城市轨道交通杂散电流动态监测分析及应用

城市轨道交通杂散电流动态监测分析及应用

摘要：地铁、轻轨等城市轨道交通价格便宜、速度较快深受人们群众的喜爱，

随着我国城市交通轨道线路的不断完善，城市轨道交通已经从一线城市扩展到二、三线城市，覆盖和使用范围逐渐增多。但是杂散电流的出现对城市轨道交通的安

全造成了极大的威胁。本文主要从杂散电流的产生出发，并从四个方面阐述杂散

电流的危害，然后依据工作经验从做好绝缘措施以及减少杂散电流的扩散范围简

述解决措施，以期为其他学者提供讨论的视角。

关键词：城市轨道交通；杂散电流；动态监测

引言

为缓解不断增长的交通压力，近年来国内城市纷纷上马地铁建设项目。地铁作为城市地

下土壤杂散电流的最大来源之一，会对埋地油气管道的阴极保护系统产生强烈干扰。杂散电

流在管道敷设的管道土壤中流动，使得管地电位发生发生偏移，当保护电位不足时，达不到

相应的保护效果；反之当保护电位过负时，金属表面析氢，防腐层遭剥离破坏。杂散电流还

会通过防腐层破损点流入和流出管道，电流流出位置的金属将发生阳极化并加剧腐蚀速度，

严重影响油气管道的运行安全。按照杂散电流的变化特性分类，杂散电流可分为静态杂散电

流与动态杂散电流。静态杂散电流大小在时间轴上基本保持稳定，变化范围小，一般来自其

它金属结构的阳极保护地床、固定电力设施泄漏点等。而动态杂散电流在时间轴上并不稳定，电流大小甚至方向会在时间轴上发生有序或无序的变化，一般来自城市轨道交通、电气化铁路、焊接施工等。静态杂散电流对管道阴极保护系统的干扰后果容易检测评估，整治措施相

对简单，而动态杂散电流对阴极保护系统的干扰结果呈现随时间变化而变化的特点。开展动

态杂散电流检测，除了需要覆盖电流变化的完整周期（地铁动态杂散电流检测时间一般需24

小时以上），充分考虑不同时间区段杂散电流的强弱以外，还需要考虑在特定时间区段上电

流流动的方向和变化特性，方可提高检测的准确性，作出有效的整治措施。

1城市轨道交通杂散电流问题

1.1烧毁排流设备

在城市轨道交通建设过程中会为了保证城市轨道交通的安全运营，在城市轨道长期运行

过程中会破坏轨道与枕木之间的绝缘体，进而引发短路问题产生杂散电流，杂散电流会流窜

到排流网、排流柜最终流回变电所。但是排流柜所能承载的电流有限，一般不超过200A，所

以就无法承受大量的杂散电流，最终在杂散电流流经时将排流柜烧毁。烧毁排流设备是城市

轨道交通建设中比较常见的问题，在广州地铁站就出现过排流设备烧毁所引发的交通事故。

1.2威胁乘客安全

杂散电流的腐蚀能力会破坏钢轨及金属附件，影响其效用和寿命，同时杂散电流也会威

胁到乘客的安全。大部分城市轨道交通与站台之间都有一定的距离，这种距离会让站台与城

市轨道交通中形成很大的电位差，这种电位差就很容易引发乘客触电等问题，所以国家为了

保证乘客的安全，要求城市轨道相关部门将电位差控制在92V以内，但是还是应该对杂散电

流所产生的电位差给予相应的重视，避免其危害乘客的生命安全。

2城市轨道交通杂散电流动态监测分析及应用

2.1新型杂散电流动态监测系统

为了提高杂散电流监测的准确性和实时性，解决监测参数单一、过渡电阻值在线分区段监测困难的问题，近几年，基于GB/T28026．2—2011《轨道交通地面装置第2部分：直流牵引系统杂散电流防护措施》提出的测量、计算理论，设计单位与杂散电流监测产品供货商一起开发、研制出一种新型的动态杂散电流监测系统，并在国内几条城市轨道交通运营线路上进行课题研究和测试。结构钢筋极化电位为电化学量，其反应的指标为结构钢筋表面的泄漏电流密度。在进行杂散电流监测及控制时，应利用杂散电流的直接参数来定量反映杂散电流的泄漏情况。图1为杂散电流泄漏原理示意图。

注：I———牵引变电所给列车供电的馈线电流；I1、I2———上、下股钢轨的回流电流；Ip1、Ip2———上、下股钢轨泄漏到排流网的电流；I排流———排流柜收集到的泄漏电流；I 杂散———钢轨的总泄漏电流

图1 杂散电流泄漏原理示意图

2.2监测功能

在城市轨道交通线路正常运营过程中，新型杂散电流动态监测系统可在线测量回流系统的轨道电流、轨地电位、结构钢筋极化电位等数据，并对这些数据进行处理，从而得到不同区段泄漏电流大小、电流泄漏比例、过渡电阻连续变化、极化电位连续变化等杂散电流的相关参数，使运营人员能直观地掌握杂散电流的实际状况，为杂散电流的防护、泄漏严重区段的定位，以及进行有针对性的检查及整改提供了有效的数据支撑。

2.3监测方法

2.3.1管地电位正向偏移法

埋地油气管道的直流杂散电流干扰，可以采用未施加阴极保护时管道任意点上的管地电位较自然腐蚀电位的偏移量来进行测量和评价。在参比电极与管道之间接入具有数据存储功能的测试电压表，通过连续测试记录管地电位，计算管地电位相对自然电位的正向偏移量来评价杂散电流的危害程度。国内埋地管道腐蚀防护工程检验标准GB/T19285-2014规定，当电位偏移≥20mV时，确认有直流干扰。当管道任意点上的管地电位较自然腐蚀电位正向偏移＞100mV时，应采取直流排流保护或其他防护措施。

2.3.2钢轨泄漏电流在线监测

以一个供电区间为例，将一个供电区间分成几个监测区段（以均流线、回流线为分界点）。在分界点位置装设智能传感器，用以监测钢轨中流过的电流信号。

3减少杂散电流的扩散范围

3.1增加绝缘垫

在城市轨道中的桥梁和桥墩内部都有钢筋，如果在没有采取绝缘措施，杂散电流就会从一方的钢结构扩散到另一方的钢结构中，进而造成桥梁与桥墩都发生腐蚀，因此在设计过程中必须要在桥梁与桥墩之间增加绝缘垫，防止杂散电流的扩散对其内部的钢结构造成腐蚀。同时在浇筑混凝土时可以将简支箱内部的钢结构网与主体结构的钢筋网焊接在一起，形成杂散电流排流通道，减少杂散电流对钢结构的腐蚀。

3.2设置杂散电流排流装置