城轨回流系统

城轨回流系统
Traction Return Current System for Metro
所属分类	城轨供电与受流
常见型号	走行轨回流+均流线、走行轨回流+回流电缆、专用回流轨（第四轨）、负电压回流等新制式
执行标准	GB/T 10411《城市轨道交通直流牵引供电系统》、GB 50157-2013《地铁设计规范》、GB 55033-2022《城市轨道交通工程项目规范》、EN 50122-1
适用场景	城轨直流牵引供电系统的牵引电流返回通路，兼与轨道电路、接地与杂散电流防护体系接口
城轨牵引回流路径与均流线布置示意

概述

城轨回流系统是把列车牵引电流从负载送回牵引变电所负极的全部导电通路。城轨接触网供电、走行轨回流的制式下，回流系统以走行轨为主体，辅以均流线、回流电缆与扼流变压器（阻抗变压器）等连接设施。回流通道的品质直接决定三件事：牵引网电压损失与能耗、走行轨对地电位（轨电位）高低、以及经大地泄漏的杂散电流大小——三者互为因果，回流电阻越低、上下行并联越充分，轨电位与杂散电流越可控。因此回流系统不是被动的"回程导线"，而是与供电分区、轨道电路、接地和杂散电流防护联动设计的子系统。强制要求层面，GB 55033-2022 规定走行轨应按牵引区间设置回流分断点，车辆基地供电时走行轨回流应与正线绝缘隔离。理论背景见回流与接地系统，制式背景见城轨直流牵引供电制式。

结构与组成

走行轨：钢轮钢轨制式的天然回流导体，上下行各一股道两轨条并联；轨条阻抗远高于铜导线，且接头、鱼尾板接触状态对阻抗影响显著，因此走行轨并非理想导体，需要在关键节点补强；
均流线：连接上、下行回流轨、使回流均匀分布的跨越导线。上、下行轨道间应设置均流线，均流线间距不宜大于 600 m（依据 GB 50157-2013 第 15.7.6 条[2]），具体位置应与信号、轨道专业共同确定且每处不应少于 2 根电缆（第 15.7.7 条），工程上常结合区间联络通道等布置，并在牵引变电所两端及供电分区端部重点设置；均流线把上下行钢轨并联，等效回流电阻降低、回流更趋均匀，机理见回流与接地系统；
回流电缆与回流母排：在变电所两端、供电分区分断点等处，把走行轨回流经电缆汇集引回负极柜，避免回流路径绕行过长；
扼流变压器（阻抗变压器）：轨道电路绝缘节处的回流贯通设备，对牵引（回流）电流呈低阻抗、对信号电流呈高阻抗，使牵引回流跨越绝缘节连续流通而不干扰轨道电路，与信号专业的接口是回流系统设计的重要约束；
回流分断点与隔离设施：按 GB 55033-2022 要求在牵引区间设置回流分断点，使相邻供电分区的回流轨彼此隔离；车辆基地库线回流与正线之间设绝缘隔离，见车辆段与停车场接触网；
轨电位限制装置：轨电位超过限值时将走行轨与接地系统短时连通的保护设备，属于回流系统的安全边界设施。

工作原理

牵引电流路径为：牵引变电所正极 → 馈线 → 接触网 → 受电弓 → 列车牵引负载 → 车体转向架 → 轮对 → 走行轨 → 均流线并流 → 回流电缆 → 变电所负极。上下行钢轨经均流线并联后，回流等效电阻按并联公式下降：

$R_{eq}={\frac {R_{up}\cdot R_{down}}{R_{up}+R_{down}}}$

当上下行轨条电阻接近时，等效电阻约为单线的二分之一，轨电位与回流压降随之降低，这就是均流线的核心价值。走行轨对地并非完全绝缘，轨条与结构之间存在泄漏过渡电阻，回流的一部分经大地返回变电所，形成杂散电流；轨电位越高、过渡电阻越低，泄漏比例越大，因此回流系统设计始终在"降低轨电位"与"抬高轨地绝缘"两个方向上同时发力，详见城轨杂散电流防护。

轨电位的人身安全限值由标准体系约束：GB 50157-2013 规定正常双边供电运行时站台处走行轨对地电位不应大于 120 V、车辆基地库线不应大于 60 V；欧洲体系则由 EN 50122-1 给出直流系统可接触轨电位的分时长限值框架（限值随接触时长分档，具体数值以现行版本为准）。当故障或大电流工况使轨电位逼近限值时，轨电位限制装置动作将钢轨短时接地。

回流制式的演进方向是让回流离开走行轨：四轨回流制式以专用第四轨承载回流，实现供电回流通道与走行轨彻底分离；近年文献还提出负电压回流、直流通用变压器（DCAT）等新制式，通过电力电子装置把列车电流从钢轨转移到专用回流线，从源头压缩杂散电流，工程应用尚在发展之中。

技术参数

参数	典型描述	依据
回流主体	走行轨（上下行并联），辅以均流线、回流电缆	工程通用制式
均流线功能	连接上、下行回流轨使回流均匀分布的跨越导线	行业通用定义
回流分断点	走行轨应按牵引区间设置回流分断点	GB 55033-2022
基地回流隔离	车辆基地供电时走行轨回流应与正线绝缘隔离	GB 55033-2022
站台处轨电位	正常双边供电运行时不应大于 120 V	GB 50157-2013
基地库线轨电位	正常双边供电运行时不应大于 60 V	GB 50157-2013
轨道电路接口	扼流变压器对牵引电流低阻抗、对信号电流高阻抗	信号与供电接口通行设计

常见型号

按回流通道：走行轨回流（主流）、第四轨专用回流（彻底隔离供电与回流，见四轨回流制式）、第三轨制式下的走行轨回流（原理同架空制式，见第三轨供电系统）；
按连接设施：放热焊接/压接式均流线端子、可拆卸检修型均流连接、变电所回流电缆箱与回流母排；
按轨电位管理：被动控制（均流线+回流电缆优化网络）与主动控制（轨电位限制装置、负电压回流装置）两类思路并存；
按轨道电路制式：阻抗变压器贯通式（传统脉动/移频轨道电路）与无绝缘轨道电路接口式（调谐区自然贯通牵引回流，扼流设备相应简化），接口方案随信号制式确定。

执行标准

GB/T 10411《城市轨道交通直流牵引供电系统》：直流牵引供电系统构成与回流的总体依据；
GB 50157-2013《地铁设计规范》：轨电位限值与回流系统设计要求（列表外标准，仅列号）；
GB 55033-2022《城市轨道交通工程项目规范》：回流分断点、基地回流隔离等强制性要求（列表外标准，仅列号）；
EN 50122-1：轨电位限值框架、回流与接地协调的欧洲方法体系；
EN 50122 系列：铁路电气安全、接地与回流的系列标准总览。

安装与施工

均流线与回流电缆在整体道床浇筑后放热焊接或栓接于轨腰规定位置，焊接前清除轨面氧化层并预热，工艺质量决定长期接触电阻稳定性；
与轨道电路施工交叉作业时，扼流变压器中性连接板、等阻线与均流线的连接顺序须按信号专业图纸执行，防止轨道电路红光带；
回流电缆敷设按设计截面与并联回数执行，端子压接做回路电阻抽测，敷设通用要求见电缆敷设施工；
车辆基地库线回流隔离完成后，进行正线与库线回流独立性验证（分段两侧电位差测试）；
电连接类部件的通用工艺可参照电气连接（电连接）与接头制作与压接工艺。

验收要求

连通项：均流线、回流电缆逐点导通测试合格，回路电阻满足设计值；
隔离项：回流分断点两侧、基地库线与正线之间电气隔离确认；
电位项：送电后实测站台处与基地库线轨电位，满足 GB 50157-2013 限值；
接口项：轨道电路调整试验通过，扼流变压器与均流线接口无红光带；
资料项：焊接与压接记录、回路电阻测试记录齐全。

运维与检测

例行项目：均流线端子外观与温升检查（红外普测）、回流电缆终端紧固、扼流变压器状态检查；
状态评估：定期测量走行轨对地过渡电阻与轨电位分布，趋势劣化时排查均流线断股、端子松脱与轨地绝缘失效，监测手段见远程监控与在线监测；
接口管理：与信号专业共享轨道电路调整记录，涉及钢轨作业（打磨、更换）后必须复验回流连接；
缺陷处置：均流线断股或焊点虚接属于隐患级缺陷，及时纳入缺陷管理流程，评级方法见病害评级与处置时限。

常见故障与案例

均流线端子松脱/断股：列车振动与电化腐蚀使端子接触电阻增大，局部轨电位升高，红外普测可早期发现；
回流电缆烧损：接头虚接或外破导致回流电缆过热烧断，回流被迫绕行，轨电位与杂散电流同步恶化；
轨道电路与回流接口失效：扼流变压器连接板松动既影响信号又抬升轨电位，属供电与信号交叉的复合缺陷；
库线回流隔离失效：基地施工改动轨道后未恢复绝缘隔离，基地回流窜入正线，杂散电流影响范围扩大，可对照杂散电流与防护理解后果；
轨电位限值越限：大电流运行工况下站台轨电位逼近限值，需通过增补均流线、优化回流电缆并联回数整治。