摘要：
　　地鐵直流牽引回流系統是由鋼軌、回流電纜、軌電位裝置、單向導通裝置、排流柜以及隧道結構鋼筋等組成的。本文將按照常規回流和故障回流兩種情況，分析直流牽引回流系統各部分組成和相互之間的配合。
　　關鍵詞：直流牽引，常規回流，故障回流，迷流，框架
　　                  
　1前言
　　直流牽引與交流牽引相比具有輻射干擾低、絕緣防護要求等級低、運行方式易調整、供電連續可靠、保護設置相對簡單和實現高品質再生制動，以及不存在分相問題等優點，因此，在國內外地鐵行業得到廣泛應用。直流牽引系統可簡單劃分為牽引電源、牽引負荷和牽引回流三個子系統。牽引電源部分包括整流變壓器(RCT)、整流器(RC)、正極直流母排（B+）和負極直流母排（B-）；牽引負荷主要指電客車；牽引回流系統是由回流鋼軌（R）、回流電纜、軌電位限制裝置（RVLD）、單向導通裝置(DT)、排流柜(DR)以及隧道結構鋼筋等組成的，各部分相輔相成，共同構成了牽引電流的回流通路，保證牽引電流常規情況和故障情況下都能順利回流到電源負極。
　　2常規回流
　　常規情況，直流牽引電經整流器輸出至
　　牽引所正極直流母排B+，再經饋線開關和上網刀閘將牽引電輸送至接觸網；電客車經受電弓從接觸網上引入直流牽引供電，經電客車內主逆變器負極流出至電客車的輪對；電客車輪對再將主逆變器負極的電在圖1中的A點傳至與其直接接觸的回流鋼軌；由于回流鋼軌與道床之間有一層絕緣性能良好的橡膠墊，因此大部分回流都經過鋼軌回流Ic流至牽引所附近的B點，只有一小部分回流通過絕緣不良的地方流入道床或隧道結構，這部分電流則形成了地鐵雜散電流Is；在B點附近，鋼軌回流Ic直接通過回流電纜流回牽引所負極直流母排（B-），雜散電流Is則經過具備單相導通功能的排流柜DR流回牽引所負極直流母排（B-），至此，完成一個完整的牽引回流過程。
　　3故障回流
　　3.1回流能力不足情況下的回流
　　在以下兩種情況下會引起牽引回流能力的不足：1）當地鐵線路上行車密度超過設計密度；2）回流電纜部分或全部由于某種原因不能導電。此時，大部分牽引電流仍將以常規回流的形式，流回牽引所負極直流母排。但由于回流通路不暢，從電客車輪對流至鋼軌上的電荷將不斷的累積，從而引起鋼軌電位的抬升。當鋼軌電位抬升至軌電位限制裝置的整定值時，RVLD內的接觸器將會閉合將鋼軌與變電所內接地網連通，將這部分無法順利回流的電荷排入地鐵接地系統，從而使鋼軌電位下降至人體的安全電壓以下。這兩部分非常規回流最終都將在經雜散電流收集裝置由排流柜DR回流至牽引所負極直流母排，形成完整的牽引回流過程。
　　3.2接觸網對地或鋼軌短路故障時的回流
　　當發生接觸網對鋼軌短路故障時，直流牽引供電的回流路徑與本文3.1節中回流能力不足情況下的回流相同，只是回流電流大了數倍。
　　當發生接觸網對地短路故障時，由于道床的電位相對鋼軌高出數倍，所以大部分故障電流會經過絕緣薄弱的地方由道床流入鋼軌，再按照本文3.1節中回流能力不足情況下的回流方式，回流至牽引所負極直流母排，形成完整的牽引回流過程。
　　3.3變電所內直流牽引系統短路故障時的回流
　　牽引變電所內的直流牽引供電設備都設計和安裝在同一房間內，所有設備的柜體外殼對地絕緣安裝并用電纜連通形成一個保護人員的框架（如圖1中虛線框所示），該框架在負極柜內經小電阻與變電所接地系統連接。當發生整流器正極對外殼短路、直流開關電氣部分對外殼短路時，所有短路電流都將經過負極柜內的小電阻流入接地系統（框架保護模塊通過檢測該電流的大小來啟動框架保護，以切斷故障電源并隔離故障），最后經排流柜DR回流至牽引所負極直流母排，形成完整的牽引回流過程。
　　4結束語
　　地鐵直流牽引回流系統各部分相輔相成，共同構成了牽引電流的回流通路，以保證牽引電流常規情況和故障情況下都能順利回流到電源負極。因此，在地鐵運營過程中，應該注意以下三點：
　　1）避免長期通過軌電位限制裝置將鋼軌和接地系統接通，并以此作為解決車站軌電位限制裝置頻繁動作的處理方法。雖然該方法可以有效降低鋼軌電位，防止電壓型框架保護誤動作，同時也大量減少運行人員對該裝置復歸和檢查的工作量，但該方法大幅度增大了車站建筑范圍內的迷流，對建筑內結構鋼筋的電腐蝕危害極大，直接威脅地鐵建筑的安全使用壽命。
　　2）避免長期退出排流柜運行，以保證雜散電流主收集回路的暢通。投入排流柜運行會將原來負極母排的負電位降低至接近零電位,因鋼軌縱向電壓的鉗制作用使得兩牽引變電所間鋼軌的最高對地電位增加了一倍,兩牽引變電所間幾乎成為陽極區。簡單看雜散電流總量增加了近4倍，使得區間內的鋼軌的腐蝕將有所增加，但該方法卻為流入道床和隧道結構等處的雜散電流提供了暢通的回流路徑，會大大減少雜散電流對地鐵結構建筑內鋼筋的電腐蝕。綜合來看，投入排流柜，更有利于地鐵的長期安全。
　　3）避免將高架段線路上接觸軌避雷器的負極直接連接到道床或橋墩上，應與鋼軌直接連接。若將避雷器負極連接到道床或橋墩上，在避雷器發生內部短路故障時，故障電流將無法正常回流，該供電分區相對應直流饋線開關的保護可能無法正常動作，將直接影響調度和維修人員對故障的判斷或處理。據悉廣東某條高架段地鐵線路曾多次出現避雷器內部缺陷引起接觸軌金屬性接地事故，而故障時僅靠近故障點側直流饋線開關的電流上升率di/dt保護誤動作。同時考慮到高架段線路上接觸軌的安裝高度較低，而且上方安裝有絕緣防護罩，從近幾年國內的運行經驗來看，接觸軌極少發生雷擊事故，因此將高架段接觸軌避雷器的負極與鋼軌直接連接，更有利于牽引供電系統的安全運行。
　　參考文獻
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