杲秀芳

(中鐵第一勘察設計院有限公司電化處,西安 710043)

城市軌道交通新型埋入式雜散電流測防端子

杲秀芳

(中鐵第一勘察設計院有限公司電化處,西安 710043)

在地鐵雜散電流防護系統(tǒng)的施工過程中,扁銅測防端子施工難度大且極易失竊,難以保證雜散電流防護系統(tǒng)的完整性。結(jié)合現(xiàn)場實際情況,提出一種防盜效果明顯、施工簡單,并且更可靠、更經(jīng)濟、更美觀的連接方式及替代產(chǎn)品。這種新型的埋入式雜散電流測防端子,在西安地鐵1號線軌道道床施工中被采用,取得了很好的效果。

地鐵;雜散電流防護;測防端子;埋入式測防端子

近年來,在一些城市的地鐵軌道工程施工過程中,由于防迷流端子材料選用價格昂貴的扁銅,因而在施工過程中出現(xiàn)了扁銅端子材料的大量破壞與丟失。據(jù)一些工程項目部反映,扁銅的丟失率高達60% ～80%。由于防迷流端子遍布于地鐵全線的整體道床軌道,加之地鐵施工各專業(yè)交叉作業(yè)非常普遍,所以造成防迷流端子的保護極為困難。端子材料被大量破壞丟失后,重新返工十分困難,而且資金投入很大,甚至有可能影響地鐵運營前的聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作。鑒于扁銅測防端子存在施工難度大且極易失竊的問題,有必要結(jié)合國內(nèi)外先進技術(shù)及現(xiàn)場實際情況,提出更優(yōu)化、更安全、更可行的連接方式及替代產(chǎn)品。

1 雜散電流及防護措施

直流牽引供電系統(tǒng)中,以走行軌作負極回流導體的供電網(wǎng)絡,在實際運行中,有少量電流不沿回流軌回到牽引變電所負極,而流向電位低、電阻率低的位置,形成雜散電流,或稱為迷流[1-7]。

地鐵中的雜散電流是一種有害的電流,會對地鐵中的電氣設備、設施的正常運行造成不同程度的影響,還會對隧道、道床的結(jié)構(gòu)鋼和附近的金屬管線造成不同程度的危害[8]。

目前,地鐵雜散電流防護一般采用3種方式:排流法、隔離法和陰極保護法。

1.1 排流法

排流法就是將金屬結(jié)構(gòu)物中流動的雜散電流人為地使之直接流回到干擾源中去的防護方法。通常是將道床結(jié)構(gòu)鋼筋、隧道及橋梁等的結(jié)構(gòu)鋼筋分別沿線路方向電氣焊接起來,使其縱向電阻大幅度降低,在鋼軌下方形成一個雜散電流的收集網(wǎng)。

但是把雜散電流收集起來在結(jié)構(gòu)鋼筋上流動是存在安全隱患的。一般工程采用防排結(jié)合的方式,即利用道床結(jié)構(gòu)鋼筋形成雜散電流收集網(wǎng),在道床結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)(車站、隧道、橋梁等)設置絕緣隔板?？紤]到建筑結(jié)構(gòu)修補相當困難,檢修年度跨度很大,可將排流回路設置于道床結(jié)構(gòu)中,這樣,即保留了排流網(wǎng),也盡最大可能避免雜散電流流入主要的建筑結(jié)構(gòu)中。

排流方案對道床收集網(wǎng)的設置有一定要求:

(1)將每個整體道床結(jié)構(gòu)段內(nèi)的縱向鋼筋電氣連通,鋼筋連接處必須牢固焊接;

(2)在結(jié)構(gòu)段兩端須引出測防端子,材質(zhì)為銅(就端子材質(zhì)而言,采用扁鋼也能滿足防護要求,但是在潮濕環(huán)境下,扁鋼端子容易產(chǎn)生銹蝕,降低了電氣連接效果)作為測防端子以防銹蝕及增強導電性,用電纜縱向連接兩端子,使各結(jié)構(gòu)段收集網(wǎng)全線貫通;

(3)加強扣件的絕緣性能,確保鋼軌與扣件的絕緣。

1.2 隔離法

隔離法就是加強鋼軌與地之間的絕緣水平,盡量避免雜散電流泄漏到道床及其他建筑結(jié)構(gòu)中。通常采取的措施有:在鋼軌固定扣件下設置絕緣板,其絕緣電阻在106～108Ω;在道床和其他建筑結(jié)構(gòu)之間設置一層絕緣層(或絕緣隔板),其絕緣電阻在106～108Ω;設置雜散電流監(jiān)測系統(tǒng),加強日常的運營維護,及時發(fā)現(xiàn)雜散電流泄漏超標區(qū)域,并對該區(qū)域進行修補,從而使鋼軌對地的泄漏電阻維持在一個較高的水平上。

1.3 陰極保護法

陰極保護法又可分為犧牲陽極保護法和外加電流陰極保護法[9-10]。從電化學腐蝕原理可知,電化學腐蝕主要是產(chǎn)生在陽極區(qū)域,陰極保護法就是根據(jù)這一原理,采用電化學方法使被保護的金屬物處于陰極電位。

陰極保護法的保護效果比隔離法好,但造價比隔離法貴、維護費用也高。

2 雜散電流收集網(wǎng)施工現(xiàn)狀分析

西安地鐵2號線雜散電流防護方案采用防排結(jié)合的方式,利用鋼軌下方的道床結(jié)構(gòu)鋼筋作為雜散電流主收集網(wǎng),利用隧道收集網(wǎng)為后備收集網(wǎng)。在道床收集網(wǎng)處于腐蝕鈍化狀態(tài)時,隧道收集網(wǎng)自然處于腐蝕鈍化狀態(tài)[11]。

正常情況下,全線雜散電流收集網(wǎng)連成一體(圖1),可起到收集雜散電流,為其提供回流通道的作用。

圖1 雜散電流收集網(wǎng)連接方式

西安地鐵2號線的施工完成后,在雜散電流防護系統(tǒng)施工時,發(fā)現(xiàn)有很大一部分排流網(wǎng)鋼筋的測防端子無法找到或被破壞(圖2),從而不能把全線的排流網(wǎng)連接為一個整體,造成雜散電流收集網(wǎng)失去了連續(xù)的通道。

圖2 現(xiàn)場被破壞后的扁銅測防端子

結(jié)構(gòu)段缺失測防端子后雜散電流收集網(wǎng)會出現(xiàn)中斷,雜散電流收集網(wǎng)將不能形成有效的電氣連接,從而使排流回路中斷,造成雜散電流的不規(guī)則流動,對基礎設施造成危害。所以被破壞的端子必須進行補焊,補焊銅排處有可能會出現(xiàn)虛焊導致基礎不安全及電氣連接不穩(wěn)定,鑿除混凝土整體道床補焊扁銅后填充的混凝土與原道床混凝土連接可能不牢固,且影響道床外觀美觀,而且嚴重影響了項目整體的施工進度[12]。

3 埋入式雜散電流測防端子

為防止此類問題再次發(fā)生,結(jié)合國內(nèi)外先進技術(shù)及現(xiàn)場實際情況,在西安地鐵1號線軌道道床施工中,提出了一種更優(yōu)化、更安全、更可行的連接方式。施工中將原引出端子做成器件整體埋入混凝土結(jié)構(gòu)中,做到無伸出部分(與道床或隧道混凝土表面平齊)。為便于電纜連接及在預埋中防止被混凝土覆蓋,且不易被盜或被其他施工機械損傷,器件需要預留螺栓孔。把這種器件命名為防盜型埋入式雜散電流引出端子,其構(gòu)成如圖3所示。

圖3 埋入式雜散端子構(gòu)成(單位:mm)

埋入式端子說明如下。

(1)埋入式雜散端子由銅端子和圓鋼采用放熱焊接后組成,供貨時提供的是整體器件。整體器件銅端子表面及螺栓孔洞應具有尼龍或塑料螺栓保護措施,防止土建施工時其他雜質(zhì)覆蓋銅端子表面,或進入螺栓孔洞而影響其導電及連接。

(2)埋入式端子上表面與結(jié)構(gòu)壁平齊,施工時應采取相應措施,防止埋入式雜散端子上表面沒入混凝土。對銅端子下部焊接的圓鋼或其他材料長度(圖3中h的長度)根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)實際情況調(diào)整(軌道斷面形式分圓形、馬蹄形、矩形和框架板等),但不能小于雙面焊鋼筋直徑的5倍。

(3)端子銅含量不低于98%,銅端子為鍛壓工藝制造,銅端子同φ16 mm圓鋼之間的連接處電阻值要求小于30μΩ,銅端子與下部材料焊接結(jié)合處面積不小于800mm2。

(4)出廠時使用微電阻檢測儀對焊接處的電阻值進行抽檢。

4 扁銅測防端子與埋入式端子連接方式的比較

4.1 扁銅測防端子的連接方式

地鐵防迷流端子一般采用銅排作為測防端子以防銹蝕及增強導電性,在每一段整體道床的兩端,需用50mm×5 mm的扁銅與所有的收集網(wǎng)的縱向鋼筋焊接,并在道床的左右兩側(cè)引出測防端子露出道床面不小于75mm,然后在扁銅上鉆φ12mm孔,用銅電纜將伸縮縫兩側(cè)的測防端子連接(圖4)。

圖4 扁銅測防端子焊接與現(xiàn)場接線

扁銅測防端子的優(yōu)點:使雜散電流網(wǎng)電氣連接性能穩(wěn)定。

扁銅測防端子有以下缺點:

(1)費用高(扁銅使用量大、銅排同18根縱向鋼筋需要銅鋼過渡焊接);

(2)施工難度大(因為每根與縱向鋼筋的連接點都需要銅鋼過渡焊,焊接工藝復雜且對焊接人員技術(shù)要求高);

(3)施工后現(xiàn)場失竊嚴重(目前國內(nèi)地鐵項目中60%～80%以上的引出扁銅測防端子反復失竊);

(4)扁銅測防端子引出道床面不小于75mm的高度在運營維修期間會給維護人員造成不安全因素(光線暗的情況下,維護人員不注意會絆倒,造成人員傷害)。

4.2 埋入式雜散端子的連接方式

通過埋入式雜散電流測防端子與雜散電流收集網(wǎng)中的箍筋進行垂直并行雙面焊接,使整個埋入式雜散電流測防端子處于道床混凝土包裹之中,銅端子連接螺母孔置于道床混凝土表面,電氣連接時通過不銹鋼螺栓把跨接電纜在兩個端子之間栓接。圖5～圖7為埋入式端子的連接示意及現(xiàn)場施工圖。

圖5 整體道床內(nèi)埋入式測防端子連接示意

圖6 道床伸縮縫處埋入式測防端子焊接安裝

圖7 埋入式測防端子現(xiàn)場焊接和露出道床面

埋入式雜散電流測防端子具有以下優(yōu)點。

(1)由于埋入式雜散電流測防端子處于道床混凝土包裹之中,可以有效地避免施工過程中的失竊現(xiàn)象發(fā)生。

(2)由生產(chǎn)廠家直接完成銅鋼過渡焊接,交付施工現(xiàn)場的為成品,可通過直觀判斷及檢測設備對銅鋼過渡焊進行檢驗,確保電氣聯(lián)接的可靠性。同時,由于只需在現(xiàn)場進行鋼筋網(wǎng)與雜散電流端子上的鋼筋頭焊接,從而減少了施工難度,提高了工程施工進度。

(3)用埋入式雜散端子替代銅排后,可有效減少用銅量,降低工程材料費用。

(4)埋入式雜散端子是預埋到道床混凝土之中,同道床面基本齊平,可達到安全、規(guī)范、美觀的要求。

需要注意的是:在對整體道床混凝土澆筑施工過程中,為避免水泥把銅端子掩埋或低于銅端子,對雜散電流收集網(wǎng)的施工工藝提出了更高要求。

5 結(jié)論

通過對2種端子的比較,埋入式端子具有防盜、可靠、經(jīng)濟、美觀、易施工等優(yōu)點。西安地鐵1號線道床施工中采用了此種埋入式雜散電流測防端子,截至目前,現(xiàn)場未發(fā)現(xiàn)道床測防端子被盜現(xiàn)象。在以后地鐵施工中,建議采用此種埋入式雜散電流測防端子,以保證雜散電流防護系統(tǒng)的完整性,并提高了工程施工進度,降低工程材料費用。

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A New Type of Embedded Stray Current Testing Term inals for Urban Rail Transit

GAO Xiu-fang
(Electrification Department of China Railway First Survey and Design Institute Group Ltd.,Xi'an 710043,China)

In the construction process of the protection system againstmetro stray current,the integrality of protection system with the flat copper testing terminal is hard to be guaranteed,because the flat copper testing terminal is difficult to be constructed,and because it is easy to be stolen.Based on the actual situation,a new connection model and alternative products are presented in this paper.The new one has obvious anti-theft effect.In addition,the new one is convenient to construction,more reliable,more economic and more beautiful.Ithas been adopted in track bed construction of Xi'an Metro Line 1 and the very good results have been achieved.

metro;protection against stray current;testing terminals;embedded testing terminals

U239.5

A

1004 -2954(2012)10 -0088 -03

2012-03-06

杲秀芳(1980—),女,工程師,2007年畢業(yè)于西南交通大學電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè),工學碩士,E-mail:gxiufang@163.com。