淺析地鐵回流銅排與鋼軌的連接

鄧玉斌

0 概述

地鐵采用直流牽引供電方式，其路徑為牽引變電所正極—接觸網（接觸軌）—車輛（負載）—軌道—負極電纜—牽引變電所負極。

該方式是把鋼軌作為回流通路，通過負極電纜直接連至牽引變電所負極。回流銅排起著連接鋼軌和牽引變電所負極的作用，是軟硬材料的分界點，也是變電和接觸軌系統的分界點，同時也是減少迷流的重要環節。

1 深圳地鐵三號線回流銅排脫焊情況

深圳地鐵三號線采用放熱焊接方式，將回流銅排直接焊接于鋼軌上。

2009年9月，施工單位將高架段雙龍到草鋪段的回流銅排安裝焊接完畢，安裝回流銅排的車站有雙龍、龍城廣場、愛聯、荷坳、松柏、六約、丹竹頭、布吉共8個車站，每個車站站臺左線和右線各有一處，共計16處。到12月，先后發現4處脫焊現象，其中荷坳站左線同一地方脫焊2次、荷坳站右線脫焊1次、愛聯站左線脫焊1次，該問題如不處理，將會嚴重影響牽引供電系統的正常供電。

2 原因分析和危害評估

2.1 回流銅排脫焊的原因和危害

經分析，發現回流銅排脫焊是因為采用剛性連接方式造成的。（1）鋼軌在溫度發生變化或受到列車（或重型軌道車）動力作用，會產生微小的縱橫方向位移，在剛性連接情況下，會對焊點產生巨大的作用力而導致焊點脫焊；（2）在工藝不成熟或操作不規范的情況下會直接導致虛焊。

2.2 軌道損傷的原因和危害

回流銅排與鋼軌的焊接采用的是放熱焊，放熱焊是以鋁熱化學反應所產生的高溫來實現金屬間的焊接，由于工藝原因，在鋼軌側熱影響區會出現高硬度馬氏體組織，使鋼軌局部區域脆化，在運營過程中鋼軌容易產生傷損。

在工藝不成熟或操作不規范的情況下會直接導致鋼軌焊傷，例如荷坳站內左線Z25J16號軌焊接位置，已對鋼軌軌腰造成長35 mm、寬11 mm、深2 mm的損傷。

采用剛性連接方式會直接影響軌道幾何尺寸的調整。

3 國內外回流銅排與鋼軌連接方法的比較

3.1 香港地鐵

香港地鐵的回流銅排與鋼軌采用螺栓連接，每條鋼軌連接8根截面為240 mm2的電纜，再將與2根鋼軌連接的16根電纜接入軌旁的回流箱匯流母排，最后用7×400 mm2電纜將回流箱電流引入變電所（見圖1）。

該連接方法的優點是不損傷鋼軌，連接牢固；缺點是鋼軌和線鼻子的接觸面小，易生銹。

圖1 香港地鐵回流電纜連接圖

3.2 北京地鐵

北京地鐵鋼軌回流連接是在每根鋼軌上各焊1根短銅排，回流電纜接于銅排上（見圖2）。

該連接方法的優點是連接牢固，電阻小；缺點是焊接工藝復雜，造價高，易損傷鋼軌。

圖2 北京地鐵回流電纜連接圖

3.3 廣州地鐵

廣州地鐵的回流電纜是采用快速銅熱焊方法焊接，詳見圖3。

圖3 廣州地鐵回流電纜連接放大圖

該連接方法的優點是連接可靠，接觸電阻小；缺點是需要特種焊接工藝，對鋼軌有損傷，造價高。

4 建議

筆者在吸取國內外地鐵公司的成功經驗上，提出了以下連接方式：

采用鈷鉻硅銅合金（或者高強耐磨復雜鋁黃銅）材料制造出與軌道專業相似的魚尾板2塊（詳見圖 4—5）。

在有羽翼一側的三角銅排上依次鉆孔，接電纜側的孔距為100 mm、孔徑為18 mm，接鋼軌側直銅排和三角銅排的孔距為180 mm，孔徑為16 mm。

安裝時，要將鋼軌及其銅排的接觸面打磨光亮、清潔、平整，接觸密貼，涂抹銀基導電膏。防止接觸面氧化而增大接觸電阻。

安裝后，實測電阻值為 20.36～24.51μΩ（20℃時）。完全滿足《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規程》（CJJ49-92）的規定：鋼軌和負極電纜的連接電阻不能超過1 m鋼軌的電阻值，載流量滿足短路時最大電流的需求。

該方法具有工藝簡單、連接可靠、接觸電阻小、對鋼軌沒有損傷、造價低等諸多優點。

圖4 回流銅排連接視圖

圖5 更改后回流銅排安裝圖

深圳地鐵三號線按上述建議更改后，至今沒有出現回流銅排與軌道連接方面的故障。

[1]姚偉偉，員鴻濤，丁韋，等.地鐵電纜與鋼軌快速銅熱焊接方法的分析研究[J].城市軌道交通研究，2006，10（9）：51-53.

[2]于小軍，蒙占剛，陳慶虎.回流銅板與鋼軌的螺栓連接方式[J].現代城市軌道交通，2007，1（9）：32-33.

[3]何宗華.城市軌道交通工程設計指南[M].北京：中國建筑工業出版社，1993.