地鐵中雜散電流的防治設計

沈文杰

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055）

一、雜散電流防治的基本原則

地鐵設施暴露于自然條件下，風沙、雨、雪等不可避免，對軌道絕緣極為不利，對于地下區(qū)段，盡管不像露天高架線路那樣受外界氣候條件的影響，但仍不可避免地受到油污、金屬粉末及隧道滴水等的影響，所以雜散電流的防護設計應堅持“回流通暢、以堵為主，以排為輔，防排結(jié)合，區(qū)域防護，嚴格檢測，及時處理”的原則，并根據(jù)各區(qū)間及車站、停車場及車輛段的具體結(jié)構(gòu)形式，進行合理的、有針對性的設計。其方法主要為：堵、排、測，即防排結(jié)合。

二、雜散電流仿真

以南寧地鐵設計為例，運行車輛為6節(jié)編組B型車，初期運行間隔為300秒，近期運行間隔為200秒，遠期為120秒。本次供電系統(tǒng)采用1500V直流供電，假設走行軌對結(jié)構(gòu)鋼筋的過渡電阻全線均勻一致，其值達到了15Ω/km。

根據(jù)雜散電流估算公式如下：

式中IS：雜散電流值； ：對結(jié)構(gòu)的過渡電阻值；l：帶電列車距供電牽引所間的距離；r：回流走行軌的縱向電阻值。根據(jù)以上條件從石埠站至南寧東站，我們分別對各個牽引所之間的雜散電流進行了仿真計算。

由上述仿真計算可以看出，變電所的間距與雜散電流成正比。供電距離越大，雜散電流越大；本次設計在目前假設條件下雙邊供電時雜散電流最大值為1.34A。

根據(jù)計算結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)有地鐵雜散電流實驗和研究經(jīng)驗，雜散電流主要受以下因素影響：（1）走行軌對結(jié)構(gòu)鋼筋的過渡電阻大小與雜散電流成反比。過渡電阻越大，雜散電流越小；為減少雜散電流，需增加軌地絕緣。（2）走行軌的線路電阻與雜散電流成正比。電阻越小，雜散電流越?。辉诓捎?0kg鋼軌后，必要時可在走行軌均流線間并聯(lián)電纜以減小走形軌線路電阻，達到減少雜散電流的目的。（3）在有條件時應增加牽引變電所數(shù)量，減小變電所的最大供電距離。（4）列車用電點至變電所的距離與雜散電流成平方比。距離越遠雜散電流越大。

三、雜散電流設計方案

根據(jù)上述計算結(jié)果，本次設計方案具體如下：

1 限制雜散電流產(chǎn)生根源措施

（1）保證通暢的回流通路

1）回流電纜的設置。在牽引變電所設置負回流線，該線應與鋼軌進行可靠牢固的焊接，并保證不少于兩根。導電截面應該滿足要求，使得一根電纜發(fā)生故障時，剩余電纜的截面也能夠滿足需求。2）均流電纜的設置。在車站兩端上、下行軌道間設均流線，但在車站有回流線的一端，上下行鋼軌間可不再設均流線。均流線與鋼軌連接的具體方式需與信號和軌道專業(yè)共同協(xié)商確定。3）回流鋼軌的要求。走行回流鋼軌宜選用60kg/m鋼軌，并焊接成長鋼軌，鋼軌接頭電阻應小于5米長的回流鋼軌阻值，以減少回流電阻。若采用短鋼軌，用魚尾板螺栓連接，則兩根鋼軌之間必須加焊2根截面為120mm2以上的絕緣銅電纜（共4根）。4）對道岔與轍岔的連接部位的處理。地鐵電氣化線路中的道岔與轍岔的連接部位應設置銅連接引線，連接線采用2根截面為120 mm2的絕緣銅電纜，銅引線與鋼軌間應可靠焊接，接頭電阻不應超過1米長完整鋼軌的電阻值。

圖1 石埠至西鄉(xiāng)塘仿真計算結(jié)果

圖2 西鄉(xiāng)塘至陳村仿真計算結(jié)果

（2） 設置雜散電流收集網(wǎng)

1）主收集網(wǎng)的設置

將整體道床內(nèi)的縱向結(jié)構(gòu)鋼筋選做為主雜散電流收集網(wǎng)。經(jīng)計算，主收集網(wǎng)鋼筋截面取為2000mm2（過江區(qū)段為4000mm2）。被選做收集網(wǎng)的結(jié)構(gòu)鋼筋應均勻分布，以增加雜散電流收集效果。每段整體道床和浮制板道床內(nèi)的縱向鋼筋如有搭接，必須進行搭接焊，焊接長度不小于30mm。沿整體道床和浮制板道床縱向每隔5米用一根橫向鋼筋與所有的收集網(wǎng)縱向鋼筋焊接。在每一段整體道床和浮制板道床的兩端（即靠近伸縮縫處），用5×50 mm2的銅排與所有的收集網(wǎng)鋼筋焊接之后在整體道床和浮制板道床的左右兩側(cè)引出銅排連接端子，并在上面打φ14的孔，用于電氣連接及測量。

2）輔助收集網(wǎng)的設置

在隧道（工法為明挖和礦山法）兩個沉降縫之間的隧道結(jié)構(gòu)段稱為一個隧道結(jié)構(gòu)段，每個隧道結(jié)構(gòu)段內(nèi)的縱向鋼筋應電氣連續(xù)，即每個結(jié)構(gòu)段內(nèi)的縱向鋼筋搭接處必須焊接，焊接長度不少于鋼筋直徑的5倍，每隔5m（及遂道結(jié)構(gòu)段兩端）選一橫向鋼筋與交叉的所有縱向鋼筋焊接，另在隧道底板內(nèi)層（上層）左、右線方向各選擇一根縱向鋼筋（排流條）與結(jié)構(gòu)段內(nèi)所有內(nèi)層（上層）橫向鋼筋焊接。高架區(qū)段選取梁體上表面鋼筋作為輔助排流網(wǎng)，在梁體兩端用扁鋼可靠焊接后引出梁體表面，引出端子用電纜可靠連接。每個結(jié)構(gòu)段的兩端焊接引出連接及測量端子，端子上設φ14的孔，用于電氣連接及測量。

3）排流端子的設置

在牽引變電所附近設置道床、隧道結(jié)構(gòu)鋼筋及梁體結(jié)構(gòu)鋼筋的排流端子，以便雜散電流收集網(wǎng)同牽引變電所內(nèi)排流柜以及車站接地網(wǎng)互相連接。排流端子可以利用靠近牽引變電所的伸縮縫連接端子。

4）相關(guān)設備及管線的防護方法

①牽引變電所直流開關(guān)柜、整流器柜、負極柜等設備均應采用絕緣法安裝，并設有框架泄漏保護裝置。②金屬管線與鋼軌不應有電氣連接。③敷設在隧道中的電纜、水管等金屬管線結(jié)構(gòu)不得與地下水流、積水、潮濕墻壁、土壤及含鹽沉積物等發(fā)生接觸。④由外界引入地鐵內(nèi)或由地鐵內(nèi)引出至地鐵外的金屬管線均應進行絕緣處理后方可引入或引出，所有通向地鐵外部的金屬給排水管，必須裝有絕緣法蘭（或絕緣短管）。⑤穿越道床的給排水管宜采用絕緣管。若采用金屬管道，金屬管道的表面應進行加絕緣層處理，金屬管道應盡量和道床垂直，并且在穿越部位的兩側(cè)加絕緣法蘭，其安裝部位應便于檢查和維護。⑥金屬給排水管道在車站內(nèi)用電纜和接地母排相連。⑦沿線的信號設備金屬外殼應通過接地扁鋼接地，不應與鋼軌有電氣上的連接。⑧通信電纜應與道床結(jié)構(gòu)鋼筋及鋼軌無任何電氣連接。⑨沿線的電話箱應與接地扁鋼連接。⑩對與站臺設置屏蔽門的，上端部要與結(jié)構(gòu)鋼筋絕緣；下端部在站臺底部沿站臺邊緣應設2米寬的絕緣膜，其絕緣等級為AC1000V-1分鐘。屏蔽門應通過電纜與鋼軌相連接。11車輛段的通信設施接地時，不能接至接觸網(wǎng)架空地線。

結(jié)語

隨著我國城市地鐵或輕軌交通快速發(fā)展，人們越來越重視地鐵防護雜散電流，本文在實際設計中，應對雜散電流采取科學合理的預防措施、有效的檢測和監(jiān)測技術(shù)以及綜合治理方法，減少雜散電流的危害。同時，針對南寧地鐵1號線項目進行雜散電流防治設計，完整的進行地鐵雜散電流防治分析，將理論研究應用到實際中，對以后的地鐵建設與運營提供基礎(chǔ)資料并進行指導。

[1]地鐵中雜散電流防治研究[J].中國高新技術(shù)，2010（04）.

[2]地鐵雜散電流分析[Z].