浅析城市轨道交通回流电缆与钢轨的连接方式

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摘要：城市轨道交通供电系统中，为了降低钢轨电位，减少杂散电流腐蚀以及旅客触电事故的发生，应选择合适的回流电缆与钢轨连接方式，降低接触电阻。本文基于国内应用现状，对工程中常用的回流电缆与钢轨连接方式进行分析比较，对回流连接方案进行了选择，并提出了避免焊接时对钢轨造成损伤的措施。

关键词：城市轨道交通；回流电缆；钢轨连接

中图分类号：C913.32 文章标识码：A文章编号：

1 电缆与钢轨连接的相关要求

一般情况下，轨道交通的钢轨作为回流轨使用，为了降低钢轨电位，减少杂散电流腐蚀以及旅客触电事故的发生，要求钢轨回路的电阻应尽量小。在CJJ49-92《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》中，对回流通路电气连接的要求如下：“地铁线路中的道岔与辙岔的连接部位应设置铜引连接线，其截面面积不应小于120mm2，铜引线与钢轨之间应焊接，接头电阻不应超过1m长完整轨道的电阻值。”

所以，电缆与钢轨的连接方式应保证接头处的接触电阻处于规范要求的范围内，从而降低钢轨电位。

2 国内轨道交通电缆与钢轨连接方式概述

2.1快速铜热焊接

快速铜热焊接是铝热焊接的一种，此种连接方式在广州地铁、北京地铁有应用实例。

图1 快速铜热焊接

单根电缆分股焊接是将单根的软电缆分成三股，每股电缆都进行编扎，编扎后的末端使用终端头固定，再将终端头焊接至钢轨腰部。由于快速铜热焊接在工艺方面的要求较高，往往会造成焊接接头钢轨侧热影响区出现马氏体组织，导致钢轨变脆变硬，而现场改进焊接工艺较复杂，目前广州地铁已计划对此连接方式进行改造。故基本不推荐采用。

2.2放热焊接

放热焊接是从国外引进直接应用的焊接方法，其原理是通过铝与氧化铜的化学反应（放热反应）产生液态高温铜液和氧化铝的残渣，并利用放热反应所产生的高温来实现高性能电气熔接的现代焊接工艺。武汉轻轨、北京地铁四号线、十五号线、大兴线、十三号线、上海地铁、南京地铁等均采用该焊接方法。

根据目前国内地铁的做法，放热焊接分为两种形式，一种为电缆铜芯与钢轨直接焊接；另一种利用铜排与钢轨的焊接，铜排再接电缆。

单根电缆焊接技术在城市轨道交通中应用较为广泛，欧美以及香港等地的轨道交通中多采用此种方式。此种连接方式的优点是在钢轨上的焊接面积较小，现场施工精度要求较低，对钢轨的影响较小，现场可控性高，电缆与钢轨的连接牢固可靠。且过渡电阻小，且结合面无腐蚀。经过长期的运营后，过渡电阻变化很小。上海地铁和南京地铁运营期间皆反映效果良好。

图2 单根电缆直接焊接方式

铜排焊接目前在北京已建的工程中应用较多。此种连接方式占用钢轨长度最小，在钢轨上的单点焊接面积最大，铜排与钢轨连接后要承受频繁的动载荷，容易在集中应力处损坏，如果断裂，载流面积大幅度降低，影响回流回路通畅。具体的连接方式主要是现将铜排按照放热焊工艺焊接至钢轨腰部，再将电缆连接至铜排上。现场焊接照片详见图3：

图3 利用铜排与钢轨焊接方式

此种连接方式目前在北京地铁工程中使用较为广泛，此种连接方式缺点是在钢轨上的单点焊接面积较大，且在现场操作时受天气、施工单位工艺水平的影响，可控性稍差，优点是在钢轨上焊接点少，焊接一块铜排可连接多根电缆。

2.3栓接

栓接方式分为：单根电缆栓接、铜排栓接。

一种为在钢轨中轴打孔安装胀钉；栓接方式需要在钢轨上打孔，对钻孔直径和打孔间距都有严格的要求。根据调查的试验结果表明，栓接方式近期可以满足过渡电阻不大于1米长（标准60kg钢轨）钢轨电阻值的要求，单根电缆栓接往往用在电流较小的地段中。在轨道交通中，在长时间的钢轨运行中受震动影响较大，需要经常检修，测量连接电阻，如检修不及时容易造成连接松动、锈蚀等问题引起接触电阻增大，接触面温度升高，进而再次导致电阻升高的后果，影响回路回流效果，同时也容易引起轨电位升高。

具体连接方式为在轨腰中部打19mm或22mm的孔，用液压拉铆机使铜套膨胀后紧帖在轨腰的孔内，然后用螺栓将电缆连接在铜套上。现场照片如图4所示：

图4 单根电缆栓接方式

另一种连接方式为定制加工特殊钢轨鱼尾板，鱼尾板与钢轨栓接，鱼尾板再接电缆。北京地铁昌平线有采用。

图5 钢轨鱼尾板栓接方式

3 连接方式比选

表1 连接方式比较

4 回流连接方案建议

目前国内外城市轨道工程中，特别是大电流的供电系统中，普遍采用的连接方式为单根软电缆直接焊接至钢轨腰部的连接方式，如香港地铁、上海地铁等轨道交通，经过已开通工程的检验，此种连接方式安全可靠。此方式的特点是焊接时在钢轨上的焊接面积较小，现场施工精度要求较低，对钢轨的影响较小，现场实施质量较容易控制，实施后电缆与钢轨连接牢靠，有利于钢轨回流通畅，从而抑制钢轨电位升高，保证地铁正常、安全运行。建议优先选择放热焊接方式，以满足系统长期运行的要求。

5 避免焊接时对钢轨造成损伤的措施

（1）选择高品质的进口放热焊接材料，以有效控制放热焊接温度。

（2）焊接作业前应对钢轨焊接部位进行探伤检测，排除钢轨自身的材质缺陷。

（3）正式施工之前，委托权威机构对焊接后的钢轨进行金相组织分析，以检查是否其符合钢轨焊接标准要求。（南京地铁做过类似实验）

（4）焊接作业人员应经过培训合格后才能上岗，严格执行焊接操作规范。

（5）焊接时对钢轨的加温预热必须满足焊接工艺参数要求，放热反应结束后，对焊接位置的钢轨进行缓冷加热处理。

（6）焊接完成后，对钢轨进行保温处理。

参考文献

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