陳 屹

0 引言

目前國內(nèi)各城市軌道交通供電系統(tǒng)的牽引網(wǎng)采用的是以接觸網(wǎng)為正極、鋼軌為負(fù)極的供電模式，其中接觸軌為第三軌供電方式。

在以走行軌為回流網(wǎng)的供電方式下，牽引回流將通過鋼軌進(jìn)入道床形成雜散電流。雜散電流對(duì)鋼軌、整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋、隧道結(jié)構(gòu)鋼筋、橋梁鋼筋以及地鐵沿線的金屬設(shè)備都將產(chǎn)生腐蝕，進(jìn)而影響地鐵各建筑結(jié)構(gòu)和金屬設(shè)備的使用壽命。

為抑制雜散電流腐蝕的影響，傳統(tǒng)的處理方法通常采用堵、排、測3種主要手段。其中“堵”是要增加鋼軌對(duì)地絕緣，使鋼軌回流系統(tǒng)形成懸浮系統(tǒng)。“排”是通過設(shè)置雜散電流收集網(wǎng)來減少雜散電流對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕，但不能從根本上解決雜散電流的腐蝕影響，隨著運(yùn)營年代的增加，雜散電流將越來越大?！皽y”則是通過對(duì)收集網(wǎng)電流的測量來決定排流柜的投入。

1 傳統(tǒng)雜散電流防護(hù)存在的缺陷

由于傳統(tǒng)的直流供電模式?jīng)Q定了雜散電流產(chǎn)生的必然性，雖然采取了各種措施，但隨著運(yùn)行年代的增加，各種絕緣材料的絕緣性能逐漸下降，鋼軌泄漏電阻越來越小，雜散電流會(huì)越來越大。通過對(duì)各城市地鐵運(yùn)營的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前普遍存在以下幾方面問題：

（1）鋼軌電位高。目前國內(nèi)已經(jīng)運(yùn)行的地鐵均發(fā)現(xiàn)鋼軌的實(shí)際電位比設(shè)計(jì)值高很多，導(dǎo)致鋼軌電位限制裝置頻繁動(dòng)作。理論和實(shí)際相差較大，至今找不到原因。

（2）排流柜增加了雜散電流總量。當(dāng)采用排流法時(shí)鋼軌系統(tǒng)稱之為接地系統(tǒng)，在有電流從鋼筋沿排流電纜（經(jīng)二極管）流至負(fù)母排時(shí)，原來負(fù)母排的負(fù)電位變?yōu)榻咏汶娢唬瑥亩蜾撥壙v向電壓的鉗制作用使得 2座牽引所間鋼軌的最高對(duì)地電位增加了一倍，2座牽引所間幾乎全部成為陽極區(qū)，雜散電流總量增加了近4倍，造成除牽引所附近鋼筋腐蝕減少外，區(qū)間鋼筋的腐蝕量上升。

（3）綜合管線絕緣安裝的工程難度。為避免雜散電流腐蝕，地鐵沿線各種類型的綜合管線宜盡量采用絕緣安裝，但絕緣安裝不但增加了工程投資，而且如電纜支架的接地扁鋼全線貫通，因功能上的需求，很難做到全部絕緣安裝，特別是這幾年地鐵工程的建設(shè)與城市建設(shè)的結(jié)合越來越緊密，有些車站的建筑需進(jìn)行綜合商業(yè)開發(fā)，建筑體量很大，其中鋼筋密布，難以做到車站結(jié)構(gòu)鋼筋與其他結(jié)構(gòu)鋼筋絕緣，因此如今大型地鐵車站其結(jié)構(gòu)的雜散電流防護(hù)措施成為目前難以解決的問題。

2 四軌系統(tǒng)的特點(diǎn)

典型四軌系統(tǒng)是在三軌系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要由牽引軌、回流軌、支持裝置、防護(hù)罩、膨脹接頭、端部彎頭、中心錨結(jié)和普通接頭等組成。牽引軌和回流軌采用相同類型的鋼鋁復(fù)合軌，牽引軌負(fù)責(zé)向機(jī)車不間斷地提供電能，回流軌與變電所負(fù)極柜相連，形成一個(gè)完整的向機(jī)車供電的回路。

地鐵直流牽引四軌供電系統(tǒng)由于回流軌徹底與道床等其他設(shè)施絕緣，不存在雜散電流，也就不必考慮防雜散電流的措施和設(shè)施。

與傳統(tǒng)直流供電模式相比，四軌供電方式具有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：

（1）對(duì)軌道的縱向電阻、接頭焊接、鋼軌安裝不再有要求。

（2）對(duì)道床結(jié)構(gòu)、隧道結(jié)構(gòu)以及高架結(jié)構(gòu)不再有雜散電流防護(hù)要求，結(jié)構(gòu)施工變得更加容易。

（3）取消了車站鋼軌電位限制裝置，雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，盾構(gòu)區(qū)間連接電纜，屏蔽門絕緣帶。

（4）取消了排流柜，同時(shí)也減少了連接電纜和設(shè)備用房，取消了鋼軌絕緣結(jié)，消除了機(jī)車過絕緣結(jié)產(chǎn)生火花現(xiàn)象。

（5）金屬結(jié)構(gòu)不會(huì)被腐蝕，避免了對(duì)走行鋼軌的焊接損傷。

3 采用四軌供電技術(shù)需考慮的問題

目前國外有加拿大、美國、馬來西亞等國家采用了四軌供電技術(shù)，而國內(nèi)除重慶地鐵的跨座式地鐵為類似四軌供電方式外尚無應(yīng)用的先例，為此四軌供電方式需考慮以下幾方面問題：

（1）受流方式。典型四軌系統(tǒng)通常采用側(cè)面受流方式（如圖1）。而單軌跨座式線路方式，由于無法滿足現(xiàn)有普遍采用的Φ5500 mm盾構(gòu)斷面的建筑限界要求，因此不是最佳的方案。結(jié)合國外類似工程和國內(nèi)三軌工程的建設(shè)和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，其接觸方式宜采用側(cè)部受流或下部受流方式。

圖1 四軌系統(tǒng)側(cè)面受流方式例圖

（2）對(duì)車輛的影響。無論是三軌受流還是四軌受流，適用于接觸軌的集電靴均安裝于車輛的轉(zhuǎn)向架上，目前國內(nèi)尚無采用側(cè)部受流的車輛。因此采用四軌供電方式后，傳統(tǒng)三軌車輛的受流器部分變化較大，從集電靴安裝空間上看，側(cè)部受流比下部受流方式更容易實(shí)現(xiàn)。

（3）安全問題。采用四軌供電后，接觸軌的安裝高度會(huì)大于三軌的高度，從某種意義上講，特別是對(duì)于側(cè)部受流方式，其對(duì)人身的安全性相對(duì)降低。但目前國內(nèi)運(yùn)營的三軌線路，其安全規(guī)章制度是健全的，有著嚴(yán)格的操作程序。同時(shí)，目前地鐵建設(shè)都考慮設(shè)有屏蔽門或安全門，區(qū)間也設(shè)有緊急疏散通道，旅客幾乎不可能誤入帶電線路。因此采用四軌供電方式僅需要在場段中加強(qiáng)管理即可。

（4）對(duì)惡劣天氣的適應(yīng)性。國內(nèi)采用三軌技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，對(duì)惡劣天氣具有較好的適應(yīng)性，特別是接觸軌均設(shè)有防護(hù)罩，在遇結(jié)冰等天氣時(shí)，下部接觸和側(cè)部接觸方式的線路可照常運(yùn)行。

（5）國產(chǎn)化問題。由于四軌是三軌技術(shù)的延伸，國內(nèi)用于三軌的接觸軌、防護(hù)系統(tǒng)、支撐結(jié)構(gòu)均有充足的技術(shù)儲(chǔ)備，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化應(yīng)不存在困難。

4 投資分析

根據(jù)國內(nèi)地鐵工程的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，一般正線上用于雜散電流防護(hù)的費(fèi)用為30萬元/軌道公里，而采用四軌供電方式，需要在現(xiàn)有的三軌基礎(chǔ)上加大絕緣支架，增加回流軌，估計(jì)增加費(fèi)用為 150萬元/軌道公里，綜合增加投資為120萬元/軌道公里。

5 結(jié)束語

目前世界上城市軌道交通采用四軌供電方式的線路均為DC 750 V供電，而隨著近幾年三軌技術(shù)地不斷發(fā)展，采用側(cè)或下接觸方式的四軌供電模式已經(jīng)具備了技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，而且可以采用DC 1500 V的供電方式。一旦采用四軌供電模式，雖然工程一次投資略有增加，但帶來的結(jié)構(gòu)壽命延長、消除很多設(shè)備和工程隱患等好處是現(xiàn)有技術(shù)所達(dá)不到的效果。

[1]Kie?ling, Puschmann, Schmieder.電氣化鐵道接觸網(wǎng)[M].中鐵電氣化局集團(tuán)譯.北京：中國電力出版社，2004.