广州地铁集团有限公司运营事业总部 广东广州 510320
摘要：自开通电气化铁路以后，牵引回流对轨道电路造成的影响逐渐增多，供电专业在进行停电作业时，对停电的设备加挂地线，消除感应电对人身的影响。在此过程中，牵引回流发生变化，影响铁路钢轨两侧电流的分布，对轨道电路产生一定影响。通过原因分析、系统总结和归纳有效治理措施，并对直流回流系统提出了新的思路及建议。
关键词：地铁；牵引供电；直流回流系统；问题
地铁牵引回流系统的核心为回流电缆与钢轨，两者的连接是整个牵引回流系统的薄弱点，也是地铁牵引回流系统维护保养的重中之重。国内地铁行业电客车牵引电源均采用直流牵引供电系统。直流牵引系统可简单分为牵引电源、电客车和牵引回流三个子系统。牵引电源大部分为DC1500V供电制式，包括整流变压器、整流器、正极直流母排和负极直流母排。牵引回流系统是由回流钢轨、回流电缆、轨电位限制装置、单向导通装置、排流柜以及隧道结构钢筋等组成的，各部分相辅相成，共同构成了牵引电流的回流通路，保证牵引电流常规情况和故障情况下都能顺利回流到电源负极。因此，牵引回流系统作为牵引供电主回路的关键系统具有非常重要的作用，一旦发生故障将直接影响行车，造成地铁运营中断。回流电缆是地铁牵引回流系统中直流电回到变电所负极的重要一环，其与钢轨的连接方式，将直接影响回流通路性能。
一、回流系统的组成及应用
（一）常态下回流系统及其应用介绍
地铁直流1500V供电系统与国铁27.5kv交流系统供电的回流方式存在很大的区别，国铁回流系统中有轨回流和回流线回流两种方式将负电流传输至牵引变电所中负极；而在地铁直流供电系统中，回流系统主要由回流钢轨、回流电缆、轨电位限制装置、单向导通装置、排流柜以及隧道（桥体）结构钢筋等组成；主要回流方式为钢轨回流，在理想状态下，牵引所正极直流母排，再经馈线开关、上网电缆和上网刀闸将牵引电输送至接触网；电客车经受电弓从接触网上引入直流取电，经电客车内主逆变器负极流出至电客车的轮对；电客车轮对再将主逆变器负极的电流传至与其直接接触的回流钢轨；由于回流钢轨与道床之间有一层绝缘性能良好的橡胶垫，因此大部分回流都经过钢轨回流流至牵引所附近的回流点，只有一小部分回流通过绝缘不良的地方流入道床或隧道结构，这部分电流则形成了地铁杂散电流；钢轨回流直接通过回流电缆流回牵引所负极直流母排，杂散电流则经过具备单相导通功能的排流柜流回牵引所负极直流母排，完成一个完整的牵引回流过程。
（二）故障状态下回流系统及其应用介绍
在以下两种情况下会引起牵引回流能力的不足：当地铁线路上行车密度超过设计密度的情况下会引起故障回流，当回流电缆部分或全部由于某种原因不能导电的情况下也将引起故障回流。此时，大部分牵引电流仍将以常规回流的形式，流回牵引所负极直流母排。但由于回流通路不畅，从电客车轮对流至钢轨上的电荷将不断的累积，从而引起钢轨电位的抬升。当钢轨电位抬升至轨电位限制装置的整定值时，轨电位限制装置内的接触器将会闭合将钢轨与变电所内接地网连通，将这部分无法顺利回流的电荷排入地铁接地系统，从而使钢轨电位下降至人体的安全电压以下。这两部分非常规回流最终都将在经杂散电流收集装置由排流柜回流至牵引所负极直流母排，形成完整的牵引回流过程。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
二、回流系统故障引发的故障分析
地铁线路上电客车的正常运行归功于地铁直流牵引系统与回流系统之间的相辅相成，如果回流系统中任何环节出现故障，会直接影响到电客车的正常运行，下面对回流系统引发的故障进行举例分析：
案例1某城市轨道交通车辆段基地某股道路发生接触网电压过低报警，数据显示只有1141V，由于电压不足，严重影响电客车正常行驶。
原因分析：经过现场检测、试验后，得知回流系统施工完成后，缺少现场巡视环节，导致回流电缆丢失部分，直接造成回流能力下降。间接造成钢轨电位过高（接触网与钢轨间电压过低），最终导致电压报警及影响电客车正常行驶。
当电客车经过的时候，由于钢轨绝缘节正线侧是电化股道，钢轨绝缘节库内侧为非电化股道，当电客车经过钢轨绝缘节时，钢轨与轮对之间产生电势差，所以造成钢轨打火现象的发生。综上所述，非电化股道的钢轨不可连接回流电缆，以免产生电势差造成钢轨打火现象发生。
目前，国内外地铁一般采用架空接触网或接触轨（第三轨）供电，走行轨回流。架空接触网或第三轨安装在具有高绝缘强度的陶瓷绝缘底座或玻璃钢绝缘支架上，限制对地的电流泄漏，而走行轨必须安装在高强度的金属底座上，以支撑列车的质量，导致走行轨对地绝缘无法达到相同的强度。虽然走行轨与道床之间增加了绝缘橡胶垫，隔离了一部分可能泄漏的回流电流，但由于橡胶垫绝缘强度不高，且容易受铁屑、灰尘或水分污染，走行轨不可能完全绝缘于道床。因此，牵引回流电流通过走行轨向道床及其他金属结构泄漏并产生杂散电流。杂散电流对钢轨、土建结构钢筋，以及地铁沿线的金属管道和电气设备产生腐蚀。其腐蚀程度比自然腐蚀强烈得多，具有强度大、危害大、范围广、随机性强等特点，直接影响地铁土建结构和设备安全及使用寿命。
三、回流系统施工注意事项
（一）钢轨电气连接贯通
同一供电分区范围内所有走行轨（回流轨）要保证电气连接贯通，大部分钢轨选择无缝焊接连接，部分钢轨连接采用螺栓及压板栓接而成，在此部分需要使用2根150mm2以上的电缆进行钢轨连接。
（二）回流轨与回流电缆之间要可靠连接
在回流电缆连接回流轨位置需可靠连接，不可脱落且接触电阻不得大于30微欧。目前国内多数使用低温钎焊技术，使用电缆钢轨转接排（QHP线排）充当钢轨与回流电缆之间的连接件。此技术有效降低了对钢轨的损伤、有效降低了对环境的污染且由于电缆钢轨转接排可预制成多孔洞，即增加了同一处连接多根电缆的可能，提高了钢轨利用率。
（三）回流接地的连接
在地下、露天和混凝土中需要按照要求敷设地线，在一些必要的连接点位置，需要按照要求做好防腐处理工作。在道碴或地下中敷设金属闪络接地线时，需要将其埋深控制在10cm以内。钢带（裸露或镀锌）或铜电缆接地线需要在在钢筋混凝土建筑物下面进行埋设，而且在与外面相连的部位需要设置在人员容易到达的地方。通常情况下，混凝土中接地线间需要以焊接的方式进行连接，严禁采用绑扎方式。对于钢筋连接位置，一般不需要进行特殊的防腐保护。在对接地极进行安装过程中，要对沿线信号电缆、通信的影响给予考虑。对于防雷接地极，需要单独接地，并保持与综合地线间距超过20m或做绝缘处理。
（四）减少杂散电流排放
采用抗老化和耐腐蚀性强的绝缘材料加强轨对地的绝缘，减少隧道潮湿，杜绝道床积水及污染。在越江等重点隧道区段提高轨道对地的安装距离，还有在重点隧道两端设置单相导通装置进行加强等措施。通过在道床与主体结构之间涂抹新型绝缘材料同时使用绝缘扣件固定道床的措施，增大道床与主体结构之间的绝缘。
城市轨道交通建设中地铁回流系统与其供电取流部分同样重要，地铁直流牵引回流系统各部分相辅相成，共同构成了牵引电流的回流系统，以保证牵引电流常规情况和故障情况下都能顺利回流到电源负极。因此，在施工过程中施工单位应加大回流系统安装质量的监督力度，在运营阶段同样应增加针对回流系统的专项巡查力度。
参考文献
[1]韩妮乐，于勉.地铁回流电缆与钢轨连接方式研究[J].现代交通技术，2018，15（04）
[2]钟宏健.地铁牵引回流系统稳定性提升[J].山东工业技术，2018（08）
[3]曹晓斌，何方方.铁路站场牵引回流系统的回流特性研究[J].铁道学报，2017，39（12）
论文作者:杨家杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/15
标签：钢轨论文; 系统论文; 电流论文; 负极论文; 电缆论文; 地铁论文; 客车论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;