中铁十二局集团电气化工程有限公司 天津 300308
摘要：比较分析了国内地铁行业各种均回流系统安装方式的优缺点。由于这些连接方式对施工安装工艺、材料制造和环境要求较高，现场施工人员难以控制，因此我国许多城市的地铁运营存在诸多问题，造成钢轨烧伤和钢轨重伤，给地铁运营带来很大的安全隐患。对关键技术进行分析，提取关键难点，指出不足，提出整改建议，对比不同施工方法的优缺点，为今后制定合理的施工方案、运营监控和维护策略提供理论依据，为地铁统一折返系统的设计、施工和维护提供参考。
关键词：地铁供电；均回流；钢轨胀接
随着我国地铁交通的快速发展，对地铁高压供电系统安全、优质、可靠、连续供电的要求越来越高。在轨道交通系统中，轨道不仅要直接承受车辆的载荷，还要作为牵引供电系统的电流回路和信号系统中谐振轨道电路的载体。地铁供电系统采用轨道回流。由于电流大，回流电缆数量多，合理的连接方式是回流顺畅的关键，也是供电系统质量的重要保证。如何有效地定量和定性分析轨道折返线连接方式，降低折返线连接方式不当带来的行车安全风险，进而指导后续轨道交通建设变得十分必要。本文通过调研，分析了国内地铁回线和轨道的特殊安装形式，总结了各地铁的施工和运营经验，比较了各种安装方式的优缺点，并分析了铜排低温钎焊的优缺点和应用前景，对各种安装方式的设计、施工、运行和维护提出了建议。
1国内地铁常见均回流安装方式的技术分析
1.1放热焊接
放热焊接工艺是一种从国外进口的直接焊接工艺，其原理是通过铝与氧化铜之间的化学反应（热释放反应）产生液态高温铜液和氧化铝渣，并利用反应产生的高温。武汉轻轨、北京地铁4号线、15号线、大兴线、13号线、上海地铁、南京地铁都采用这种焊接方法。根据国内地铁的现行做法，热释焊缝分为两种形式，一种是电缆铜芯与钢轨之间的直焊；另一个使用铜排焊接钢轨，铜排连接电缆。单线焊接技术广泛应用于城市轨道交通，尤其是在欧洲、美国和香港。每排铜焊接是一种单电缆直接焊接方法，广泛应用于北京现有项目。此连接模式占用最小的轨道长度，轨道上最大的点焊表面，将铜排连接到轨道后，支持频繁的动态载荷，在集中应力下容易损坏，如果断裂，允许的电流区域将大大减小，从而影响电路的流动性。
1.2板式铜排连接
北京地铁站目前广泛采用这种连接方式，通过铜排和钢轨焊接。这种连接方式的缺点是钢轨上的单个焊接面较大，受现场操作时天气和技术水平的影响，控制力稍低，优点是钢轨上的焊接点较少，一排铜焊销连接方式分为：单线电缆连接、铜线连接。一种钢轨中轴打孔安装膨胀钉；栓接方法需要轨道上的孔，并严格要求直孔直径和孔间距。调查结果表明，在短期内，栓接方法可以满足轨道至少1米长（标准轨道60公斤）的电阻强度要求，而且通常在低电流环境中使用单线电缆栓接。在轨道交通中，它对轨道长期运行过程中的振动有很大影响，需要定期维护，测量连接电阻强度，例如，如果不及时维护，容易引起连接断开、锈蚀等导致接触强度增加，接触表面温度升高，再次导致电阻增加的后果，影响回路的回流效果，同时容易使轨电位升高。特定的连接方法是撞击19mm或22mm中间的孔用液压铆钉充气铜套，将其固定在导轨尺寸的孔中，然后用螺栓将电缆连接到铜套上。另一种连接方式是对特殊轨道鱼尾板进行自定义处理，鱼尾板连接到轨道栓，鱼尾板连接到电缆。北京地铁昌平线已采用。回流连接方案建议，在国内外城市轨道工程中，特别是在高压供电系统中，常用的连接方式是将单根软线直接连接到轨道大小，如香港地铁、上海地铁等轨道交通，经工程检查后，这种连接方式是安全可靠的。该工艺特点是：焊接过程中轨道上焊接面积小，地面精度要求低，对轨道影响小，施工后质量控制方便，电缆与轨道之间连接牢固，轨道返回良好，从而抑制了功率的提升。建议优先选用加热焊接法，以满足系统的长期运行要求。
1.3膨胀钉螺栓连接
膨胀螺栓连接的主要原理：压接。将膨胀钉安装到钻孔中，用液压铆接机将铜膨胀套的整个表面压在钢轨的孔壁上，然后用锁紧螺母将电缆头与铜膨胀套压在一起。膨胀销连接是轨道交通连接地铁供电回流电缆与钢轨的专用膨胀销，一套膨胀销包括镀锡铜套、不锈钢螺栓、垫圈、平垫圈和自锁螺母。安装方法是用专用配套的钢轨钻孔机对钢轨钻孔去毛刺，然后用专用配套的液压拉铆机将镀锡铜套安装在钢轨孔内，拉铆锁紧，再用螺栓将均匀回线的铜头连接紧固，最后在连接处对焊丝焊接部分（包括钢轨打磨面）和焊丝端子面进行防锈处理。
2改进安装方法的技术分析
2.1铜排低温钎焊
随着国内技术的不断进步，近年来出现了铜排低温钎焊技术。连接时，打磨钢轨表面，在接触面涂上导电膏，然后用螺栓紧固。由于钢轨腰面不是规则的平面，传统的螺栓铜排与钢轨机械接头之间存在间隙，随着温度的升高和运行时间的推移，导电胶失效，钢轨振动和氧化加剧，导致接触电阻增大，导致发热和放电，给钢轨带来一定的损伤。基于上述问题，经过研究和改进，近年来，个别城市地铁出现了大面积低温（≯350℃）钎焊工艺和电连接膨胀钉栓接工艺相结合的连接方式。将焊件和钎料一起加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度（保持母材仍处于固态），使其附着在洁净的母材表面，利用液态钎料的润湿作用填充接头间隙，通过与母材的相互扩散实现焊件的连接。如图1所示。
.png)
图1 铜排低温钎焊刨面图
钎焊与其他焊接方法的区别在于，母材不熔化，而钎料熔化。其有效接触面积为9200~12000mm2，接触电阻小于30μω，载流能力大于>4000AA，接触面积和接触电阻均可满足地铁回流系统的载流要求。
2.2道岔区段螺栓连接方法
普通螺栓法和铜排低温钎焊法只能安装在标准钢轨上，不能安装在异形钢轨（尖轨和辙叉）上，地铁尖轨和辙叉的回流一般采用放热焊接的连接方式。在天津地铁6号线施工中参与了一种特殊的锚杆支护方法，该方法对传统的锚杆支护方法进行了改进，并将其应用于尖轨和辙叉。
在特殊锚杆支护方法中，首先用普通钻头和加长钻头对尖轨进行两次冲孔，然后通过双膨胀钉将电缆头和钢轨机械连接紧密，实现电缆头、膨胀钉和钢轨之间的低电阻电流传输。三者的接合面是电流传输的接触面，降低了施工难度，保证了电气连接的可靠性和安全性。
3常见问题分析及解决方法
3.1放热焊接连接
放热焊接是我国现有地铁线路中应用最广泛的方法，但经常会出现本文1.1中提到的焊点脱焊、钢轨损伤严重的现象，因此，焊接后应对焊点处的钢轨进行探伤检查，常用的钢轨探伤方法主要有超声波探伤、涡流探伤、磁粉探伤、射线探伤等。
3.2膨胀销螺栓连接
所有回流电缆安装时，连接电缆为150mm2单芯电缆，坚硬不易弯曲，一般设计提供的铜线鼻为普通直鼻，导致螺栓连接后电缆弯曲半径过小，有的甚至形成直角弯曲。为后期缺陷处理带来了大量的工程量和材料损失。为了避免这种情况，如果已经订购了材料，可以在安装前预弯曲铜尖，但预弯曲不应太大，以免影响端子和轨道之间的接触面积。如未订购，可调整45度直角铜丝头，电缆预制简单，现场敷设整齐美观，丝头与鼓包铜管贴合紧密，螺栓连接牢固，完全符合工艺标准要求。
3.3关于均回流施工方法应用的建议
传统放热焊接工艺复杂，容易导致烧轨、裂纹、断轨、回流不畅等导致烧轨事故，不建议在后续地铁线路设计中使用。铜排钎焊的机械和电气性能能够满足地铁环境的使用要求，施工快捷简单，维护方便方便，能够有效消除回流电缆脱落的现有故障，方便完成回流轨的更换施工。建议安装和使用在停车场、车站等处回流电缆与轨道的集中连接处。建议在隧道或中断处使用单膨胀销栓接方法。
结束语
均回流系统是地铁牵引供电的关键和重要组成部分，地铁施工中均回流系统的安装方法多种多样，各有利弊。因此，在工作中，应更加重视、深入研究和分析现有均回流安装方法的关键环节、技术要点和常见故障，总结和优化施工方案，积极研究和开发更好的安装技术，只有通过不断的研究和探讨，才能找到更实用、更可靠的均回流系统安装方法。
参考文献：
[1]杨月婷，张文学，张佩春.地铁供电系统地回流控制柜设计[J].电气时代，2017，1.
[2]张栋梁.城市轨道交通直流牵引回流系统防护技术研究[D].北京：中国矿业大学，2012.