地鐵防雜散電流的鋼軌絕緣涂層研究

何廣飛 羅旭光 盧玉龍

摘 要：地鐵工程在設(shè)計(jì)和施工方面需對(duì)雜散電流采取有效的限制措施，降低其不利影響。雜散電流常規(guī)解決方案為通過(guò)連接道床鋼筋和雜散電流端子收集雜散電流到變電所。近年來(lái)出現(xiàn)更佳的雜散電流解決方案，具體為采用新型納米瓷絕緣涂層對(duì)鋼軌全包覆，該方法在廈門(mén)地鐵 3 號(hào)線雙十中學(xué)站—五緣灣站區(qū)間進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：常規(guī)措施下鋼軌對(duì)排流網(wǎng)的過(guò)渡電阻為 15.3Ω · km，而涂層處理地段鋼軌對(duì)排流網(wǎng)過(guò)渡電阻達(dá)到 25.6Ω · km，表明納米瓷涂層絕緣效果顯著。

關(guān)鍵詞：地鐵;雜散電流;鋼軌涂層;絕緣性

中圖分類號(hào)：U228.2

目前，地鐵的供電系統(tǒng)通常采用直流牽引供電，地鐵列車運(yùn)行所需電流來(lái)自牽引變電所，變電所通過(guò)接觸網(wǎng)為列車供電，列車車輪與鋼軌接觸，牽引電流經(jīng)由鋼軌回流至變電所。但在地鐵實(shí)際運(yùn)行中，如果鋼軌與大地之間的絕緣不滿足要求、雜散電流漏泄電流密度超過(guò)規(guī)范允許值，則漏泄電流會(huì)從鋼軌流入大地，對(duì)附近的電氣設(shè)備、設(shè)施造成不同程度的影響，還會(huì)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和附近的金屬管線造成危害。對(duì)于地鐵附近重要管道等較為密集或距離近、饋電距離過(guò)長(zhǎng)的地段，需要增強(qiáng)軌道對(duì)地絕緣電阻，以此更大限度減少雜散電流漏泄，不斷探索更佳的絕緣措施。

地鐵雜散電流防護(hù)一般采取2種防護(hù)方式：①被動(dòng)防護(hù)，即在地鐵附近的金屬管道、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上采取防腐處理;②主動(dòng)防護(hù)，即在地鐵工程的軌道絕緣、雜散電流收集等方面采取措施。本文研究的就是主動(dòng)防護(hù)措施之一，鋼軌絕緣涂層，擬在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋼軌絕緣涂層試驗(yàn)分析，研究軌道絕緣效果。

對(duì)廈門(mén)地鐵3號(hào)線雙十中學(xué)站—五緣灣站區(qū)間右線300 m長(zhǎng)軌道進(jìn)行涂層絕緣處理，通過(guò)對(duì)比測(cè)量普通地段和涂層處理地段鋼軌對(duì)排流網(wǎng)的過(guò)渡電阻，評(píng)估納米瓷絕緣涂層的實(shí)際應(yīng)用效果。

1 納米瓷涂層及其性能

納米瓷涂層是納米級(jí)顆粒對(duì)微米級(jí)顆粒及鐵基表面包覆、滲透，緊密堆積，與基材結(jié)合更加緊密（圖1），能有效提高涂層的附著力與耐磨性。另外，碳納米管纖維的穿插交錯(cuò)，可有效分散涂層內(nèi)各類應(yīng)力，進(jìn)一步提高涂層的綜合性能。

表1測(cè)試結(jié)果表明，納米瓷涂層的各項(xiàng)性能良好，滿足軌道的應(yīng)用條件，可達(dá)到高效絕緣、良好防腐、長(zhǎng)期阻斷雜散電流的作用。

納米瓷涂層材料可實(shí)現(xiàn)在鋼軌全長(zhǎng)范圍內(nèi)無(wú)間斷包裹，產(chǎn)生質(zhì)的改進(jìn)，獲得良好的雜散電流防治效果。

2 納米瓷涂層施工

利用絕緣、防腐及耐磨性能優(yōu)異的納米瓷涂層材料，涂敷鋼軌的側(cè)面與底面，實(shí)現(xiàn)鋼軌全長(zhǎng)范圍內(nèi)無(wú)縫包裹。具體鋼軌涂覆位置見(jiàn)圖2，圖中標(biāo)藍(lán)色部位是涂覆的位置。

（1）對(duì)鋼軌所有需要涂刷區(qū)域進(jìn)行表面清理。首先采用除銹設(shè)備對(duì)鋼軌所有需要涂敷表面進(jìn)行清理，達(dá)到表面清潔度St3級(jí)的要求。除銹完成后，在涂覆之前用稀釋劑對(duì)鋼軌表面進(jìn)行擦拭，除去表面的灰塵等。

（2）涂料的配置。涂料甲、乙兩組分按照一定的比例配置，攪拌均勻后，即可涂裝。涂裝工作應(yīng)在氣溫5～40 ℃、相對(duì)濕度85%的環(huán)境下進(jìn)行，基體表面溫度應(yīng)高于露點(diǎn)3 ℃?？刹捎盟⑼?、輥涂、有氣和高壓無(wú)氣噴涂。

（3）鋼軌3遍涂布施工。采用刷輥涂、噴涂等，單道涂覆干膜厚度為50～60μm，3遍涂覆后涂層厚度不低于120μm。在完成3遍涂覆并干燥后對(duì)漆膜厚度進(jìn)行檢測(cè)，不滿足要求的進(jìn)行補(bǔ)涂，整體補(bǔ)涂工序不應(yīng)超過(guò)2遍，避免涂層過(guò)厚導(dǎo)致附著性能下降。

（4）吊裝及焊接后的補(bǔ)涂。在鋼軌吊裝及焊軌完成后，需對(duì)焊接部位進(jìn)行表面除油、除銹處理，達(dá)到表面要求后進(jìn)行涂覆，同時(shí)對(duì)鋼軌吊裝過(guò)程中產(chǎn)生的局部破壞部位進(jìn)行補(bǔ)涂。

（5）鋼軌涂覆涂層整體厚度的檢測(cè)及驗(yàn)收。

具體的涂層施工流程見(jiàn)圖3。

3 絕緣涂層測(cè)試

3.1 評(píng)價(jià)測(cè)試方法

對(duì)納米瓷涂層的地段與普通路段鋼軌過(guò)渡電阻進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，評(píng)估納米瓷涂層的實(shí)際應(yīng)用效果。鋼軌對(duì)排流網(wǎng)過(guò)渡電阻遵循GB/T 28026.2-2018《軌道交通地面裝置電氣安全、接地和回流 第2部分：直流牽引供電系統(tǒng)雜散電流的防護(hù)措施》，隧道內(nèi)鋼軌對(duì)排流網(wǎng)的過(guò)渡電阻測(cè)量原理如圖4所示。

3.2 測(cè)試結(jié)果與分析

對(duì)普通地段鋼軌對(duì)排流網(wǎng)過(guò)渡電阻進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算得出鋼軌對(duì)排流網(wǎng)過(guò)渡電阻為15.3 Ω · km。而對(duì)納米瓷涂層處理地段鋼軌對(duì)排流網(wǎng)過(guò)渡電阻進(jìn)行檢測(cè)，計(jì)算得出鋼軌對(duì)排流網(wǎng)過(guò)渡電阻達(dá)到25.6 Ω · km。

根據(jù)CJJ/T 49-2020《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》要求，新建地鐵線路鋼軌對(duì)排流網(wǎng)的過(guò)渡電阻不應(yīng)小于15 Ω · km，運(yùn)行線路不應(yīng)小于3 Ω · km，而納米瓷涂層處理地段的鋼軌過(guò)渡電阻值比標(biāo)準(zhǔn)要求增加了10.6Ω · km，表明納米瓷涂層對(duì)鋼軌的絕緣效果好，可有效解決地鐵運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的雜散電流問(wèn)題。

4 結(jié)論

（1）納米瓷涂料采用了先進(jìn)的納米技術(shù)，其綜合性能與普通高性能涂料相比有本質(zhì)性提高，無(wú)論其電氣性能、機(jī)械性能、耐老化性能，均表現(xiàn)優(yōu)異，可作為解決軌道雜散電流的絕緣涂料。

（2）納米瓷涂料施工安全性高，涂覆工藝簡(jiǎn)單，施工過(guò)程易控制，可滿足地鐵鋼軌涂覆質(zhì)量的要求。

（3）通過(guò)對(duì)納米瓷涂層的地段及普通地段進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，納米瓷涂層處理地段的鋼軌過(guò)渡電阻值比普通地段增加了10.3 Ω · km，表明納米瓷涂層地段絕緣值冗余度更高，在限制雜散電流方面更可靠，適宜后續(xù)推廣。

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收稿日期 2020-09-08

責(zé)任編輯 冒一平