城市軌道交通雜散電流的產(chǎn)生及防治

1、城市軌道交通雜散電流的產(chǎn)生及防治1 雜散電流腐蝕的機理 地鐵直流牽引供電方式所形成的雜散電流及其腐蝕部位如 圖 1 所示。圖中， I 為牽引電流， Ix 、Iy 分別為走行軌回流和泄 漏的雜散電流。由圖 1 得雜散電流所經(jīng)過的路徑可概括為兩個串聯(lián)的腐蝕電池，即電池I: A鋼軌邙日極區(qū)）B道床、土壤C金屬管 線（陰極區(qū)）電池H: D金屬管線邙日極區(qū)）E 土壤、道床F鋼軌（陰 極區(qū)）當雜散電流由圖1中A、D邙日極區(qū)）的鋼軌和金屬管線部 位流出時，該部位的金屬 Fe便與其周圍電解質(zhì)發(fā)生陽極過程的 電解作用， 此處的金屬隨即遭到腐蝕。 概括起來可將發(fā)生腐蝕的 氧化還原反應分為兩種。當金屬鐵Fe周圍的介

2、質(zhì)是酸性電解質(zhì)， 即pH7時，發(fā)生 的氧化還原反應為吸氧腐蝕，以 02 為去極化劑。2 雜散電流的影響和危害2.1 腐蝕鋼筋雜散電流對城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)鋼筋及道床鋼筋會產(chǎn)生 強烈的腐蝕。根據(jù)法拉第電解定律， 1A 的雜散電流，每年可腐 蝕鋼鐵金屬約 9.1kg 。如果這種電腐蝕長期存在，將會嚴重損壞 地鐵附近的各種結(jié)構(gòu)鋼筋和地下金屬管線，降低其使用壽命。2.2 破壞鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 雜散電流流過時對混凝土本身并不產(chǎn)生影響， 但由于鋼筋的 存在，當鋼筋受腐蝕時會產(chǎn)生鐵銹等產(chǎn)物， 這些產(chǎn)物會大大增加 鋼筋本身的體積， 從而使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生強大的壓力， 促使混凝 土結(jié)構(gòu)開裂。2.3 腐蝕金屬地埋管線

3、 由于地埋金屬管線容易聚集雜散電流， 故易被腐蝕， 應在設 計和建造過程中給予重視。 另外，雜散電流還會對沿線的地埋通 信電纜產(chǎn)生腐蝕破壞作用。2.4 雜散電流產(chǎn)生的電壓可造成人身觸電當牽引回流不暢， 形成大量的雜散電流流人地中時， 會造成 鋼軌與結(jié)構(gòu)鋼筋之間電壓的升高，對站臺上的乘客安全構(gòu)成威 脅。德國標準VDE0115規(guī)定，該電位差不得超過 92 V。2.5 引起過高的地電位 若鋼軌（走行軌）局部或整體對地的絕緣特性降低，則會引 起鋼軌對大地較大的漏泄電流， 使地下雜散電流增大， 引起過高 的地電位， 使某些設備無法正常工作， 也有可能引起牽引變電所 的框架保護動作或排流柜熔斷器的保護。3

4、 雜散電流防護的主要評價指標3.1 過渡電阻GJJ 49-92 地鐵雜散電流腐蝕防護技術規(guī)程規(guī)定，兼用 作回流的地鐵走行軌與隧洞主體結(jié)構(gòu) （或大地） 之間的過渡電阻 值，對于新建線路不應小于 15Q km運行線路不應小于 3Q km關于過渡電阻的測試方法， GJJ 49-92 規(guī)定走行軌和主體 結(jié)構(gòu)之間的過渡電阻值可使用接地電阻測試儀進行測量， 測量工 作應在停電后進行，并應斷開相應的電氣連接。測試完成后，應 將各個閉塞區(qū)間過渡電阻的測試結(jié)果， 按標準規(guī)定的方法 （即按 并聯(lián)方式計算）折合成1km長度走行軌的等值過渡電阻值。標準 EN50 1 22-2：1 999規(guī)定了 2 種過渡電阻的測試方

5、法， 均 為經(jīng)典的電壓電流法（歐姆定律）。一種方法需要斷開相鄰閉塞 區(qū)間的鋼軌連接， 這種方法的優(yōu)點是測試工作相對簡單， 但斷開 連接的準備工作比較復雜。 另一種方法無需斷開鋼軌連接， 但需 要多塊電流表監(jiān)測各個斷面的流出電流， 以便計算出通過道床泄 漏的入地電流，該方法注入電流很大，測試電壓較高，測試工作 非常復雜，可在不方便斷開鋼軌連接的時候使用。3.2 鋼軌的回流阻抗地鐵列車走行鋼軌同時作為牽引列車人流回流用， 因此鋼軌 回流阻抗越小， 從鋼軌向外流失的雜散電流也越小， 以便使牽引 回流盡可能多的暢通流回牽引變電所， 減少雜散電流的泄漏。 GJJ 49-92 規(guī)定：回流走行軌應焊接成長鋼

6、軌，其連接質(zhì)量應符合有 關標準規(guī)定， 且能滿足相應等級鋼軌縱向電阻值的要求。 回流走行軌系統(tǒng)中，每處扼流變壓器所增加的電阻值不應超過36 m長度軌道的等值電阻。 另外，對鋼軌接頭除了用魚尾板螺栓連接外， 再在兩根鋼軌之間用 2 根 120mm2 以上的絕緣銅電纜連 接。標準 EN50121-2：1999 規(guī)定，鋼軌在焊接處或連接處引入的 電阻不應超過整個縱向電阻的 5。3.3 監(jiān)測 監(jiān)測可以動態(tài)地評價金屬設施受雜散電流腐蝕的危害程度。GJJ 49-92 規(guī)定：電腐蝕危險性的直接定量指標為漏泄電流密 度；腐蝕危險性的間接指標為漏泄電流引起的結(jié)構(gòu)電位極化偏移 （電壓）值，該值應取列車運行高峰時間內(nèi)

7、測得的小時平均值。 隧洞結(jié)構(gòu)的外表面， 受雜散電流腐蝕危害的控制指標是由漏泄電 流引起的結(jié)構(gòu)電壓偏離其自然電位數(shù)值。 對于鋼筋混凝土質(zhì)地鐵 主體結(jié)構(gòu)鋼筋，上述極化電壓的正向偏移平均值不應超過 0.5 V。4 雜散電流的防治4.1 防雜散電流腐蝕防護首先是“以防為主”， 其目的是從源頭上 根本控制和減小雜散電流漏泄量。 具體做法如下： 合理的設置牽 引變電所，所間距離不宜過長，同時牽引網(wǎng)采用雙邊供電模式， 因為雜散電流值與列車到牽引變電所的距離的平方成正比； 加強 走行軌對地絕緣， 如走行軌下設置絕緣墊， 走行軌對地保持一定 間隙，設置道床排水溝， 合理設置鋼軌下面的道床混凝土層的厚 度；重視日常維護，如定時清掃線路上的油污、雜物等，保持走 行軌的清潔和絕緣水平良好。4.2 排排流只能作為一種應急手段。 排流裝置的投入會在其周圍產(chǎn) 生對地電位的下降， 從而使電流進入排流網(wǎng)， 最終從兩側(cè)向排流 點集中，通過排流設備流回牽引變電所的負極。 在這樣的前提下， 我們就應注意排流裝置的投入時機。如