不可忽視的地鐵回流系統(tǒng)

張 營

中國鐵建電氣化局集團(tuán)南方工程有限公司 湖北 武漢 430074

正文：

在城市建設(shè)迅猛發(fā)展的今天，城市軌道交通建設(shè)憑借著它獨(dú)特的運(yùn)輸優(yōu)勢占據(jù)著城市交通的主流。隨之而來的就是地鐵的迅速發(fā)展，至2018年10月統(tǒng)計(jì)全國已有36個(gè)城市開通了地鐵線路。而地鐵供電系統(tǒng)主要為直流牽引供電系統(tǒng)。

1 回流系統(tǒng)的組成及應(yīng)用

1.1 常態(tài)下回流系統(tǒng)及其應(yīng)用介紹

地鐵直流1500V供電系統(tǒng)與國鐵27.5kv交流系統(tǒng)供電的回流方式存在很大的區(qū)別，國鐵回流系統(tǒng)中有軌回流和回流線回流兩種方式將負(fù)電流傳輸至牽引變電所中負(fù)極；而在地鐵直流供電系統(tǒng)中，回流系統(tǒng)主要由回流鋼軌、回流電纜、軌電位限制裝置、單向?qū)ㄑb置、排流柜以及隧道（橋體）結(jié)構(gòu)鋼筋等組成；主要回流方式為鋼軌回流，在理想狀態(tài)下，牽引所正極直流母排，再經(jīng)饋線開關(guān)、上網(wǎng)電纜和上網(wǎng)刀閘將牽引電輸送至接觸網(wǎng)；電客車經(jīng)受電弓從接觸網(wǎng)上引入直流取電，經(jīng)電客車內(nèi)主逆變器負(fù)極流出至電客車的輪對(duì)；電客車輪對(duì)再將主逆變器負(fù)極的電流傳至與其直接接觸的回流鋼軌；由于回流鋼軌與道床之間有一層絕緣性能良好的橡膠墊，因此大部分回流都經(jīng)過鋼軌回流流至牽引所附近的回流點(diǎn)，只有一小部分回流通過絕緣不良的地方流入道床或隧道結(jié)構(gòu)，這部分電流則形成了地鐵雜散電流；鋼軌回流直接通過回流電纜流回牽引所負(fù)極直流母排，雜散電流則經(jīng)過具備單相導(dǎo)通功能的排流柜流回牽引所負(fù)極直流母排，完成一個(gè)完整的牽引回流過程。

1.2 故障狀態(tài)下回流系統(tǒng)及其應(yīng)用介紹

在以下兩種情況下會(huì)引起牽引回流能力的不足：

當(dāng)?shù)罔F線路上行車密度超過設(shè)計(jì)密度的情況下會(huì)引起故障回流，當(dāng)回流電纜部分或全部由于某種原因不能導(dǎo)電的情況下也將引起故障回流。此時(shí)，大部分牽引電流仍將以常規(guī)回流的形式，流回牽引所負(fù)極直流母排。但由于回流通路不暢，從電客車輪對(duì)流至鋼軌上的電荷將不斷的累積，從而引起鋼軌電位的抬升。當(dāng)鋼軌電位抬升至軌電位限制裝置的整定值時(shí)，軌電位限制裝置內(nèi)的接觸器將會(huì)閉合將鋼軌與變電所內(nèi)接地網(wǎng)連通，將這部分無法順利回流的電荷排入地鐵接地系統(tǒng)，從而使鋼軌電位下降至人體的安全電壓以下。這兩部分非常規(guī)回流最終都將在經(jīng)雜散電流收集裝置由排流柜回流至牽引所負(fù)極直流母排，形成完整的牽引回流過程。

2 回流系統(tǒng)故障引發(fā)的故障分析

地鐵線路上電客車的正常運(yùn)行歸功于地鐵直流牽引系統(tǒng)與回流系統(tǒng)之間的相輔相成，如果回流系統(tǒng)中任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，會(huì)直接影響到電客車的正常運(yùn)行，下面對(duì)回流系統(tǒng)引發(fā)的故障進(jìn)行舉例分析：

案例1 某城市軌道交通車輛段基地某股道路發(fā)生接觸網(wǎng)電壓過低報(bào)警，數(shù)據(jù)顯示只有1141V，由于電壓不足，嚴(yán)重影響電客車正常行駛。

圖1 接觸網(wǎng)電壓顯示

原因分析：

經(jīng)過現(xiàn)場檢測、試驗(yàn)后，得知回流系統(tǒng)施工完成后，缺少現(xiàn)場巡視環(huán)節(jié)，導(dǎo)致回流電纜丟失部分，直接造成回流能力下降。間接造成鋼軌電位過高（接觸網(wǎng)與鋼軌間電壓過低），最終導(dǎo)致電壓報(bào)警及影響電客車正常行駛。

原因分析：

圖2為該車輛段局部回流系統(tǒng)圖，圖中虛線位置表示非電化股道，實(shí)線表示電化股道；圖中所示回流電纜連接于單向?qū)ㄑb置安裝位置非電化股道與電化股道；即17股道庫內(nèi)非電化股道連接了回流電纜。當(dāng)電客車經(jīng)過的時(shí)候，由于鋼軌絕緣節(jié)正線側(cè)是電化股道，鋼軌絕緣節(jié)庫內(nèi)側(cè)為非電化股道，當(dāng)電客車經(jīng)過鋼軌絕緣節(jié)時(shí)，鋼軌與輪對(duì)之間產(chǎn)生電勢差，所以造成鋼軌打火現(xiàn)象的發(fā)生。如下圖所示。綜上所述，非電化股道的鋼軌不可連接回流電纜，以免產(chǎn)生電勢差造成鋼軌打火現(xiàn)象發(fā)生。

圖2 車輛段部分回流系統(tǒng)示意圖

3 回流系統(tǒng)施工注意事項(xiàng)

1）鋼軌電氣連接貫通

同一供電分區(qū)范圍內(nèi)所有走行軌（回流軌）要保證電氣連接貫通，大部分鋼軌選擇無縫焊接連接，部分鋼軌連接采用螺栓及壓板栓接而成，在此部分需要使用2根150mm2以上的電纜進(jìn)行鋼軌連接。

2）回流軌與回流電纜之間要可靠連接

在回流電纜連接回流軌位置需可靠連接，不可脫落且接觸電阻不得大于30微歐。目前國內(nèi)多數(shù)使用低溫釬焊技術(shù)，使用電纜鋼軌轉(zhuǎn)接排（QHP線排）充當(dāng)鋼軌與回流電纜之間的連接件。此技術(shù)有效降低了對(duì)鋼軌的損傷、有效降低了對(duì)環(huán)境的污染且由于電纜鋼軌轉(zhuǎn)接排可預(yù)制成多孔洞，即增加了同一處連接多根電纜的可能，提高了鋼軌利用率。

3）回流電纜的敷設(shè)

回流電纜敷設(shè)過程中不得損傷電纜，并且應(yīng)保持在電纜支架之上。以便運(yùn)營巡檢及降低其運(yùn)營后二次傷害的幾率。

4 結(jié)束語

城市軌道交通建設(shè)中地鐵回流系統(tǒng)與其供電取流部分同樣重要，地鐵直流牽引回流系統(tǒng)各部分相輔相成，共同構(gòu)成了牽引電流的回流系統(tǒng)，以保證牽引電流常規(guī)情況和故障情況下都能順利回流到電源負(fù)極。因此，在施工過程中施工單位應(yīng)加大回流系統(tǒng)安裝質(zhì)量的監(jiān)督力度，在運(yùn)營階段同樣應(yīng)增加針對(duì)回流系統(tǒng)的專項(xiàng)巡查力度。