全问题；当屏蔽门开启时，门-轨之间电位即为轨-地之间电位，此时机车已经停车，轨-门电位差较低。因此，在屏蔽门悬浮不连接钢轨时，可对钢轨电位限制装置控制进行优化，使其控制中加入屏蔽门开关信号，当屏蔽门开启时，轨电位限制装置可以正常动作，保护乘客人身安全；也可以采取另一种方法，钢轨电位限制装置与屏蔽门不做信号联动，而将屏蔽门能够接触到乘客的部位进行绝缘处理；当屏蔽门关闭时，钢轨电位得高低影响不了乘客的安全，实际测试钢轨电位很低。即使钢轨电位达到OVPD整定值，OVPD也可以不动作或者提高动作设定值。这样可以在保护乘客安全的情况下大大减少钢轨电位限制装置动作的次数，减少由此导致的杂散电流腐蚀问题。

（2）屏蔽门整体绝缘安装不接地，不与钢轨等电位连接。

屏蔽门与钢轨间不进行等电位连接，对乘客乘车的安全影响较小，加上钢轨电位限制装置的保护作用，异常情况下钢轨电位可限制在合理的范围内，因此屏蔽门与钢轨不作等电位连接是可行的。屏蔽门与钢轨不作等电位连接，可避免回流轨杂散电流通过屏蔽门腐蚀车站建筑结构，确保车站的设计寿命不受影响。屏蔽门绝缘效果良好的情况下，可较好的保障乘客上下车的人身安全。

3.降低回流电阻

3.1 钢轨回流电缆焊接

城市轨道交通牵引回流网通常采用走行轨回流方式。走行轨回流将钢轨作为回流通路，通过回流电缆与钢轨的连接，将牵引电流回送至变电所负极。回流电缆与钢轨的连接不仅影响到整个牵引供电系统的回流质量，而且与钢轨性能、行车安全、杂散电流防治等紧密相关，是一个尤为重要的环节。选取一种工艺简单、经济合理。技术可靠的连接方式具有十分重要的现实意义。

目前国内城市轨道交通直流牵引回流网中回流电缆与钢轨的连接方式主要有以下几种[3]：

（1）放热焊接

放热焊接是从国外引进直接应用的焊接方法，其原理是通过铝与氧化铜的化学反应（放热反应）产生液态高温铜液和氧化铝的残渣，并利用放热反应所产生的高温来实现高性能电气熔接的现代焊接工艺。武汉轻轨、北京地铁四号线、十五号线、大兴线、十三号线、上海地铁、南京地铁等均采用该焊接方法。

放热焊接分为两种形式，一种为电缆直接焊接方式；另一种为利用铜排与钢轨焊接方式，分别如图3、4所示。电缆直接焊接方式在钢轨上的焊接面积较小，现场施工精度要求较低，对钢轨的影响较小，电缆与钢轨的连接牢固可靠，过渡电阻小，且结合面无腐蚀，经过长期的运营后，过渡电阻变化很小。利用铜排与钢轨焊接方式在钢轨上焊接点少，但钢轨上的单点焊接面积较大，且在现场操作时受天气、施工单位工艺水平的影响。

（2）螺栓连接

螺栓连接方式分为：单根电缆栓接、铜排栓接，分别如图5、6所示。单根电缆栓接往往用在电流较小的地段中近期可以满足过渡电阻不大于1 米长（标准60kg 钢轨）钢轨电阻值的要求，但在长时间的钢轨运行中受震动影响较大，影响回路回流效果，同时也容易引起轨电位升高。铜排栓接连接牢固可靠，但对现场施工工艺要求较严格，对铜排接触面的制造工艺要求较高，同样受震动影响较大。

（3）胀钉连接

胀接方式是用轨道交通专用胀钉将地铁供电均、回流电缆与钢轨连接，如图7所示，具有抗氧化、接触面大、接触电阻小、通流能力强等优点，避免了螺栓连接方式导流不畅烧伤钢轨的隐患，但是施工成本较高。