浅析地铁回流铜排与钢轨的连接

邓玉斌

0 概述

地铁采用直流牵引供电方式，其路径为牵引变电所正极—接触网（接触轨）—车辆（负载）—轨道—负极电缆—牵引变电所负极。

该方式是把钢轨作为回流通路，通过负极电缆直接连至牵引变电所负极。回流铜排起着连接钢轨和牵引变电所负极的作用，是软硬材料的分界点，也是变电和接触轨系统的分界点，同时也是减少迷流的重要环节。

1 深圳地铁三号线回流铜排脱焊情况

深圳地铁三号线采用放热焊接方式，将回流铜排直接焊接于钢轨上。

2009年9月，施工单位将高架段双龙到草铺段的回流铜排安装焊接完毕，安装回流铜排的车站有双龙、龙城广场、爱联、荷坳、松柏、六约、丹竹头、布吉共8个车站，每个车站站台左线和右线各有一处，共计16处。到12月，先后发现4处脱焊现象，其中荷坳站左线同一地方脱焊2次、荷坳站右线脱焊1次、爱联站左线脱焊1次，该问题如不处理，将会严重影响牵引供电系统的正常供电。

2 原因分析和危害评估

2.1 回流铜排脱焊的原因和危害

经分析，发现回流铜排脱焊是因为采用刚性连接方式造成的。（1）钢轨在温度发生变化或受到列车（或重型轨道车）动力作用，会产生微小的纵横方向位移，在刚性连接情况下，会对焊点产生巨大的作用力而导致焊点脱焊；（2）在工艺不成熟或操作不规范的情况下会直接导致虚焊。

2.2 轨道损伤的原因和危害

回流铜排与钢轨的焊接采用的是放热焊，放热焊是以铝热化学反应所产生的高温来实现金属间的焊接，由于工艺原因，在钢轨侧热影响区会出现高硬度马氏体组织，使钢轨局部区域脆化，在运营过程中钢轨容易产生伤损。

在工艺不成熟或操作不规范的情况下会直接导致钢轨焊伤，例如荷坳站内左线Z25J16号轨焊接位置，已对钢轨轨腰造成长35 mm、宽11 mm、深2 mm的损伤。

采用刚性连接方式会直接影响轨道几何尺寸的调整。

3 国内外回流铜排与钢轨连接方法的比较

3.1 香港地铁

香港地铁的回流铜排与钢轨采用螺栓连接，每条钢轨连接8根截面为240 mm2的电缆，再将与2根钢轨连接的16根电缆接入轨旁的回流箱汇流母排，最后用7×400 mm2电缆将回流箱电流引入变电所（见图1）。

该连接方法的优点是不损伤钢轨，连接牢固；缺点是钢轨和线鼻子的接触面小，易生锈。

图1 香港地铁回流电缆连接图

3.2 北京地铁

北京地铁钢轨回流连接是在每根钢轨上各焊1根短铜排，回流电缆接于铜排上（见图2）。

该连接方法的优点是连接牢固，电阻小；缺点是焊接工艺复杂，造价高，易损伤钢轨。

图2 北京地铁回流电缆连接图

3.3 广州地铁

广州地铁的回流电缆是采用快速铜热焊方法焊接，详见图3。

图3 广州地铁回流电缆连接放大图

该连接方法的优点是连接可靠，接触电阻小；缺点是需要特种焊接工艺，对钢轨有损伤，造价高。

4 建议

笔者在吸取国内外地铁公司的成功经验上，提出了以下连接方式：

采用钴铬硅铜合金（或者高强耐磨复杂铝黄铜）材料制造出与轨道专业相似的鱼尾板2块（详见图 4—5）。

在有羽翼一侧的三角铜排上依次钻孔，接电缆侧的孔距为100 mm、孔径为18 mm，接钢轨侧直铜排和三角铜排的孔距为180 mm，孔径为16 mm。

安装时，要将钢轨及其铜排的接触面打磨光亮、清洁、平整，接触密贴，涂抹银基导电膏。防止接触面氧化而增大接触电阻。

安装后，实测电阻值为 20.36～24.51µΩ（20℃时）。完全满足《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ49-92）的规定：钢轨和负极电缆的连接电阻不能超过1 m钢轨的电阻值，载流量满足短路时最大电流的需求。

该方法具有工艺简单、连接可靠、接触电阻小、对钢轨没有损伤、造价低等诸多优点。

图4 回流铜排连接视图

图5 更改后回流铜排安装图

深圳地铁三号线按上述建议更改后，至今没有出现回流铜排与轨道连接方面的故障。

[1]姚伟伟，员鸿涛，丁韦，等.地铁电缆与钢轨快速铜热焊接方法的分析研究[J].城市轨道交通研究，2006，10（9）：51-53.

[2]于小军，蒙占刚，陈庆虎.回流铜板与钢轨的螺栓连接方式[J].现代城市轨道交通，2007，1（9）：32-33.

[3]何宗华.城市轨道交通工程设计指南[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.