摘要：介绍专用轨回流系统的优点及系统概况，通过逐项对比专用轨回流系统与常规走行轨系统的不同，系统阐述专用轨回流系统的构成及特点，提出采用专用轨回流系统的相关注意事项。
关键词：专用回流轨;常规走行轨;特点
1专用轨回流系统优点
在城市轨道交通直流电气运输系统中，牵引电流利用钢轨作为返回线。由于钢轨不可能达到完全对地绝缘，总有一部分电流漏入大地而形成杂散电流［1］。泄漏的杂散电流会对沿线的金属管线形成不同程度的电解腐蚀。根据郑州机场至许昌市域铁路工程(郑州段)全线地下管线调查资料，郑州机场至许昌市域铁路工程(郑州段)沿线有大量DN250以上的油气管线敷设，全线油气管线具有平行敷设距离长、数量多、管径大、距离近等特点，并且该工程需下穿新郑机场及李粮店煤矿区，杂散电流会造成天然气管道、石油管道、自来水及污水管道电解腐蚀，严重危害公共安全。因此，该工程采用专用轨回流系统。
2专用轨回流系统概况
专用轨回流系统，不再采用钢轨进行回流，而是采用专用的回流轨，回流轨对地具有良好的绝缘性能，绝缘等级理论上可以达到108Ω·km，基本可以杜绝杂散电流的产生。专用回流轨技术是以第三轨受流技术为基础，其基本结构与第三轨受电方式一样，由回流轨、支持装置、端部弯头等组成，可采用与第三轨相同类型的钢铝复合轨。专用回流轨的布置采用类似接触轨布置方式，用复合支架将专用轨设置于线路行车方向右侧(专用轨的轨电位比常规钢轨低，理论上可以考虑不设置防护罩)，对区间建筑界限基本无影响，但为了避免隧道打偏，造成调线调坡困难，建议尽量压缩专用轨与线路中心距离。
3专用轨回流系统与常规走行轨回流系统一次部分差异
与常规走行轨回流系统相比，专用轨回流系统存在如下调整:增加专用回流轨，需增设用作负极回流的专用回流轨，以及相关支撑固定用附属器件。在钢轨和负极母线之间设置单向导通装置+泄漏电流监测元件。车辆增加回流靴及相应绝缘装置，需要在车辆两侧增加与回流轨搭接装置，类似地铁接触轨受电的受电靴，设置专用轨回流伸缩臂。由于回路阻抗减小，传统杂散电流防护措施的轨电位不再作为牵引所布点的限制因素，可以扩大牵引所间距，减少设备及土建投资。相对于常规DC1500V系统平均牵引所间距约2．5km，专用轨回流系统可将牵引所间距加大到3～4km，牵引所数量可以减少20%～35%。钢轨不作为回流通路，不会产生对地电位，取消在常规走行轨回流系统中为限制钢轨电位过高而设置的钢轨电位限制装置。道床结构钢筋不需要再焊接成收集网，道床间的杂散电流端子预埋、焊接及电缆连接均可相应取消。取消排流柜、单项导通装置等杂散电流排流系统设备以及杂散电流监测系统。专用轨回流模式下，列车车体、车轮以及钢轨被隔离，均不带电，乘客下车将不会形成跨步电压，可以考虑取消站台绝缘层。
4专用轨回流系统与常规走行轨回流系统保护部分差异
各类继电保护装置的实现原理和动作判断依据各不相同［2］。框架保护适用于直流设备的正极对机柜外壳(与大地相连)或接触网对架空地线短路时的情况，包括电压型框架保护(测量负极对框架电压)和电流型框架保护(测量框架对地电流)。框架保护的设置目的是为了防止直流牵引供电设备内部绝缘能力降低时造成人身危险，框架保护包含反映直流泄漏电流的过电流保护和反映接触电压的过电压保护。常规走行轨回流系统与专用轨回流系统框架保护设置方案一致，区别在于走形轨回流系统框架保护与轨电位系统配合使用，专用轨回流系统框架保护与单向导通装置配合使用。采用专用轨回流供电系统方案后，牵引网正、负极与地及车辆壳体绝缘，钢轨与车站内综合接地网连接，在牵引变电所设置单向导通装置作为短路时的短路通路。为尽量保证保护选择性，缩小故障影响范围，需在钢轨和负极母线之间设置单向导通装置+泄漏电流监测元件。常见的专用轨回流系统牵引网短路故障主要包含:牵引网正极(接触网)对架空地线、钢轨发生接地故障;牵引网正极(接触网)对车辆壳体发生接地故障;牵引网正极(接触网)对地发生短路故障;车辆内正极对车辆壳体发生接地故障;直流设备内正极对设备外壳短路;车辆内正负极对车辆壳体绝缘不良。当发生车辆内正负极对车辆壳体绝缘不良，在车辆内部正负极与车辆壳体间设置绝缘检测装置。无论正极还是负极绝缘出现损坏或下降，继电保护设置如下:当正极接地(车体)时，由于供电系统牵引所设有单向导通装置，正极接地也就相当于和负极短路，其保护和原走行轨回流供电系统的列车正极接地保护一致。由于车体通过轮对、轴端接地装置及走行轨和接地网连通，正极接地时乘客和车体为等电位，乘客的安全完全可以得到保障。负极接地(车体)时，和正极接地一样，乘客安全也可以完全得到保障。在牵引变电所设置单向导通装置，当接触网正极、回流轨发生对地电流泄漏时，单向导通装置内的泄漏电流监测元件监测到信号并发出报警，为检修人员查找泄露点提供依据。专用回流轨系统保护方案:采用架空接触网+专用回流轨供电方式的直流供电系统馈线保护设置，与走行轨回流供电系统的保护设置相同。车辆内部出现正负极绝缘不良时，由于车体与人等电位，对乘客不造成安全隐患，车辆内部设置绝缘监测装置，当绝缘不良时通过告警信号进行提示，车辆回库时进行检查维修。在牵引变电所负极与走行钢轨/地间设置单向导通装置，利用变电所直流馈线保护可实现牵引网正极与负极、架空地线、钢轨、车辆壳体等各种短路的选择性保护。变电所设备内部的接地保护设置方案与走行轨回流方式的直流供电系统一致。
5注意事项
专用轨回流系统与既有走行轨系统相比存在较大区别，在前期设计联络阶段应重点关注:变配电专业联闭锁逻辑及保护设置;正线与车场的接口;正线与车场的支援供电方案及其实现方式;专用轨回流系统限界问题;大型车辆的限界及车辆本身的构造变化;作业安全防护方式;回流轨布置位置;专用回流轨在道口、库内立柱式检查坑地段的布置说明。
6结语
地铁直流牵引供电系统的安全可靠运行是列车安全运行的前提和保证［3］。本研究以郑州机场至许昌市域铁路工程为例，阐述了专用轨回流系统的构成、特点及与常规走行轨系统的差异，并列举出采用专用轨回流系统的相关注意事项，对后续应用专用轨回流系统线路的施工介入、人员培训、日常检修均有借鉴及参考意义。
参考文献
［1］李威．地铁杂散电流的监测与防治［J］．城市轨道交通研究，2003(4):48．
［2］郭志．直流牵引供电系统继电保护参数匹配［J］．都市快轨交通，2009(4):86．
［3］王广峰，孙玉坤，陈坤华．地铁直流牵引供电系统中的DDL保护［J］．电力系统及其自动化学报，2011(1):59．
