>成都軌道交通18號線綜合接地方案的優化

邵 君

(中鐵二院工程集團有限責任公司， 610031， 成都∥高級工程師)

城市軌道交通機電設備種類繁多、數量龐大，其綜合接地系統是保證設備安全、確保運維人員安全的重要措施。城市軌道交通線路通常采用直流牽引供電制式，但是隨著城市范圍的延伸，滿足市域范圍內客運交通需求的市域軌道交通線長度較長，對列車最高運行速度的要求也隨之增加。為此，部分市域軌道交通項目改用供電能力較強的交流牽引供電制式。

目前，采用交流牽引供電制式的城市軌道交通項目中，除牽引供電系統外，其余系統(包括通信、信號、隧道、橋梁、軌道等)的設計方案與直流制式下的設計方案基本一致。這導致了這些系統的接地無法沿用交流牽引制式的鐵路方案，也無法采用傳統直流牽引制式的城市軌道交通方案。因此，很有必要對交流牽引供電下的市域軌道交通線的綜合接地系統進行研究。本文以成都軌道交通18號線(以下簡稱“18號線”)為例，對該線綜合接地系統的設計及其優化措施進行分析，以期為交流牽引供電下市域軌道交通線路的綜合接地方案優化提供參考。

1 交流牽引供電下鐵路線的接地方案

關于交流牽引供電的綜合接地，鐵路上有一套完整的規程和規范，其實施均參考原鐵道部經濟規劃研究院發布的標準圖冊——《鐵路綜合接地系統》(圖號為通號(2009)9301)。在城市軌道交通項目中，采用直流供電制式的綜合接地方案有很多已開通運營的工程案例，但采用交流牽引供電制式的城市軌道交通項目中可供參考的工程實施案例較少。目前，交流供電制式下鐵路接地系統的實施主要有以下兩種方案：

方案一：以速度等級小于160 km/h、敷設信號專用貫通地線的鐵路工程為代表[1]，敷設對地電阻小于或等于1 Ω的貫通地線，使之成為接地平臺，以實現線路沿線信號等弱電系統設備的等電位連接。該接地系統與強電系統的接地系統需保持一定的安全距離。

方案二：以速度等級為200 km/h及以上的高速鐵路工程為代表，設置貫通地線[2]，強電和弱電系統均通過貫通地線構建等電位平臺，形成綜合接地系統。工程實施時，將鐵路線路兩側附近20 m范圍內的其他設施及距離接觸網帶電體5 m范圍內需接地的設備和接地裝置根據需要就近接入綜合接地平臺[2-4]。在等電位接入綜合接地系統時，強電設備接地系統和弱電設備接地系統間需保持一定的安全距離。

2 18號線接地系統原設計方案

2.1 城市軌道交通和鐵路的工程特點對比分析

18號線工程采用地鐵制式8節編組市域A型車，采用AC 25 kV架空懸掛接觸網供電，其他系統(通信、信號、橋梁、隧道、軌道等)的設計方案與直流供電模式下常規城市軌道交通線路的設計方案基本一致。為設計出適合本工程特點的接地系統方案，設計者對城市軌道交通和鐵路的工程特點進行了對比分析，兩者主要有以下幾個方面的區別：

1) 土建施工方法不同：鐵路工程地面段及高架段較多,由于鋼軌與大地沒有絕緣,鋼軌、大地一起接受列車的牽引回流，其牽引回流的主要路徑為大地回流、鋼軌回流及回流線；城市軌道交通工程有較多的隧道區間，其施工方法大多采用盾構法，這導致經過隧道區段大地的回流較少[4-5]，城市軌道交通工程牽引回流的主要路徑為鋼軌、回流線和貫通地線。

2) 區間電纜的敷設方式不同：鐵路工程一般采用電纜槽，電纜支架的使用較少；城市軌道交通工程中有大量的電纜支架，且在對線路進行檢查、維修時常常會與之相接觸。

3) 信號的傳輸方式不同：鐵路工程一般采用軌道電路來傳輸列車運行控制信息；城市軌道交通不采用軌道電路進行信號傳輸。

4) 貫通地線的敷設方式不同：鐵路工程一般采用預埋/敷設電纜槽的方式；城市軌道交通工程隧道內一般不設置電纜槽。

5) 行車密度不同:城市軌道交通線路的行車密度較高，通常為30對/h；與之相比，鐵路的行車密度較低。

2.2 交流牽引供電下城市軌道交通線路的綜合接地系統

綜上所述，18號線工程不推薦參照既有鐵路接地系統方案。在綜合考慮接地電阻、等電位連接、鋼軌電位、接觸電壓和跨步電壓、系統安全、電流腐蝕等基本要素后，本文提出一種應用于交流牽引供電制式的城市軌道交通綜合接地系統[6]。該綜合接地系統將牽引供電、動力照明、信號、通信、信息等系統設備，以及建筑物、道床、站臺、橋梁、隧道、聲屏障等需接地的裝置通過共用地線連成一體，以上/下行鋼軌作為主接地載體，以沿線架設的上/下行牽引網回流線為輔助接地載體，形成等電位綜合接地平臺。

如圖1所示，交流牽引供電系統回流通路由上/下行鋼軌、接觸網回流線及大地構成[7-9]。上/下行鋼軌導體相隔500～600 m，實現完全橫向連接。該回流通路與沿線車站綜合接地網、區間風井接地網、聯絡橫通道接地網、牽引變電所接地網、隧道及橋梁等接地裝置單點可靠連接，可降低接地電阻。弱電系統在區間電纜支架上設置接地連接體，連接體每隔500～600 m斷開一次，每段接地連接體與鋼軌連接一次。該等電位綜合接地平臺可避免各系統因與強電工作地相聯而成為強電系統的回流通路，有效解決交流牽引供電下城市軌道交通項目的接地問題，充分保障人身安全、設備安全及運營安全。

注：箭頭為牽引回流的方向。

本文結合18號線的實際線路情況，對采用不同施工方法的施工區段構建了不同的接地系統，具體包括盾構隧道區段及車站接地系統、礦山法隧道接地系統、聯絡橫通道接地系統、區間風井接地系統、高架橋區段接地系統及路基區段接地系統等。將這些接地系統與鋼軌相連，即可形成18號線工程的綜合接地系統。

1) 盾構隧道區間和上下行聯絡橫通道處：設置水平接地體和垂直接地體，構建隧道復合接地系統；該復合接地系統與上行鋼軌、下行鋼軌分別單點連接，構成等電位連接體。

2) 礦山法區段：土建隧道施工時參考《鐵路綜合接地系統》，每隔200 m預留1個接地端子；該接地端子在土建施工時實施；弱電區間接地體接入該接地端子，以保證接地電阻滿足要求。

3) 高架區段：在橋墩下設置橋下接地網，橋墩上部左右兩側分別設置接地端子；接地端子通過接地引下線與橋下接地網連接；每隔一定距離將上行和下行鋼軌單點連接，并與橋墩上部預留的強電接地端子連接，以構成等電位連接體。

4) 路基區段：每隔一定距離將上行和下行鋼軌、上行和下行牽引網回流線單點連接，以構成等電位連接體。

在上述全部區段內，強電環網區間電纜支架上的接地扁鋼、弱電區間電纜支架上的接地扁鋼每隔一定距離斷開一次。每段接地扁鋼在其中間位置與上行和下行鋼軌單點可靠連接一次。相鄰軌道板鋼筋連接在一起，每隔一定距離斷開一次，每段連續的軌道板鋼筋在其中間位置與上行和下行鋼軌單點可靠連接一次，以構成等電位連接體。參照相關試驗資料及工程上普遍認同的觀點，當2個接地體的間距大于20 m時，二者的互阻為0[10]，因此，強電區間接地扁鋼、弱電區間接地扁鋼在鋼軌單點連接點的距離均應大于20 m。

3 18號線弱電接地系統優化措施

18號線在施工階段按上述方案進行施工，但在調試階段出現了部分區間計軸受擾的情況。計軸受擾主要出現在列車過分相區及接觸網停送電過程中。為此，本文對該問題進行詳細的測試及分析，并提出弱電系統的優化措施。

3.1 過分相區的接地優化

列車過分相區時需切斷受電弓主斷路器，利用列車慣性滑行通過無電區域，在進入下一個供電分區后列車閉合受電弓主斷路器。此過程中，列車先停電后受電，牽引回流突變產生較大的電磁場，干擾了計軸磁頭，進而影響了計軸磁頭的正常工作。

經測試及分析，采集得到列車過分相區時受擾磁頭的波形，其峰值為8.415 V，超出了計軸磁頭設備電磁兼容的最大容許值，因此需要進一步優化計軸設備。為增加設備的抗沖擊能力，改善設備的電磁兼容性能，將計軸設備的縱向起動電壓調整到350 V。采用新設備后，計軸系統不再出現受擾占用的情況，但從波形采集分析結果看，計軸磁頭仍存在脈沖干擾的情況。進一步分析后得知，受到脈沖干擾的計軸磁頭，其位置主要在分相區附近。為此，在分相區增加吸上線，以減少牽引回流的干擾。經檢測，上述措施可有效解決列車過分相區時計軸區段因計軸磁頭受擾而輸出線路區段被異常占用的問題。

3.2 正線的接地優化

在接觸網停送電過程中，18號線部分正線聯鎖區邊界相關計軸傳輸通道受擾，導致這些區段輸出線路區段被異常占用的信息。根據計軸受擾波形分析可能存在的影響因素，從計軸傳輸通道上看，干擾信號傳輸的路徑主要有計軸電纜、強弱電區間接地扁鋼、鋼軌及回流線等。本文對可能的干擾路徑進行了調查分析，并對部分干擾路徑作了測試排查。在接觸網停送電過程中采集得到計軸磁頭受擾波形，該波形類似1個正弦波。同時對計軸通道芯線的對地電壓進行了監測，其最大電壓值為174 V。

為了進一步分析計軸受擾的情況，對受擾線路區段內的1個車站進行接地電阻測試。采用接地電阻測試儀測試接地點的接地電阻(采用三極法測試)，得到的測試結果如表1所示。

如表1所示，計軸電纜接續盒處與弱電區間接地扁鋼斷開時，測得的接地電阻為243.00 Ω。

此外，在軌旁弱電扁鋼與鋼軌連接線斷開的情況下，在車站接觸網停送電過程中使用監測記錄儀采集弱電區間接地扁鋼與鋼軌之間的電位差，得到的測試結果為0.9 V。在計軸電纜接續盒接地端與弱電區間接地扁鋼斷開的情況下，在車站接觸網停送電過程中使用監測記錄儀采集計軸電纜屏蔽層與弱電區間接地扁鋼之間的電位差，得到的測試結果為26.9 V，該電位差較大，因此，計軸電纜屏蔽層應與弱電區間接地扁鋼連接。而弱電區間接地扁鋼與鋼軌斷開后，弱電區間接地扁鋼與鋼軌的電位差可忽略不計，仍可認為兩者是等電位連接。

表1 計軸受擾車站的接地電阻測試結果

在工程實施時，具體的做法是：將弱電區間接地扁鋼與鋼軌的連接斷開，將斷開的弱電區間接地扁鋼連接起來。同時，將弱電區間接地扁鋼與車站接地系統、區間風井接地系統、礦山法隧道接地系統、聯絡橫通道接地系統、高架橋區段接地系統及路基區段接地系統連接起來。

4 結語

在18號線工程的調試過程中，從改善設備性能和優化接地方案兩個方面對原有的設計方案及設備進行了調整，從目前運營情況看，調整后取得了較好的效果，后續將繼續跟蹤18號線工程沿線設備的運營情況。建議在進行交流牽引供電下市域軌道交通線路設計時，首先應在設備選型上滿足電磁兼容的相關要求，其次計軸點應盡量不要設在分相區內，同時應盡量減少牽引回流對軌旁設備的干擾和影響。