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　　淺析城市軌道交通回流電纜與鋼軌的連接方式

　　摘要：城市軌道交通供電系統(tǒng)中，為了降低鋼軌電位，減少雜散電流腐蝕以及旅客觸電事故的發(fā)生，應(yīng)選擇合適的回流電纜與鋼軌連接方式，降低接觸電阻。

　　本文基于國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)工程中常用的回流電纜與鋼軌連接方式進(jìn)行分析比較，對(duì)回流連接方案進(jìn)行了選擇，并提出了避免焊接時(shí)對(duì)鋼軌造成損傷的措施。

　　關(guān)鍵詞：城市軌道交通；回流電纜；鋼軌連接

　　1電纜與鋼軌連接的相關(guān)要求一般情況下，軌道交通的鋼軌作為回流軌使用，為了降低鋼軌電位，減少雜散電流腐蝕以及旅客觸電事故的發(fā)生，要求鋼軌回路的電阻應(yīng)盡量小。在CJJ49-92《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中，對(duì)回流通路電氣連接的要求如下：“地鐵線路中的道岔與轍岔的連接部位應(yīng)設(shè)置銅引連接線，其截面面積不應(yīng)小于120mm2，銅引線與鋼軌之間應(yīng)焊接，接頭電阻不應(yīng)超過(guò)1m長(zhǎng)完整軌道的電阻值?！彼?，電纜與鋼軌的連接方式應(yīng)保證接頭處的接觸電阻處于規(guī)范要求的范圍內(nèi)，從而降低鋼軌電位。

　　2國(guó)內(nèi)軌道交通電纜與鋼軌連接方式概述

　　2.1快速銅熱焊接快速銅熱焊接是鋁熱焊接的一種，此種連接方式在廣州地鐵、北京地鐵有應(yīng)用實(shí)例。

　　快速銅熱焊接單根電纜分股焊接是將單根的軟電纜分成三股，每股電纜都進(jìn)行編扎，編扎后的末端使用終端頭固定，再將終端頭焊接至鋼軌腰部。由于快速銅熱焊接在工藝方面的要求較高，往往會(huì)造成焊接接頭鋼軌側(cè)熱影響區(qū)出現(xiàn)馬氏體組織，導(dǎo)致鋼軌變脆變硬，而現(xiàn)場(chǎng)改進(jìn)焊接工藝較復(fù)雜，目前廣州地鐵已計(jì)劃對(duì)此連接方式進(jìn)行改造。故基本不推薦采用。

　　2.2放熱焊接

　　放熱焊接是從國(guó)外引進(jìn)直接應(yīng)用的焊接方法，其原理是通過(guò)鋁與氧化銅的化學(xué)反應(yīng)（放熱反應(yīng)）產(chǎn)生液態(tài)高溫銅液和氧化鋁的殘?jiān)?，并利用放熱反?yīng)所產(chǎn)生的高溫來(lái)實(shí)現(xiàn)高性能電氣熔接的現(xiàn)代焊接工藝。武漢輕軌、北京地鐵四號(hào)線、十五號(hào)線、大興線、十三號(hào)線、上海地鐵、南京地鐵等均采用該焊接方法。

　　根據(jù)目前國(guó)內(nèi)地鐵的做法，放熱焊接分為兩種形式，一種為電纜銅芯與鋼軌直接焊接；另一種利用銅排與鋼軌的焊接，銅排再接電纜。單根電纜焊接技術(shù)在城市軌道交通中應(yīng)用較為廣泛，歐美以及香港等地的軌道交通中多采用此種方式。

　　此種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是在鋼軌上的焊接面積較小，現(xiàn)場(chǎng)施工精度要求較低，對(duì)鋼軌的影響較小,現(xiàn)場(chǎng)可控性高，電纜與鋼軌的連接牢固可靠。且過(guò)渡電阻小，且結(jié)合面無(wú)腐蝕。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)后，過(guò)渡電阻變化很小。上海地鐵和南京地鐵運(yùn)營(yíng)期間皆反映效果良好。

　　單根電纜直接焊接方式銅排焊接目前在北京已建的工程中應(yīng)用較多。此種連接方式占用鋼軌長(zhǎng)度最小，在鋼軌上的單點(diǎn)焊接面積最大，銅排與鋼軌連接后要承受頻繁的動(dòng)載荷，容易在集中應(yīng)力處損壞，如果斷裂，載流面積大幅度降低，影響回流回路通暢。具體的連接方式主要是現(xiàn)將銅排按照放熱焊工藝焊接至鋼軌腰部，再將電纜連接至銅排上?，F(xiàn)場(chǎng)焊接照片詳見(jiàn)圖

　　3：利用銅排與鋼軌焊接方式此種連接方式目前在北京地鐵工程中使用較為廣泛，此種連接方式缺點(diǎn)是在鋼軌上的單點(diǎn)焊接面積較大，且在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)受天氣、施工單位工藝水平的影響，可控性稍差，優(yōu)點(diǎn)是在鋼軌上焊接點(diǎn)少，焊接一塊銅排可連接多根電纜。栓接栓接方式分為：?jiǎn)胃娎|栓接、銅排栓接。一種為在鋼軌中軸打孔安裝脹釘；栓接方式需要在鋼軌上打孔，對(duì)鉆孔直徑和打孔間距都有嚴(yán)格的要求。根據(jù)調(diào)查的試驗(yàn)結(jié)果表明，栓接方式近期可以滿足過(guò)渡電阻不大于1米長(zhǎng)（標(biāo)準(zhǔn)60kg鋼軌）鋼軌電阻值的要求，單根電纜栓接往往用在電流較小的地段中。在軌道交通中，在長(zhǎng)時(shí)間的鋼軌運(yùn)行中受震動(dòng)影響較大，需要經(jīng)常檢修，測(cè)量連接電阻，如檢修不及時(shí)容易造成連接松動(dòng)、銹蝕等問(wèn)題引起接觸電阻增大，接觸面溫度升高，進(jìn)而再次導(dǎo)致電阻升高的后果，影響回路回流效果，同時(shí)也容易引起軌電位升高。

　　具體連接方式為在軌腰中部打19mm或22mm的孔，用液壓拉鉚機(jī)使銅套膨脹后緊帖在軌腰的孔內(nèi)，然后用螺栓將電纜連接在銅套上。

　　單根電纜栓接方式另一種連接方式為定制加工特殊鋼軌?mèng)~尾板，魚(yú)尾板與鋼軌栓接，魚(yú)尾板再接電纜。北京地鐵昌平線有采用。鋼軌?mèng)~尾板栓接方式,連接方式比選連接方式比較?；亓鬟B接方案建議目前國(guó)內(nèi)外城市軌道工程中，特別是大電流的供電系統(tǒng)中，普遍采用的連接方式為單根軟電纜直接焊接至鋼軌腰部的連接方式，如香港地鐵、上海地鐵等軌道交通，經(jīng)過(guò)已開(kāi)通工程的檢驗(yàn)，此種連接方式安全可靠。此方式的特點(diǎn)是焊接時(shí)在鋼軌上的焊接面積較小，現(xiàn)場(chǎng)施工精度要求較低，對(duì)鋼軌的影響較小，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施質(zhì)量較容易控制，實(shí)施后電纜與鋼軌連接牢靠，有利于鋼軌回流通暢，從而抑制鋼軌電位升高，保證地鐵正常、安全運(yùn)行。建議優(yōu)先選擇放熱焊接方式，以滿足系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的要求。

　　4避免焊接時(shí)對(duì)鋼軌造成損傷的措施

　　（1）選擇高品質(zhì)的進(jìn)口放熱焊接材料，以有效控制放熱焊接溫度。

　?。?）焊接作業(yè)前應(yīng)對(duì)鋼軌焊接部位進(jìn)行探傷檢測(cè)，排除鋼軌自身的材質(zhì)缺陷。

　?。?）正式施工之前，委托權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)焊接后的鋼軌進(jìn)行金相組織分析，以檢查是否其符合鋼軌焊接標(biāo)準(zhǔn)要求。（南京地鐵做過(guò)類似實(shí)驗(yàn)）

　?。?）焊接作業(yè)人員應(yīng)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)合格后才能上崗，嚴(yán)格執(zhí)行焊接操作規(guī)范。

　?。?）焊接時(shí)對(duì)鋼軌的加溫預(yù)熱必須滿足焊接工藝參數(shù)要求，放熱反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)焊接位置的鋼軌進(jìn)行緩冷加熱處理。

　?。?）焊接完成后，對(duì)鋼軌進(jìn)行保溫處理。