不可忽视的地铁回流系统

张 营

中国铁建电气化局集团南方工程有限公司 湖北 武汉 430074

正文：

在城市建设迅猛发展的今天，城市轨道交通建设凭借着它独特的运输优势占据着城市交通的主流。随之而来的就是地铁的迅速发展，至2018年10月统计全国已有36个城市开通了地铁线路。而地铁供电系统主要为直流牵引供电系统。

1 回流系统的组成及应用

1.1 常态下回流系统及其应用介绍

地铁直流1500V供电系统与国铁27.5kv交流系统供电的回流方式存在很大的区别，国铁回流系统中有轨回流和回流线回流两种方式将负电流传输至牵引变电所中负极；而在地铁直流供电系统中，回流系统主要由回流钢轨、回流电缆、轨电位限制装置、单向导通装置、排流柜以及隧道（桥体）结构钢筋等组成；主要回流方式为钢轨回流，在理想状态下，牵引所正极直流母排，再经馈线开关、上网电缆和上网刀闸将牵引电输送至接触网；电客车经受电弓从接触网上引入直流取电，经电客车内主逆变器负极流出至电客车的轮对；电客车轮对再将主逆变器负极的电流传至与其直接接触的回流钢轨；由于回流钢轨与道床之间有一层绝缘性能良好的橡胶垫，因此大部分回流都经过钢轨回流流至牵引所附近的回流点，只有一小部分回流通过绝缘不良的地方流入道床或隧道结构，这部分电流则形成了地铁杂散电流；钢轨回流直接通过回流电缆流回牵引所负极直流母排，杂散电流则经过具备单相导通功能的排流柜流回牵引所负极直流母排，完成一个完整的牵引回流过程。

1.2 故障状态下回流系统及其应用介绍

在以下两种情况下会引起牵引回流能力的不足：

当地铁线路上行车密度超过设计密度的情况下会引起故障回流，当回流电缆部分或全部由于某种原因不能导电的情况下也将引起故障回流。此时，大部分牵引电流仍将以常规回流的形式，流回牵引所负极直流母排。但由于回流通路不畅，从电客车轮对流至钢轨上的电荷将不断的累积，从而引起钢轨电位的抬升。当钢轨电位抬升至轨电位限制装置的整定值时，轨电位限制装置内的接触器将会闭合将钢轨与变电所内接地网连通，将这部分无法顺利回流的电荷排入地铁接地系统，从而使钢轨电位下降至人体的安全电压以下。这两部分非常规回流最终都将在经杂散电流收集装置由排流柜回流至牵引所负极直流母排，形成完整的牵引回流过程。

2 回流系统故障引发的故障分析

地铁线路上电客车的正常运行归功于地铁直流牵引系统与回流系统之间的相辅相成，如果回流系统中任何环节出现故障，会直接影响到电客车的正常运行，下面对回流系统引发的故障进行举例分析：

案例1 某城市轨道交通车辆段基地某股道路发生接触网电压过低报警，数据显示只有1141V，由于电压不足，严重影响电客车正常行驶。

图1 接触网电压显示

原因分析：

经过现场检测、试验后，得知回流系统施工完成后，缺少现场巡视环节，导致回流电缆丢失部分，直接造成回流能力下降。间接造成钢轨电位过高（接触网与钢轨间电压过低），最终导致电压报警及影响电客车正常行驶。

原因分析：

图2为该车辆段局部回流系统图，图中虚线位置表示非电化股道，实线表示电化股道；图中所示回流电缆连接于单向导通装置安装位置非电化股道与电化股道；即17股道库内非电化股道连接了回流电缆。当电客车经过的时候，由于钢轨绝缘节正线侧是电化股道，钢轨绝缘节库内侧为非电化股道，当电客车经过钢轨绝缘节时，钢轨与轮对之间产生电势差，所以造成钢轨打火现象的发生。如下图所示。综上所述，非电化股道的钢轨不可连接回流电缆，以免产生电势差造成钢轨打火现象发生。

图2 车辆段部分回流系统示意图

3 回流系统施工注意事项

1）钢轨电气连接贯通

同一供电分区范围内所有走行轨（回流轨）要保证电气连接贯通，大部分钢轨选择无缝焊接连接，部分钢轨连接采用螺栓及压板栓接而成，在此部分需要使用2根150mm²以上的电缆进行钢轨连接。

2）回流轨与回流电缆之间要可靠连接

在回流电缆连接回流轨位置需可靠连接，不可脱落且接触电阻不得大于30微欧。目前国内多数使用低温钎焊技术，使用电缆钢轨转接排（QHP线排）充当钢轨与回流电缆之间的连接件。此技术有效降低了对钢轨的损伤、有效降低了对环境的污染且由于电缆钢轨转接排可预制成多孔洞，即增加了同一处连接多根电缆的可能，提高了钢轨利用率。

3）回流电缆的敷设

回流电缆敷设过程中不得损伤电缆，并且应保持在电缆支架之上。以便运营巡检及降低其运营后二次伤害的几率。

4 结束语

城市轨道交通建设中地铁回流系统与其供电取流部分同样重要，地铁直流牵引回流系统各部分相辅相成，共同构成了牵引电流的回流系统，以保证牵引电流常规情况和故障情况下都能顺利回流到电源负极。因此，在施工过程中施工单位应加大回流系统安装质量的监督力度，在运营阶段同样应增加针对回流系统的专项巡查力度。