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，防排結合，區域防護，嚴格檢測，及時處理”的原則，并根據各區間及車站、停車場及車輛段的具體結構形式，進行合理的、有針對性的設計。其方法主要為：堵、排、測，即防排結合。

二、雜散電流仿真

以南寧地鐵設計為例，運行車輛為6節編組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。本次供電系統采用1500V直流供電，假設走行軌對結構鋼筋的過渡電阻全線均勻一致，其值達到了15Ω/km。

根據雜散電流估算公式如下：

式中IS：雜散電流值； ：對結構的過渡電阻值；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。

根據計算結果并結合現有地鐵雜散電流實驗和研究經驗，雜散電流主要受以下因素影響：（1）走行軌對結構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，雜散電流越小；在采用60kg鋼軌后，必要時可在走行軌均流線間并聯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

根據上述計算結果，本次設計方案具體如下：

1 限制雜散電流產生根源措施

（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共同協商確定。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 石埠至西鄉塘仿真計算結果

圖2 西鄉塘至陳村仿真計算結果

（2） 設置雜散電流收集網

1）主收集網的設置

將整體道床內的縱向結構鋼筋選做為主雜散電流收集網。經計算，主收集網鋼筋截面取為2000mm2（過江區段為4000mm2）。被選做收集網的結構鋼筋應均勻分布，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鋼筋焊接之后在整體道床和浮制板道床的左右兩側引出銅排連接端子，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構段稱為一個隧道結構段，每個隧道結構段內的縱向鋼筋應電氣連續，即每個結構段內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（及遂道結構段兩端）選一橫向鋼筋與交叉的所有縱向鋼筋焊接，另在隧道底板內層（上層）左、右線方向各選擇一根縱向鋼筋（排流條）與結構段內所有內層（上層）橫向鋼筋焊接。高架區段選取梁體上表面鋼筋作為輔助排流網，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。每個結構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、隧道結構鋼筋及梁體結構鋼筋的排流端子，以便雜散電流收集網同牽引變電所內排流柜以及車站接地網互相連接。排流端子可以利用靠近牽引變電所的伸縮縫連接端子。

4）相關設備及管線的防護方法

①牽引變電所直流開關柜、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、水管等金屬管線結構不得與地下水流、積水、潮濕墻壁、土壤及含鹽沉積物等發生接觸。④由外界引入地鐵內或由地鐵內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構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，上端部要與結構鋼筋絕緣；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，不能接至接觸網架空地線。

結語

隨著我國城市地鐵或輕軌交通快速發展，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、有效的檢測和監測技術以及綜合治理方法，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，2010（04）.

[2]地鐵雜散電流分析[Z].