大勝關(guān)大橋雜散電流防護及監(jiān)測方案研究

周月芳（中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070）

大勝關(guān)大橋雜散電流防護及監(jiān)測方案研究

周月芳
（中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070）

南京地鐵寧和城際搭載大勝關(guān)長江大橋過江，與高鐵京滬鐵路客運專線、滬漢蓉專線合建并共橋面運行。地鐵與國鐵的線間距約為8m，地鐵和國鐵同橋水平近距離敷設在國內(nèi)尚屬首次，無經(jīng)驗可參考。大勝關(guān)大橋區(qū)段地鐵與國鐵長距離并行，研究如何對雜散電流進行防護，減少雜散電流腐蝕，維護橋體結(jié)構(gòu)安全，具有極其重要的意義和需求。本文結(jié)合大勝關(guān)橋?qū)嶋H情況對本區(qū)段進行分析，提出可行可靠的雜散電流防護方案及監(jiān)測方案。

大勝關(guān)大橋；雜散電流防護；監(jiān)測

南京大勝關(guān)長江大橋位于南京長江三橋上游1550m處，同時搭載南京地鐵寧和城際、京滬高鐵、滬漢蓉通道過江。京滬高鐵及滬漢蓉通道已開通運營，寧和城際預計于2015年開通運營。橋上地鐵與國鐵合建段長度為3674m，合建部分分為三段：北引橋、主橋、南引橋。引橋區(qū)段為混泥土預制箱梁，道床為承軌臺式整體道床，主橋區(qū)段為整體鋼桁梁。京滬高鐵、滬漢蓉通道位于三片主桁之間，寧和城際上下行分別位于外側(cè)懸臂上。京滬高鐵及滬漢蓉通道采用AT供電方式，寧和城際采用DC1500kV架空接觸網(wǎng)、鋼軌回流供電方式。

一、現(xiàn)狀分析

地鐵與國鐵同橋面敷設在國內(nèi)尚屬首例，無相關(guān)經(jīng)驗可參考。大橋主橋為整體鋼梁，不利于雜散電流的防護。并且在進行寧和城際設計前，大橋橋體已經(jīng)施工完畢，可采取的雜散電流防護措施有限。然而本區(qū)段雜散電流防護不僅關(guān)系到地鐵部分橋梁結(jié)構(gòu)，也關(guān)系到合建的國鐵部分的橋梁結(jié)構(gòu)和安全。除安全因素外，一旦在本區(qū)段內(nèi)發(fā)生故障，不利于救援及恢復運行，所以本區(qū)段雜散電流防護是整個防護工程中的重點難點。

二、雜散電流防護措施

（一）雜散電流防護措施分析

雜散電流泄露途徑復雜，基本防護原則是“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測”。常規(guī)雜散電流防護措施適用于單一地鐵線路，并不完全適用于大勝關(guān)大橋區(qū)段，但可以從基本原則出發(fā)，參考常規(guī)措施，制定適合本區(qū)段的防護措施。比如“以防為主”，核心思想是從根源上減少雜散電流的產(chǎn)生，常規(guī)措施為減小變電所間距、采用雙邊供電、加強走行軌對地絕緣等。本區(qū)段在采用常規(guī)措施的基礎上，考慮采取進一步加強絕緣的措施，如在主橋段采用絕緣電阻大的合成軌枕，可以進一步減少雜散電流的產(chǎn)生。

圖1

（二）雜散電流防護措施

1 以防為主

“防”的目的是從源頭上控制和減小雜散電流泄漏量。首先，常規(guī)雜散電流堵流措施必不可少，在此基礎上，主橋區(qū)段軌枕采用合成軌枕。該軌枕材料為合成樹脂，絕緣電阻在108Ω數(shù)量級，絕緣性能非常好，基本阻止了牽引回流通過鋼軌向下擴散成雜散電流。其次，在牽引變電所布點方案和牽引網(wǎng)制式確定的情況下，可在大橋兩側(cè)引橋與主橋銜接區(qū)段設置軌道絕緣結(jié)并裝設單向?qū)ㄑb置，限制路基區(qū)段鋼軌電流通過橋梁區(qū)段鋼軌回流，這樣可以減少橋梁區(qū)段雜散電流總量，降低雜散電流泄漏水平。其原理如圖1所示。

2 單向?qū)ㄑb置設置示意圖

在橋頭、橋尾變電所間架設一路貫通的回流電纜，與鋼軌并聯(lián)，使得部分牽引回流能通過回流電纜回變電所，減少雜散電流的泄露。如圖2所示。

3 以排為輔

“排”是指保持暢通的雜散電流排流通路，即設置合理的雜散電流收集網(wǎng)，以便隨時能為雜散電流提供一條回牽引變電所的暢通的低電阻通路。大勝關(guān)大橋主橋采用整體鋼梁，無法設置雜散電流收集網(wǎng)。兩端引橋為混凝土箱梁，已施工完畢，無雜散電流收集網(wǎng)。在此情況下，采取如下排流措施：

（1）將引橋區(qū)段整體道床內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋焊接，組成南北引橋兩個雜散電流收集網(wǎng)，每段整體道床的兩端引出連接端子，用于電氣連接及測量。

（2）主橋鋼結(jié)構(gòu)的兩端通過電纜直接接入鄰近牽引變電所，以提供整個主橋鋼梁雜散電流回變電所的電氣通路。

（3）在橋頭和橋尾的變電所內(nèi)設置雜散電流排流柜，排流柜的一端通過電纜與變電所負極柜相連接，另一端與收集網(wǎng)的排流端子相連接。

經(jīng)計算，南北引橋段道床雜散電流收集網(wǎng)截面選取為3000mm2，可滿足遠期運營高峰小時本供電分區(qū)整體道床鋼筋的平均腐蝕電位校驗結(jié)果值低于0.5V，符合《地鐵雜散電流腐蝕防護技術(shù)規(guī)程》（CJJ49-92）的規(guī)定。

圖2并聯(lián)回流電纜設置示意圖

三、雜散電流監(jiān)測方案

雜散電流防護系統(tǒng)建立之后，可以把雜散電流限制在一定的范圍之內(nèi)。主橋段，于主橋混凝土橋墩處設置監(jiān)測點，焊接測試端子和埋設參比電極。引橋段，利用靠近主橋預埋的道床測試端子設置監(jiān)測點，在測試端子順線路方向1m處埋設參比電極。測量數(shù)據(jù)通過傳感器及測量電纜傳輸至變電所內(nèi)雜散電流監(jiān)測裝置。

結(jié)語

本次研究，針對南京地鐵寧和城際搭載大勝關(guān)長江大橋過江，與京滬高鐵、滬漢蓉通道合建并共橋面運行的線路現(xiàn)狀及施工現(xiàn)狀，充分利用可利用的土建條件，考慮采用合成軌枕、增設回流電纜、增設鋼軌絕緣節(jié)及單向?qū)ㄑb置等特殊防護手段的可行性，對該區(qū)段雜散電流進行加強防護。在防護的基礎上，研究最優(yōu)參考電極設置點，解決雜散電流監(jiān)控問題。

本次研究填補了國內(nèi)相關(guān)領域的空白，可對后續(xù)有類似情況的線路提供參考意義。

[1]于松偉，楊興山，韓連祥，張巍.城市軌道交通供電系統(tǒng)設計原理與應用[M].西南：西南交通大學出版社，2008.

[2] CJJ49-92，地鐵雜散電流腐蝕防護技術(shù)規(guī)程[S].

[3] GB50157-2013，地鐵設計規(guī)范[S].

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