地鐵雜散電流防護(hù)技術(shù)措施

1、地鐵雜散電流防護(hù)技術(shù)措施論文導(dǎo)讀：城市地鐵工程中供電系統(tǒng)回路泄漏的雜散電流對地鐵金屬結(jié)構(gòu)和埋地管線造成嚴(yán)重的腐蝕，因此在工程建設(shè)中必須研究地鐵雜散電流的分布狀態(tài)，采取有效的措施減少雜散電流腐蝕，確保系統(tǒng)正常運(yùn)營。地鐵輕軌采用直流供電方式，利用鋼軌作為回流線，由于鋼軌對地絕緣不充分，局部負(fù)荷電流泄漏于大地，形成雜散電流。雜散電流的防護(hù)主要有兩種形式：一是控制、一是疏導(dǎo)。關(guān)鍵詞：地鐵，雜散電流，防護(hù)城市地鐵工程中供電系統(tǒng)回路泄漏的雜散電流對地鐵金屬結(jié)構(gòu)和埋地管線造成嚴(yán)重的腐蝕，因此在工程建設(shè)中必須研究地鐵雜散電流的分布狀態(tài)，采取有效的措施減少雜散電流腐蝕，確保系統(tǒng)正常運(yùn)營。1、雜散電流的形成與危害

2、地鐵輕軌采用直流供電方式，利用鋼軌作為回流線，由于鋼軌對地絕緣不充分，局部負(fù)荷電流泄漏于大地，形成雜散電流。這種雜散電流對地鐵隧道中的結(jié)構(gòu)鋼筋產(chǎn)生腐蝕，破壞了結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度，降低了其使用壽命。雜散電流腐蝕一般具有以下特點(diǎn)：腐蝕劇烈、腐蝕集中于局部位置、有防腐層時(shí)往往集中于防腐層的缺陷部位。雜散電流會(huì)引起地鐵設(shè)施、地鐵附近的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物以及埋地管線發(fā)生腐蝕，造成嚴(yán)重后果。主要表現(xiàn)在：鋼軌及其附件的腐蝕、鋼筋混凝土金屬結(jié)構(gòu)物的腐蝕、埋地管線的腐蝕、異常腐蝕。2、地鐵雜散電流腐蝕的防護(hù)形式雜散電流的防護(hù)主要有兩種形式：一是控制、一是疏導(dǎo)。如何將雜散電流降到最低程度，采取源控制;的方法乃是根本的治理

3、大計(jì)。即在地鐵建設(shè)中，首先應(yīng)有一個(gè)嚴(yán)格和完善的雜散電流防護(hù)的設(shè)計(jì)，以及嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行的一絲不茍的施工。但是，許多先期防護(hù)措施是會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸失效的，一項(xiàng)新建的雜散電流甚小的地鐵系統(tǒng)，在運(yùn)行一段時(shí)間之后，由于不可防止的污染、潮濕、漏水和受力破壞等因素，均會(huì)使原來良好的軌、地絕緣性能降低、老化或失效。當(dāng)出現(xiàn)這種情況后，排流法即成為消除雜散電流腐蝕最有效的手段，此外分段供電、在軌道上設(shè)置絕緣結(jié)、使用單向?qū)ㄑb置也是防止特殊地段雜散電流腐蝕的有效措施之一。3、地下設(shè)施防止雜散電流腐蝕的方法地下設(shè)施防止雜散電流腐蝕的措施分為被動(dòng)型和主動(dòng)型兩種。被動(dòng)型保護(hù)法主要是采取覆蓋絕緣層、鋪設(shè)在絕緣管

4、道內(nèi)、選擇適宜的路線和電分段等防護(hù)措施。對于地下設(shè)施，防止?fàn)恳娏鲝匿撥壷苯恿魅朐O(shè)施是根本的和首要的措施。具體措施如：鑄鐵管外表涂瀝青，管接頭處采用相互絕緣的連接方式；敷設(shè)鍍鋅鋼管和電纜時(shí)，應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離地鐵線路，盡量減少與地鐵線路交叉，增大交叉間距；電纜在線路下部時(shí)采用絕緣管道保護(hù)如玻璃鋼管、石棉管等；鋼管敷設(shè)在有絕緣墊的管溝內(nèi)，絕緣墊上集中放置管子；在雜散電流區(qū)域內(nèi)敷設(shè)金屬管道，采用絕緣法蘭連接等。主動(dòng)型防護(hù)方法，是基于將雜散電流從地下設(shè)施引至回流軌電氣排流防護(hù)，或?qū)⑦@些電流與相遇的電流抵消陰極保護(hù)、流通防護(hù)。主動(dòng)型防護(hù)方法主要有以下幾種方法：排流保護(hù)法排流保護(hù)法主要是為保護(hù)金屬導(dǎo)體而采取的

5、防護(hù)措施，其根本原理是將被保護(hù)的金屬導(dǎo)體對走行軌的陽極區(qū)用導(dǎo)線連接起來，使被保護(hù)的管道變?yōu)殛帢O性，從而防止金屬發(fā)生陽極腐蝕。陰極保護(hù)法雜散電流不能從鋼軌上排流時(shí)，那么需采用陰極保護(hù)。其工作原理是用專門的直流電源陰極站供出反方向的電流，來抵消地下設(shè)施流出的雜散電流。為了在大地形成上述電流，陰極站的負(fù)極引出端接至地下設(shè)施；正極引出端接至特殊陽極接地器。當(dāng)陰極保護(hù)電流等于從設(shè)施流出的雜散電流時(shí)，設(shè)施外表的電腐蝕終止；當(dāng)電流較大時(shí)，那么形成陰極極化效應(yīng)。防蝕器防護(hù)法用防蝕器防護(hù)，是由陰極保護(hù)法派生出的，其防護(hù)電流是靠電極防蝕器本身的溶解作用完成的。電極主要是由鎂的特殊合金制成的。防蝕器是在防護(hù)設(shè)施的附

6、近并用導(dǎo)線與其相連接。鋼、鋁或鉛制成的設(shè)施與防蝕器形成電偶。該電偶使防護(hù)電流到達(dá)3050mA，并通過大地閉合。防蝕器一般概念是輔助(犧牲)陽極，且使流過電流的方向是使被保護(hù)物(原陽極)成為陰極，不再被電蝕，從而得到充分的保護(hù)。防蝕器假設(shè)用電位很負(fù)的金屬構(gòu)成，那么由該輔助電極與原電極所形成電池的電動(dòng)勢來提供陰極保護(hù)電流，這實(shí)質(zhì)上是由鎂的溶解提供的，所以通常也稱為陰極保護(hù)法中的犧牲陽極法(或流電陽極法)。陽極保護(hù)法即將被保護(hù)物的電位提高到鈍態(tài)電位，從而阻止腐蝕。由于地鐵系統(tǒng)，尤其是在大城市附近，地下結(jié)構(gòu)設(shè)施復(fù)雜，顯然難以采用將被保護(hù)的設(shè)施的電位提高到鈍態(tài)電位的陽極保護(hù)法。加強(qiáng)排流法加強(qiáng)排流法即采用

7、排流防護(hù)和陰極保護(hù)的組合方法，是用和整流器的正端子與鋼軌相連接的陰極站，代替陽極接地，電源負(fù)極和被防護(hù)的設(shè)施相連接，二極管接入電路，以便提高電路的反向擊穿電壓。加強(qiáng)排流電路不同于陰極保護(hù)，優(yōu)點(diǎn)是電能消耗很小，也無需陰極保護(hù)的設(shè)備。也不同于排流防護(hù)，優(yōu)點(diǎn)是不僅在鋼軌網(wǎng)的陰極區(qū)，而在雜散電流分布的任何區(qū)域，甚至在無雜散電流時(shí)均可用于防護(hù)。4、地鐵線路防止雜散電流腐蝕的措施地鐵線路雜散電流的防護(hù)是一系統(tǒng)工程，目前常用的防護(hù)方法大致可歸納為以下三類： 讓回流軌中的電流全部流回牽引變電所的負(fù)極，而不能向地下泄漏，即在回流軌與地之間采取有效的絕緣，控制和減小雜散電流產(chǎn)生的根源，隔離所有可能的雜散電流泄漏途

8、徑，俗稱堵;； 通過與排流網(wǎng)電氣連接的測防端子和走行軌來監(jiān)測雜散電流大小，以便超標(biāo)時(shí)及時(shí)采取措施，俗稱測;； 將回流軌中局部向外泄漏的電流，以某種渠道將其引回變電所的負(fù)極，即設(shè)置合理的排流網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為雜散電流提供一條暢通的低電阻通路，俗稱排;。在直流牽引供電系統(tǒng)中，對雜散電流的防護(hù)的原那么：預(yù)防于測;，以堵;為主，堵;、排;結(jié)合。假設(shè)堵;未處理好，那么排;與測;僅是無奈之舉；而在先期的防護(hù)措施逐漸失效造成大量雜散電流時(shí)，測;和排;又起著關(guān)鍵作用。1堵;源控制法根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和雜散電流的估算公式，雜散電流值與用電列車和供電牽引變電所的距離的平方成正比，與回流走行軌的縱向電阻成正比，與牽引電流成正比，

9、與軌道對結(jié)構(gòu)鋼的過渡電阻成反比?；谏鲜鲈?，可采取以下措施：提高牽引網(wǎng)壓雜散電流值和牽引電流成正比，在相同的牽引功率下，提高直流牽引電壓，可以按相同的比例降低負(fù)荷電流值，從而到達(dá)降低雜散電流的數(shù)值。目前我國地鐵牽引供電系統(tǒng)中，供電電壓主要有750V和1500V，采用1500V電壓牽引供電可以減小雜散電流的產(chǎn)生。合理設(shè)置變電所雜散電流值與用電列車和供電牽引變電所間距的平方成正比，牽引變電所設(shè)置距離不宜過長，在運(yùn)營的地鐵正線段，牽引變電所應(yīng)向區(qū)間施行雙邊供電，盡量防止單邊供電，以減小牽引變電所之間補(bǔ)償電流，降低雜散電流。此外，車輛段或停車場單獨(dú)設(shè)牽引變電所，且其供電和正線線路供電之間應(yīng)相互絕緣。

10、回流走行軌降阻走行軌電阻較大時(shí)，回流電流在其上流過時(shí)產(chǎn)生的電壓降也大，使鋼軌對地的電位差也增大，從而增加了泄漏的雜散電流。在防護(hù)設(shè)計(jì)中選用電阻率低的材料、增大鋼軌橫截面積、將短鋼軌焊接成長鋼軌、加設(shè)均流線等措施，以降低走行軌電阻值，減少其泄漏的雜散電流?；亓鬈壓蜖恳冸娝牧銋R流排應(yīng)與地保持能承受1000V的絕緣。增大軌道對主體結(jié)構(gòu)的過渡電阻走行軌絕緣的性能的好壞是雜散電流大小的根源。增大過渡電阻就要提高鋼軌對結(jié)構(gòu)鋼的絕緣水平，可采取如下措施：嵌埋絕緣材料、調(diào)整混凝土配料、鋼軌與軌枕的絕緣連接、改善道床結(jié)構(gòu)等。2排;排流法對于新建城市軌道直流牽引供電工程，可采用各種防護(hù)措施，使回流軌對地絕緣完

11、好，不產(chǎn)生雜散電流或僅產(chǎn)生微小的雜散電流是容易做到的。但隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，回流軌與絕緣扣件之間、回流軌與道床之間的絕緣墊受空氣和灰塵的污染，以及絕緣受到破壞就會(huì)產(chǎn)生大量的泄漏電流。因此，工程建設(shè)前期在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮設(shè)置合理有效的防排流網(wǎng)裝置，將回流軌中向地下泄漏的電流引回牽引變電所的負(fù)極。地鐵防排流網(wǎng)由混凝土整體道床內(nèi)的雜散電流收集鋼筋網(wǎng)和主體結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)組成。道床內(nèi)雜散電流收集網(wǎng)在枕木以下的混凝土整體道床內(nèi)，設(shè)置收集鋼筋網(wǎng)，收集由走行軌泄漏出的雜散電流，并將雜散電流排流回到供電所的負(fù)極，防止雜散電流流向區(qū)間隧道混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋和其它金屬導(dǎo)體。主體結(jié)構(gòu)排流網(wǎng)區(qū)間隧道混凝土主體結(jié)構(gòu)中應(yīng)具有性能良

12、好的防水層，襯砌混凝土應(yīng)具有較高的電阻率和低透水性，結(jié)構(gòu)鋼筋應(yīng)采用連續(xù)性焊接，區(qū)間隧道變形縫處應(yīng)焊接引出主體結(jié)構(gòu)鋼筋，同時(shí)在此處設(shè)置雜散電流測防端子，并用鋼筋將變形縫處兩端的端子連接在一起，為采取排流措施做準(zhǔn)備。主體結(jié)構(gòu)的具體施工方式有明挖、暗挖、盾構(gòu)等，根本上代表了不同的隧道類型。A. 明挖區(qū)間隧道明挖區(qū)間隧道一般每隔一定距離需設(shè)伸縮縫(結(jié)構(gòu)段) 以緩沖鋼筋伸縮，防止雜散電流要求伸縮縫處結(jié)構(gòu)鋼筋斷開，將每個(gè)隧道段內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋在盡量減少焊點(diǎn)的前提下焊成一個(gè)電氣整體，并在結(jié)構(gòu)段兩側(cè)伸縮縫處引出結(jié)構(gòu)鋼筋的測防端子。伸縮縫雖然是從隧道設(shè)計(jì)要求設(shè)立的，但雜散電流防護(hù)要求伸縮縫處加設(shè)絕緣材料以對伸縮縫兩

13、側(cè)鋼筋進(jìn)行絕緣隔離，因?yàn)樗淼澜Y(jié)構(gòu)的距離較小時(shí)有利于將來對雜散電流沿隧道鋼筋排流，隧道結(jié)構(gòu)段一般采用60m左右。B.暗挖(礦山法)施工隧道暗挖隧道的鋼筋結(jié)構(gòu)形成是由骨架圓環(huán)鋼筋作為主要支承，骨架圓環(huán)鋼筋與縱向鋼筋焊接，鋼筋本身已焊接成統(tǒng)一的電氣整體。礦山法隧道結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土層與隧道內(nèi)壁素混凝土層間有一層防水膜，為不破壞防水層，在礦山法區(qū)間隧道只引出內(nèi)部鋼筋端子，不安裝參考電極。礦山法施工隧道一般不設(shè)置伸縮縫，但為了測量隧道鋼筋內(nèi)雜散電流，選取典型路段適當(dāng)進(jìn)行分段并斷開結(jié)構(gòu)鋼筋，用素混凝土隔離鋼筋方法，每隔250m設(shè)一縫，在縫兩側(cè)分別引出鋼筋端子。C.盾構(gòu)區(qū)間隧道盾構(gòu)區(qū)間隧道是由圓形管片通過螺栓連

14、接在一起，每個(gè)盾構(gòu)管片內(nèi)有結(jié)構(gòu)鋼筋，在隧道內(nèi)管片安裝之前是預(yù)制的，每個(gè)管片內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋成弧網(wǎng)狀，并焊接為一個(gè)電氣整體，但做到管片之間的電氣連接，實(shí)現(xiàn)起來比擬困難。在盾構(gòu)區(qū)間要實(shí)現(xiàn)排流防護(hù)一方面是涉及到盾構(gòu)管片內(nèi)部鋼筋結(jié)構(gòu)改造，費(fèi)用較高；另一方面，即使將螺栓螺母與內(nèi)部鋼筋焊接起來，也由于螺栓螺母的焊接接觸導(dǎo)致不良的電氣連接，所以對盾構(gòu)采取隔離法防護(hù)較為現(xiàn)實(shí)。管片安裝是用素混凝土連接固定的，也起了隔離作用，由于單個(gè)管片面積很小，限制了雜散電流向管片鋼筋泄漏及進(jìn)一步擴(kuò)散。D.車站建筑雜散電流防護(hù)車站的墻壁較厚，為便于在墻壁上安裝參考電極，在施工中要求側(cè)墻上安裝預(yù)制法蘭套管，套管與側(cè)墻外土壤相通，通過在

15、法蘭套管上安裝參考電極取得外部土壤電位。在有牽引變電所的車站，牽引所附近道床底板上引出排流端子，穿越道床底板時(shí)加絕緣處理以防止與道床鋼筋接觸。車站結(jié)構(gòu)鋼筋要求形成統(tǒng)一的電氣整體，同隧道鋼筋一樣，可作為第二層排流通路，車站與明挖或礦山法區(qū)間隧道接口處通過連接伸縮縫兩端的測防端子，形成縱向貫穿的電氣通路，在車站與盾構(gòu)區(qū)間接口處，采用電纜或扁鋼實(shí)現(xiàn)相鄰車站的結(jié)構(gòu)鋼筋連通，形成排流統(tǒng)一體。運(yùn)營線路排流網(wǎng)和車場排流網(wǎng)分開敷設(shè)。雜散電流收集網(wǎng)與主體結(jié)構(gòu)鋼筋絕對不能相連，雜散電流收集網(wǎng)在每個(gè)有牽引變電所車站的兩個(gè)端頭井處，設(shè)置外引排流引接線的預(yù)埋端子。沒有變電所的車站應(yīng)在每個(gè)車站的兩個(gè)端頭井內(nèi)設(shè)外引測量用的端子，端子位置設(shè)在區(qū)間隧道內(nèi)側(cè)，即站臺(tái)側(cè)。牽引變電所內(nèi)接地裝置與建筑主體鋼結(jié)構(gòu)之間必須完全絕緣，杜絕有電氣連接。變電站及沿線所有電氣設(shè)備的外殼與鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)做絕緣處理。地表和高架橋上的金屬設(shè)備外殼、各種管線、結(jié)構(gòu)鋼筋與回流軌之間不允許有電氣連接，要完全絕緣。結(jié)束語：排流法在國外取得了成功應(yīng)用，但使用排流方法也可能造成副作用，會(huì)對未采取排流措施的金屬結(jié)構(gòu)引起干擾。鑒于存在的問題