杂散电流培训资料

杂散电流培训资料中铁电气化局集团有限公司大连地铁供电线路工程项目经理部2013年4月杂散电流防护系统介绍

1、杂散电流的产生地铁一般采用电压等级为直流1500V/750V牵引的供电方式,一般接触网(或第三轨)为正极,而走行轨兼作负回流线。直流牵引供电系统在理想状况下，牵引电流由牵引变电所的正极出发，经由接触网、电客车和走形轨流回牵引变电所的负极。由于走行轨存在着电气阻抗,牵引电流在刚轨中产生压降,并且走形轨对地存在着电位差,对道床、周围土壤介质、地下建筑物、埋设管线存在着一定的泄漏电流,泄漏电流沿地下建筑物、埋设管线等介质至负回馈点附近重新归入钢轨,此泄漏电流即称迷流,又称地铁杂散电流，如下图所示。

走形轨铺设在轨枕、道碴上，由于轨枕等的对地绝缘不良和大地的导电性能，地下的杂散电流流入大地，然后在某个地方有重新流回钢轨和牵引变电所的负极。在走行轨附近埋有地下金属管道和其他任何金属结构时，杂散电流的一部分就会由导电的金属体上流过。此时钢轨和地下金属各点对大地的电位分布如下图所示。

2、杂散电流的危害（1）地铁迷流主要是对地铁周围的埋地金属管道、电缆金属铠装外皮以及车站和区间隧道主体结构中的钢筋发生电化学腐蚀,它不仅能缩短金属管线的使用寿命,而且还会降低地铁钢筋混凝土主体结构的强度和耐久性,甚至酿成灾难性的事故。如煤气管道的腐蚀穿孔造成煤气泄漏、隧道内水管腐蚀穿孔而被迫更换等。另外,地铁迷流同时也对地铁沿线城市公用管线和结构钢筋产生“杂散电流腐蚀”,影响地铁以外沿线公共设施的安全及寿命。（2）若钢轨(走行轨)局部或整体对地的绝缘变差，则此钢轨(走行轨)对大地的泄漏电流增大，地下杂散电流增大，这时有可能引起牵引变电所的框架保护动作。而框架保护动作，则整个牵引变电所的断路器会跳闸，全所失电，同时还会联跳相邻牵引变电所对应的馈线断路器，从而造成较大范围的停电事故，影响地铁的正常运营。

3、杂散电流分布情况在杂散电流直接泄漏到大地的情况下，轨道电压，轨道电流，泄漏的杂散电流总量以及轨道与大地之间的跨接电流分布的一般规律：（1）轨道电压：从变电所到机车处，轨道电压逐渐增加，在变电所为负的最大值，在机车处为正的最大值，在机车与变电所中间位置为零；

（2）轨道电流：从变电所到机车处轨道电流先减小后增加，以变电所和机车处轨道电流最大且相等，以机车与变电所中点对称，在机车与变电所的中点处最小，此处的轨道电流损失最严重；（3）泄漏杂散电流总量：从变电所到机车处泄漏杂散电流总量先增加后减少，在变电所和机车处为零，在机车与变电所的中点处最大，此处泄漏的杂散电流最大，整个分布规律也是以机车与变电所中点对称。

4、杂散电流的防护与监测杂散电流防护是一个综合性工程，实施中涉及到各个专业。当前杂散电流防护设计方法主要是防、排、堵结合的方法：首先在设计阶段就要将产生杂散电流的各种因素全面考虑，如变电所位置的设置、轨道绝缘指标、供电距离等即为‘防’：其次是控制杂散电流产生的源头，减少杂散电流产生的数量，即为‘堵’；再次就是对已产生的杂散电流采取排流或其它方法减少其腐蚀危害，即为‘排’。下面主要介绍‘排’和‘堵’的方法。

（1）控制杂散电流的产生通过上述的研究规律，地铁交通系统可通过如下措施减少杂散电流的产生。

1）减小钢轨阻抗地铁列车走行钢轨同时作为牵引列车电流回流用，因此钢轨阻抗越小，从钢轨向外流失的杂散电流也越小，减少钢轨阻抗的有效办法是采用长钢轨，钢轨越长，钢轨接头就越少，钢轨的阻抗也就越小。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150mm2以上的绝缘铜电缆连接。

2）走行钢轨采用点支承减少钢轨与地面的接触面也是减少杂散电流的方法之一，为此走行钢轨采用点支承，即用混凝土软枕作为支承。

3）钢轨与地绝缘钢轨与地绝缘越好，杂散电流也就越小，为此在钢轨与混凝土软枕之间、紧固用螺栓与混凝土软枕之间、扣件与混凝土软枕之间采取绝缘，设置专门的绝缘层，要求每公里轨道对杂散电流收集网的泄漏电阻值大于10Ω。

4）设置杂散电流收集网杂散电流收集网由上、下两排纵向钢筋组成，杂散电流收集网与隧道的结构钢筋间应绝缘，不能相连。杂散电流收集网在每个牵引变电所的两个端头设引出端子，用以测量和收集杂散电流。

5）减小变电所之间的距离供电距离越短，轨道泄漏电流和轨道电压越低，杂散电流越小，对结构件筋或金属管线产生的腐蚀也就越小。因此，在和置牵引变电所位置时应适当考虑减小变电所距离，接触网采用双边供电，尽量不采用单边供电方式。

6）埋地金属管线绝缘安装安装在地铁沿线的各种电缆、水管等金属结构件，应采用绝缘安装。（2）杂散电流的监测由于无法对地铁杂散电流进行直接测量，通常都采用间接的办法来反映杂散电流对结构件的腐蚀情况。遭受杂散电流腐蚀程度的指标，是由结构件表面向周围泄漏的电流密度来确定的。实际应用中由于电流密度难以直接进行测量，只有通过测量结构件电位极化偏移进行判断。地铁杂散电流检测系统由传感器、参考电极、检测系统组成，监测的主要参数有轨道电位、结构件的极化电位、轨地过渡电阻和轨道纵向电阻等。

《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》(CJJ49—92)规定，必须测量结构件极化电压正向偏移平均值，以及走行轨与结构件之间电压的变化情况。为此，必须设置完备的杂散电流监测系统，监测主体结构件是否遭受杂散电流腐蚀，以便及时采取措施，确保轨道交通主体结构及周边设施的安全。

1）现有监测方案

a、利用排流柜进行监测排流柜安装在牵引变电所内，所采集的数据是回流点处的数据。机车在牵引变电所之问运行时，两牵引变电所间从轨道泄入结构中的杂散电流是不同的，从而引起沿线不同地点的结构件的极化电位不同。因此，回流点钢筋极化电位小于0.5V，并不能确保两牵引变电所所有结构件极化电位均小于0.5V；同样，若回电点极化电位大于0.5V(超过cJJ49—92标准规定要求)，也并不表示两牵引变电所间的极化电位均超过0.5V。这样势必影响对杂散电流超标与否的正确判断，有碍及时准确地判断杂散电流增大的原因。另外，该方法所采集数据模拟量传输距离太长，也远远超过规程规定(10m)的要求，有碍精确数据的采集。

b、分散式杂散电流监测该系统由参考电极、接线盒、信号测量电缆、测试箱、综合测试装置和微机管理系统组成。其构成示意图如下图所示。

分散式杂散电流监测系统其原理图如上。该监测系统由参考电极、排流网测试端子、接端盒、测试线缆，杂散电流综合测试端子，杂散电流测试装置等构成。该监测系统需要在每个车站安装一台杂散电流测试端子箱，将该车站区段内的参考电极端子和测试端子用电缆接至接线盒，再由统一的测试电缆引入测试端子箱内的连接端子；实测时用移动式微机型综合测试装置分别在每个测试端子箱进行测试及数据处理。

CJJ49-92第6.3.2条规定：监测点测量导线的截面积不应小于2．5mm2，长度不宜超过10m。上图可知，利用该方法监测，轨道交通沿线必须敷设大量的电缆，更值得引起重视的是，由于模拟量传输距离过长，远远超过规程规定的要求，直接影响到采集数据精确程度，也给杂散电流防护系统的同常维护带来不便。

C、集中式杂散电流监测该系统由参考电极、传感器、信号转接器和微机管理系统组成。

该监测系统通过传感器在城市轨道交通沿线监测点附近及时将所采集到的主体结构件的极化电位(模拟量)和钢轨(回流轨)对主体结构件的电位经短距离的传输及时转化(数字量)，避免了长距离模拟量传输造成的误差。监测装置安装在车站的监测室内。监测装置与传感器之间用传输线进行传输，按照一定的时例次序把传感器的信号传到监测装置上，这样就确保了所读数据的准确性。该监测系统可采集下面三个参数：

1）结构件对参考电极的电位；

2）轨道对结构件的电位；

3）参考电极的本体电位。尽管集中式杂散电流监测系统智能化程度较高，所测数据精确度也较高，但仍不够完善，还未能完全彻底地监测杂散电流正常维护的参数(如轨道地过渡电阻)，而且这种监测模式总体监测范围受通信距离的限制，只能达到20公里。

d、分布式杂散电流监测系统所谓分布式监测是指以每个供电区间为相对独立的一段，每段以一台监测装置为核心，组成一个监测网络子系统。不同的监测子系统通过变电所综合自动化(SCADA)的通信通道，汇集到地铁的控制中心的主机，再形成对全线杂散电流的监测。这样，杂散电流监测系统的通信距离缩短为供电区间长度，对于目前的现场总线技术而言，通信距离均能满足要求。监测原理如下图。

相对于排流柜监测、分散式监测和集中式监测系统，杂散电流分布式监测系统有如下优点：

(1)资源共享。将分布式杂散电流监测纳入电力监控系统，提高了杂散电流监测和防护系统的可靠性，使得杂散电流监测数据能够及时反映在轨道交通的控制中心，对整个线路的运行提供及时地信息。并且可以获得以前作为独立系统所不能获得的数据，如牵引电流、回流电流等，有助于对全线的杂散电流的分布和结构件的腐蚀情况做出含理的预测，并给出合理的防护建议。

(2)安全性高。分布式杂散电流监测系统由多个相对独立的子系统组成，某个设备或子系统出现故障时，对整条线路的监测影响较小，有助于轨道交通的安全运行。

(3)通信距离不受限制。由于借助了变电所综合自动化系统的通信通道，杂散电流监测的通信距离只需满足每个子系统的通信要求即可，。一般均在4公里以内，目前的现场总线技术均能满足要求，并且随着线路的延伸，可无限扩展。

(4)建设成本低。分布式杂散电流监测系统不需单独组成通信网络，节省大量的通信电缆一降低了轨道交通的建设费用。

(5)网络简化。分布式杂散电流监测系统有传感器、监测装置和监控中心组成两级网络，相对于集中式监测系统，使通信网络简化，系统更加简单灵活。综上所述，分布式杂散电流监测系统更加符合城市轨道交通的需求。

2）主要监测参数的意义及方法

a、参考电极的本体电位在地铁杂散电流腐蚀的环境下，为准确测定结构件极化电位，需有一个稳定的电位参考点，称为参考电极，其本体电位是测量轨道电位和极化电位的基准。监测参考电极的本体电位，还可了解参考电极的工作状况，判断参考电极的工作是否正常。

b、极化电位地铁轨道泄漏出来的杂散电流能否引起隧道结构件筋的腐蚀，以杂散电流引起结构件的极化电位偏移值来确定。因此在《CJJ49-92地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》中规定：对于地铁钢筋混凝土主体结构的钢筋，极化电位30分钟内的正向偏移平均值不得超过0.5V，这一条是作为设计地铁杂散电流监测系统的基本依据。

由于结构件的极化电位不能直接测量，因此需要参考电极提供参考电位来辅助测量。由于参考电极的电位本身会发生漂移，并且在地铁的复杂环境下，可能会受到外界因素的影响而发生变化，因此参考电极的本体电位需要及时修正，以提高对结构件极化电位的测量精度，修正方法是每天列车停运时，在没有杂散电流干扰的情况下测量出的结构件对参考电极的电位作为参考电极的本体电位。

C、轨道对地的过渡电阻轨道对地之间的过渡电阻是考察轨道绝缘的一个很重要的参数。《CJJ49—92地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》中的4.4.1条规定：走行轨与隧道主体结构间过渡电阻新建地铁不应小于15Ω／km，已经运营的地铁不应小于3Ω／km，监测系统需要每天监测这个数据，以保证地铁安全运行。

D、钢轨的纵向电阻