地鐵防雜散電流的鋼軌絕緣涂層研究

何廣飛 羅旭光 盧玉龍

摘 要：地鐵工程在設計和施工方面需對雜散電流采取有效的限制措施，降低其不利影響。雜散電流常規解決方案為通過連接道床鋼筋和雜散電流端子收集雜散電流到變電所。近年來出現更佳的雜散電流解決方案，具體為采用新型納米瓷絕緣涂層對鋼軌全包覆，該方法在廈門地鐵 3 號線雙十中學站—五緣灣站區間進行實地試驗，試驗結果表明：常規措施下鋼軌對排流網的過渡電阻為 15.3Ω · km，而涂層處理地段鋼軌對排流網過渡電阻達到 25.6Ω · km，表明納米瓷涂層絕緣效果顯著。

關鍵詞：地鐵;雜散電流;鋼軌涂層;絕緣性

中圖分類號：U228.2

目前，地鐵的供電系統通常采用直流牽引供電，地鐵列車運行所需電流來自牽引變電所，變電所通過接觸網為列車供電，列車車輪與鋼軌接觸，牽引電流經由鋼軌回流至變電所。但在地鐵實際運行中，如果鋼軌與大地之間的絕緣不滿足要求、雜散電流漏泄電流密度超過規范允許值，則漏泄電流會從鋼軌流入大地，對附近的電氣設備、設施造成不同程度的影響，還會對鋼筋混凝土結構和附近的金屬管線造成危害。對于地鐵附近重要管道等較為密集或距離近、饋電距離過長的地段，需要增強軌道對地絕緣電阻，以此更大限度減少雜散電流漏泄，不斷探索更佳的絕緣措施。

地鐵雜散電流防護一般采取2種防護方式：①被動防護，即在地鐵附近的金屬管道、鋼筋混凝土結構上采取防腐處理;②主動防護，即在地鐵工程的軌道絕緣、雜散電流收集等方面采取措施。本文研究的就是主動防護措施之一，鋼軌絕緣涂層，擬在工程現場進行鋼軌絕緣涂層試驗分析，研究軌道絕緣效果。

對廈門地鐵3號線雙十中學站—五緣灣站區間右線300 m長軌道進行涂層絕緣處理，通過對比測量普通地段和涂層處理地段鋼軌對排流網的過渡電阻，評估納米瓷絕緣涂層的實際應用效果。

1 納米瓷涂層及其性能

納米瓷涂層是納米級顆粒對微米級顆粒及鐵基表面包覆、滲透，緊密堆積，與基材結合更加緊密（圖1），能有效提高涂層的附著力與耐磨性。另外，碳納米管纖維的穿插交錯，可有效分散涂層內各類應力，進一步提高涂層的綜合性能。

表1測試結果表明，納米瓷涂層的各項性能良好，滿足軌道的應用條件，可達到高效絕緣、良好防腐、長期阻斷雜散電流的作用。

納米瓷涂層材料可實現在鋼軌全長范圍內無間斷包裹，產生質的改進，獲得良好的雜散電流防治效果。

2 納米瓷涂層施工

利用絕緣、防腐及耐磨性能優異的納米瓷涂層材料，涂敷鋼軌的側面與底面，實現鋼軌全長范圍內無縫包裹。具體鋼軌涂覆位置見圖2，圖中標藍色部位是涂覆的位置。

（1）對鋼軌所有需要涂刷區域進行表面清理。首先采用除銹設備對鋼軌所有需要涂敷表面進行清理，達到表面清潔度St3級的要求。除銹完成后，在涂覆之前用稀釋劑對鋼軌表面進行擦拭，除去表面的灰塵等。

（2）涂料的配置。涂料甲、乙兩組分按照一定的比例配置，攪拌均勻后，即可涂裝。涂裝工作應在氣溫5～40 ℃、相對濕度85%的環境下進行，基體表面溫度應高于露點3 ℃。可采用刷涂、輥涂、有氣和高壓無氣噴涂。

（3）鋼軌3遍涂布施工。采用刷輥涂、噴涂等，單道涂覆干膜厚度為50～60μm，3遍涂覆后涂層厚度不低于120μm。在完成3遍涂覆并干燥后對漆膜厚度進行檢測，不滿足要求的進行補涂，整體補涂工序不應超過2遍，避免涂層過厚導致附著性能下降。

（4）吊裝及焊接后的補涂。在鋼軌吊裝及焊軌完成后，需對焊接部位進行表面除油、除銹處理，達到表面要求后進行涂覆，同時對鋼軌吊裝過程中產生的局部破壞部位進行補涂。

（5）鋼軌涂覆涂層整體厚度的檢測及驗收。

具體的涂層施工流程見圖3。

3 絕緣涂層測試

3.1 評價測試方法

對納米瓷涂層的地段與普通路段鋼軌過渡電阻進行對比測試，評估納米瓷涂層的實際應用效果。鋼軌對排流網過渡電阻遵循GB/T 28026.2-2018《軌道交通地面裝置電氣安全、接地和回流 第2部分：直流牽引供電系統雜散電流的防護措施》，隧道內鋼軌對排流網的過渡電阻測量原理如圖4所示。

3.2 測試結果與分析

對普通地段鋼軌對排流網過渡電阻進行檢測，計算得出鋼軌對排流網過渡電阻為15.3 Ω · km。而對納米瓷涂層處理地段鋼軌對排流網過渡電阻進行檢測，計算得出鋼軌對排流網過渡電阻達到25.6 Ω · km。

根據CJJ/T 49-2020《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規程》要求，新建地鐵線路鋼軌對排流網的過渡電阻不應小于15 Ω · km，運行線路不應小于3 Ω · km，而納米瓷涂層處理地段的鋼軌過渡電阻值比標準要求增加了10.6Ω · km，表明納米瓷涂層對鋼軌的絕緣效果好，可有效解決地鐵運營過程中的雜散電流問題。

4 結論

（1）納米瓷涂料采用了先進的納米技術，其綜合性能與普通高性能涂料相比有本質性提高，無論其電氣性能、機械性能、耐老化性能，均表現優異，可作為解決軌道雜散電流的絕緣涂料。

（2）納米瓷涂料施工安全性高，涂覆工藝簡單，施工過程易控制，可滿足地鐵鋼軌涂覆質量的要求。

（3）通過對納米瓷涂層的地段及普通地段進行對比測試，納米瓷涂層處理地段的鋼軌過渡電阻值比普通地段增加了10.3 Ω · km，表明納米瓷涂層地段絕緣值冗余度更高，在限制雜散電流方面更可靠，適宜后續推廣。

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收稿日期 2020-09-08

責任編輯 冒一平