城市轨道交通杂散电流的产生及防治

1、城市轨道交通杂散电流的产生及防治1 杂散电流腐蚀的机理 地铁直流牵引供电方式所形成的杂散电流及其腐蚀部位如 图 1 所示。图中， I 为牵引电流， Ix 、Iy 分别为走行轨回流和泄 漏的杂散电流。由图 1 得杂散电流所经过的路径可概括为两个串联的腐蚀电池，即电池I: A钢轨邙日极区）B道床、土壤C金属管 线（阴极区）电池H: D金属管线邙日极区）E 土壤、道床F钢轨（阴 极区）当杂散电流由图1中A、D邙日极区）的钢轨和金属管线部 位流出时，该部位的金属 Fe便与其周围电解质发生阳极过程的 电解作用， 此处的金属随即遭到腐蚀。 概括起来可将发生腐蚀的 氧化还原反应分为两种。当金属铁Fe周围的介

2、质是酸性电解质， 即pH7时，发生 的氧化还原反应为吸氧腐蚀，以 02 为去极化剂。2 杂散电流的影响和危害2.1 腐蚀钢筋杂散电流对城市轨道交通隧道结构钢筋及道床钢筋会产生 强烈的腐蚀。根据法拉第电解定律， 1A 的杂散电流，每年可腐 蚀钢铁金属约 9.1kg 。如果这种电腐蚀长期存在，将会严重损坏 地铁附近的各种结构钢筋和地下金属管线，降低其使用寿命。2.2 破坏钢筋混凝土结构 杂散电流流过时对混凝土本身并不产生影响， 但由于钢筋的 存在，当钢筋受腐蚀时会产生铁锈等产物， 这些产物会大大增加 钢筋本身的体积， 从而使混凝土内部产生强大的压力， 促使混凝 土结构开裂。2.3 腐蚀金属地埋管线

3、 由于地埋金属管线容易聚集杂散电流， 故易被腐蚀， 应在设 计和建造过程中给予重视。 另外，杂散电流还会对沿线的地埋通 信电缆产生腐蚀破坏作用。2.4 杂散电流产生的电压可造成人身触电当牵引回流不畅， 形成大量的杂散电流流人地中时， 会造成 钢轨与结构钢筋之间电压的升高，对站台上的乘客安全构成威 胁。德国标准VDE0115规定，该电位差不得超过 92 V。2.5 引起过高的地电位 若钢轨（走行轨）局部或整体对地的绝缘特性降低，则会引 起钢轨对大地较大的漏泄电流， 使地下杂散电流增大， 引起过高 的地电位， 使某些设备无法正常工作， 也有可能引起牵引变电所 的框架保护动作或排流柜熔断器的保护。3

4、 杂散电流防护的主要评价指标3.1 过渡电阻GJJ 49-92 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程规定，兼用 作回流的地铁走行轨与隧洞主体结构 （或大地） 之间的过渡电阻 值，对于新建线路不应小于 15Q km运行线路不应小于 3Q km关于过渡电阻的测试方法， GJJ 49-92 规定走行轨和主体 结构之间的过渡电阻值可使用接地电阻测试仪进行测量， 测量工 作应在停电后进行，并应断开相应的电气连接。测试完成后，应 将各个闭塞区间过渡电阻的测试结果， 按标准规定的方法 （即按 并联方式计算）折合成1km长度走行轨的等值过渡电阻值。标准 EN50 1 22-2：1 999规定了 2 种过渡电阻的测试方

5、法， 均 为经典的电压电流法（欧姆定律）。一种方法需要断开相邻闭塞 区间的钢轨连接， 这种方法的优点是测试工作相对简单， 但断开 连接的准备工作比较复杂。 另一种方法无需断开钢轨连接， 但需 要多块电流表监测各个断面的流出电流， 以便计算出通过道床泄 漏的入地电流，该方法注入电流很大，测试电压较高，测试工作 非常复杂，可在不方便断开钢轨连接的时候使用。3.2 钢轨的回流阻抗地铁列车走行钢轨同时作为牵引列车人流回流用， 因此钢轨 回流阻抗越小， 从钢轨向外流失的杂散电流也越小， 以便使牵引 回流尽可能多的畅通流回牵引变电所， 减少杂散电流的泄漏。 GJJ 49-92 规定：回流走行轨应焊接成长钢

6、轨，其连接质量应符合有 关标准规定， 且能满足相应等级钢轨纵向电阻值的要求。 回流走行轨系统中，每处扼流变压器所增加的电阻值不应超过36 m长度轨道的等值电阻。 另外，对钢轨接头除了用鱼尾板螺栓连接外， 再在两根钢轨之间用 2 根 120mm2 以上的绝缘铜电缆连 接。标准 EN50121-2：1999 规定，钢轨在焊接处或连接处引入的 电阻不应超过整个纵向电阻的 5。3.3 监测 监测可以动态地评价金属设施受杂散电流腐蚀的危害程度。GJJ 49-92 规定：电腐蚀危险性的直接定量指标为漏泄电流密 度；腐蚀危险性的间接指标为漏泄电流引起的结构电位极化偏移 （电压）值，该值应取列车运行高峰时间内

7、测得的小时平均值。 隧洞结构的外表面， 受杂散电流腐蚀危害的控制指标是由漏泄电 流引起的结构电压偏离其自然电位数值。 对于钢筋混凝土质地铁 主体结构钢筋，上述极化电压的正向偏移平均值不应超过 0.5 V。4 杂散电流的防治4.1 防杂散电流腐蚀防护首先是“以防为主”， 其目的是从源头上 根本控制和减小杂散电流漏泄量。 具体做法如下： 合理的设置牵 引变电所，所间距离不宜过长，同时牵引网采用双边供电模式， 因为杂散电流值与列车到牵引变电所的距离的平方成正比； 加强 走行轨对地绝缘， 如走行轨下设置绝缘垫， 走行轨对地保持一定 间隙，设置道床排水沟， 合理设置钢轨下面的道床混凝土层的厚 度；重视日常维护，如定时清扫线路上的油污、杂物等，保持走 行轨的清洁和绝缘水平良好。4.2 排排流只能作为一种应急手段。 排流装置的投入会在其周围产 生对地电位的下降， 从而使电流进入排流网， 最终从两侧向排流 点集中，通过排流设备流回牵引变电所的负极。 在这样的前提下， 我们就应注意排流装置的投入时机。如