随着我国城市轨道交通的快速发展,轨道交通运营线路和数量的不断增加,线路运行过程中,电流通过走行轨回流时部分电流流入大地而产生的杂散电流问题日益严重,因此对于杂散电流防护治理措施的研究,受到越来越多人的关注。杂散电流的危害包括腐蚀结构钢筋和沿线管道,造成地电位的抬升等,不仅影响设备的正常运行,严重时还会影响行车安全,杂散电流危害的解决措施包括加装排流网,缩短变电所距离和增加轨地绝缘水平等,但这些防护措施仅仅减小了杂散电流的幅值,难以从根本上解决杂散电流长期腐蚀的影响。所以针对此问题,本文设计了一种单设回流轨系统,研究该系统的关键技术。本文首先从硬件设备上对城市轨道交通系统进行优化改进,以配合单设回流轨系统的设计。硬件设备主要分为列车和回流轨两部分,针对列车设备,以B行车为基础进行研究,参考第三轨授流技术,为列车加装回流轨回流器,并对回流器的技术要求和安装位置进行选定,并通过现场测试验证回流器设计方案的可靠性。然后对列车的主电路进行改进,以使改进后的列车也能在走行轨回流线路上运行。针对回流轨设备,研究了钢铝复合轨、中间接头、膨胀接头、防爬器、端部弯头、绝缘支架、防护罩等部件,选定了回流轨回流方案和回流轨在各种路段的安装设置方案,最后制定了回流轨安全及检修措施,保障单设回流轨系统的安全稳定运行。在单设回流轨系统供电方案的设计中,采用测试与仿真分析相结合的方法。首先选取一个特定城市轨道交通线路,通过测试分析此线路走行轨回流系统的绝缘性能及泄漏情况。然后通过仿真分析软件建立单设回流轨系统模型,分析其对杂散电流的防护性能,和牵引供电系统能否满足线路运行要求,验证供电系统的可靠性和抗故障能力。针对单设回流轨系统可能发生的接地故障制定接地故障保护方案和保护测控方案。最后对单设回流轨系统的经济性进行分析,探究其实施建设的实际工程效益。通过上述研究,证明单设回流轨系统,不仅完全解决了走行轨回流时产生的杂散电流问题,并且提高了轨道交通全寿命周期的经济性,具有较好的经济和社会价值,建议可以推广采用,尤其是在新建线路建设上。