地铁中杂散电流的防治设计

沈文杰

（中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055）

一、杂散电流防治的基本原则

地铁设施暴露于自然条件下，风沙、雨、雪等不可避免，对轨道绝缘极为不利，对于地下区段，尽管不像露天高架线路那样受外界气候条件的影响，但仍不可避免地受到油污、金属粉末及隧道滴水等的影响，所以杂散电流的防护设计应坚持“回流通畅、以堵为主，以排为辅，防排结合，区域防护，严格检测，及时处理”的原则，并根据各区间及车站、停车场及车辆段的具体结构形式，进行合理的、有针对性的设计。其方法主要为：堵、排、测，即防排结合。

二、杂散电流仿真

以南宁地铁设计为例，运行车辆为6节编组B型车，初期运行间隔为300秒，近期运行间隔为200秒，远期为120秒。本次供电系统采用1500V直流供电，假设走行轨对结构钢筋的过渡电阻全线均匀一致，其值达到了15Ω/km。

根据杂散电流估算公式如下：

式中IS：杂散电流值； ：对结构的过渡电阻值；l：带电列车距供电牵引所间的距离；r：回流走行轨的纵向电阻值。根据以上条件从石埠站至南宁东站，我们分别对各个牵引所之间的杂散电流进行了仿真计算。

由上述仿真计算可以看出，变电所的间距与杂散电流成正比。供电距离越大，杂散电流越大；本次设计在目前假设条件下双边供电时杂散电流最大值为1.34A。

根据计算结果并结合现有地铁杂散电流实验和研究经验，杂散电流主要受以下因素影响：（1）走行轨对结构钢筋的过渡电阻大小与杂散电流成反比。过渡电阻越大，杂散电流越小；为减少杂散电流，需增加轨地绝缘。（2）走行轨的线路电阻与杂散电流成正比。电阻越小，杂散电流越小；在采用60kg钢轨后，必要时可在走行轨均流线间并联电缆以减小走形轨线路电阻，达到减少杂散电流的目的。（3）在有条件时应增加牵引变电所数量，减小变电所的最大供电距离。（4）列车用电点至变电所的距离与杂散电流成平方比。距离越远杂散电流越大。

三、杂散电流设计方案

根据上述计算结果，本次设计方案具体如下：

1 限制杂散电流产生根源措施

（1）保证通畅的回流通路

1）回流电缆的设置。在牵引变电所设置负回流线，该线应与钢轨进行可靠牢固的焊接，并保证不少于两根。导电截面应该满足要求，使得一根电缆发生故障时，剩余电缆的截面也能够满足需求。2）均流电缆的设置。在车站两端上、下行轨道间设均流线，但在车站有回流线的一端，上下行钢轨间可不再设均流线。均流线与钢轨连接的具体方式需与信号和轨道专业共同协商确定。3）回流钢轨的要求。走行回流钢轨宜选用60kg/m钢轨，并焊接成长钢轨，钢轨接头电阻应小于5米长的回流钢轨阻值，以减少回流电阻。若采用短钢轨，用鱼尾板螺栓连接，则两根钢轨之间必须加焊2根截面为120mm2以上的绝缘铜电缆（共4根）。4）对道岔与辙岔的连接部位的处理。地铁电气化线路中的道岔与辙岔的连接部位应设置铜连接引线，连接线采用2根截面为120 mm2的绝缘铜电缆，铜引线与钢轨间应可靠焊接，接头电阻不应超过1米长完整钢轨的电阻值。

图1 石埠至西乡塘仿真计算结果

图2 西乡塘至陈村仿真计算结果

（2） 设置杂散电流收集网

1）主收集网的设置

将整体道床内的纵向结构钢筋选做为主杂散电流收集网。经计算，主收集网钢筋截面取为2000mm2（过江区段为4000mm2）。被选做收集网的结构钢筋应均匀分布，以增加杂散电流收集效果。每段整体道床和浮制板道床内的纵向钢筋如有搭接，必须进行搭接焊，焊接长度不小于30mm。沿整体道床和浮制板道床纵向每隔5米用一根横向钢筋与所有的收集网纵向钢筋焊接。在每一段整体道床和浮制板道床的两端（即靠近伸缩缝处），用5×50 mm2的铜排与所有的收集网钢筋焊接之后在整体道床和浮制板道床的左右两侧引出铜排连接端子，并在上面打φ14的孔，用于电气连接及测量。

2）辅助收集网的设置

在隧道（工法为明挖和矿山法）两个沉降缝之间的隧道结构段称为一个隧道结构段，每个隧道结构段内的纵向钢筋应电气连续，即每个结构段内的纵向钢筋搭接处必须焊接，焊接长度不少于钢筋直径的5倍，每隔5m（及遂道结构段两端）选一横向钢筋与交叉的所有纵向钢筋焊接，另在隧道底板内层（上层）左、右线方向各选择一根纵向钢筋（排流条）与结构段内所有内层（上层）横向钢筋焊接。高架区段选取梁体上表面钢筋作为辅助排流网，在梁体两端用扁钢可靠焊接后引出梁体表面，引出端子用电缆可靠连接。每个结构段的两端焊接引出连接及测量端子，端子上设φ14的孔，用于电气连接及测量。

3）排流端子的设置

在牵引变电所附近设置道床、隧道结构钢筋及梁体结构钢筋的排流端子，以便杂散电流收集网同牵引变电所内排流柜以及车站接地网互相连接。排流端子可以利用靠近牵引变电所的伸缩缝连接端子。

4）相关设备及管线的防护方法

①牵引变电所直流开关柜、整流器柜、负极柜等设备均应采用绝缘法安装，并设有框架泄漏保护装置。②金属管线与钢轨不应有电气连接。③敷设在隧道中的电缆、水管等金属管线结构不得与地下水流、积水、潮湿墙壁、土壤及含盐沉积物等发生接触。④由外界引入地铁内或由地铁内引出至地铁外的金属管线均应进行绝缘处理后方可引入或引出，所有通向地铁外部的金属给排水管，必须装有绝缘法兰（或绝缘短管）。⑤穿越道床的给排水管宜采用绝缘管。若采用金属管道，金属管道的表面应进行加绝缘层处理，金属管道应尽量和道床垂直，并且在穿越部位的两侧加绝缘法兰，其安装部位应便于检查和维护。⑥金属给排水管道在车站内用电缆和接地母排相连。⑦沿线的信号设备金属外壳应通过接地扁钢接地，不应与钢轨有电气上的连接。⑧通信电缆应与道床结构钢筋及钢轨无任何电气连接。⑨沿线的电话箱应与接地扁钢连接。⑩对与站台设置屏蔽门的，上端部要与结构钢筋绝缘；下端部在站台底部沿站台边缘应设2米宽的绝缘膜，其绝缘等级为AC1000V-1分钟。屏蔽门应通过电缆与钢轨相连接。11车辆段的通信设施接地时，不能接至接触网架空地线。

结语

随着我国城市地铁或轻轨交通快速发展，人们越来越重视地铁防护杂散电流，本文在实际设计中，应对杂散电流采取科学合理的预防措施、有效的检测和监测技术以及综合治理方法，减少杂散电流的危害。同时，针对南宁地铁1号线项目进行杂散电流防治设计，完整的进行地铁杂散电流防治分析，将理论研究应用到实际中，对以后的地铁建设与运营提供基础资料并进行指导。

[1]地铁中杂散电流防治研究[J].中国高新技术，2010（04）.

[2]地铁杂散电流分析[Z].