杂散电流自动监测系统简介v2
杂散电流监测系统使用说明
广州地铁二号线杂散电流监测系统使用说明中国矿业大学二００2年十月目录1系统组成 (2)1.1 系统文件组成 (2)1.2 系统功能组成 (2)2 系统运行环境 (3)3 系统运行及退出 (3)3.1 系统运行 (3)3.2 系统退出 (3)4 启动窗口操作说明 (3)4.1 系统 (4)4.2 启动设定 (4)5 杂散电流监测操作说明 (4)5.1 系统 (4)5.2 监测装置 (4)5.3 数据查阅 (4)5.4 校正设定 (7)5.5 启动设定 (8)5.6 帮助 (8)6 过渡电阻测试操作说明 (9)6.1 系统 (9)6.2 电阻测试 (9)6.3 数据查阅 (10)6.4 参数设定 (10)6.5 自动测试 (11)6.6 启动设定 (11)7 远程通讯操作说明 (12)7.1 系统 (12)7.2 电话 (12)7.3 文件收发 (13)7.4 启动设定 (13)8 程序安装 (14)杂散电流监测系统本系统为广州地铁二号线杂散电流监测系统，该系统通过微机通讯转接器，实时的将智能传感器监测的结构钢极化电位、轨道－结构钢电压、本体电位数据以及传感器状态，经监测装置自动采集并形成数据库存储在电脑硬盘内，同时可以对所采集的数据进行统计和分析。
并能对过渡电阻和纵向电阻进行自动测试，还可将数据通过网络（局域网或电话线）传输到控制中心。
1、系统组成1.1系统文件组成本系统的软件部分由以下文件组成：系统软件CurrMonII.EXE、测试数据母库.XLS、广州地铁二号线参数库.XLS、过渡电阻母库.XLS、DATA.TXT数据库 C:\SCMDatabasetD:\SCMDatabaset(备份)1.2系统功能组成本系统的软件部分包括由以下功能：杂散电流监测、过渡电阻测试和远程通讯杂散电流监测用于结构钢极化电位、轨道－结构钢电压、本体电位数据以及传感器状态的监测，对数据的统计和查询、传感器的人工和自动校正等。
深圳地铁3号线杂散电流实时监测系统
的接缝状 况 ， 而 了解 钢轨 的 回流 状 况 ， 时 消 除 隐 从 及 患， 确保轨道 交通 的安全 运行 。走行 轨偏 移 电位按 德
电所的回流 电流， 即为泄露到地下的杂散电流。 ，
２ １ 结 构钢 极 化 电压 正 向偏 移 平均 值 ．
通过监测结 构钢极 化 电压 正 向偏 移值 ， 可综合 分 析杂散 电流 的干扰状态及 结构钢发生 电蚀 的状态 。据 ＣＪ ９ ＿ ２规程规 定 ， 筋混凝 土地铁 主体 结构钢 筋 Ｊ ４ ＿９ 钢
行相应的维护 管理 。
３ １ 智能传 感器 ．
图 ２ 混凝土中式样 的阳极极化 曲线
智 能传感 器完成 对各个 监测参 数 ， 即结 构钢极 化
电压正 向偏移 平均值 、 比电极本体 电位及 走行 轨对 参 结构钢 的偏 移 电位 的采集 ， 装在 沿 线各 测试 点 处。 安
况， 判断参比电极工作是否正 常。
的极 化 电压 ３ ｉ ０ ｍｎ内 的正 向偏 移 平 均 值 不 得 超 过
列
０ ５Ｖ。根据青 岛七二 五所研究证 明 ， ． 危险 电压指标 采
用 ０ ３Ｖ更为合理 。图 ２所示为混 凝土 中式样 的阳极 ．
结构 钢
极 化曲线 ， 电流突增点 的偏 移 电压 大概为 ０ ３Ｖ， 比 ． 这
电流监测 系统 ， 以对地铁 杂散 电流 的实时监 测。本 用 系统中杂散 电流监测项 目ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ要包括 以下几项 。
１ 地铁杂散电流的形成与危害
在城市地铁 等直流供 电运输 系统 中 ， 接触 网为正 极， 走行轨兼作 负回流线 。走行轨不 可能完 全绝缘 于 道 床结构 ， 因此 钢轨 不可避 免地 向道床 及车 站 、 隧道 结构泄漏电流 ， 形成 杂散 电流 （ ｔ ｙＣ ｒ ｎ） 俗称 “ Ｓ ａ ｕｒ ｔ ， ｒ ｅ 迷 流” 。图 ｌ 为地铁杂散 电流形成示意图， 为走行轨向变 ， ｒ
杂散电流监测系统(含排流柜)、单向导通装置技术规格书
杂散电流监测系统（含排流柜）、单向导通装置技术规格书（一）杂散电流监测系统（含排流柜）1. 适用范围本技术要求适用于重庆轨道交通一号线朝沙段杂散电流监测系统，并作为投标方制定投标技术文件和供货设备的技术依据。
2. 环境条件1）环境温度：-5︒C～+44.5︒C2）污秽等级：重污区3）相对湿度：日平均：95%月平均：90%有凝露发生4）海拔高度： 1000m5）雷电日：60D/年6）地震烈度：7度3. 供货规格型号4. 采用标准（但不限于此）地铁杂散电流自动监测系统有关设备所涉及的产品标准、规范；工程标准、规范；验收标准、规范等完全满足所有中华人民共和国的条例及规范，包括：《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》CJJ49-92《低压电器外壳防护等级》GB4942.2-85《电工电子产品基本环境试验规程》GB2423-81《电磁兼容试验和测量技术》GB/T 17626《煤矿通信、检验、控制用电工电子产品基本试验方法》MT 210《交流电气装置的接地》DL/T621-1997《地铁设计规范》GB50157-2003《地铁直流牵引供电系统》GB10411-895. 系统构成本工程杂散电流监测系统采用车站（变电所）监测和控制中心集中监测二级监测系统。
杂散电流监测装置通过变电所内通信网络与电力监控系统接口，并将处理和统计后的数据传至监控中心。
杂散电流监测系统由参比电极、整体道床测防端子、地下结构测防端子、测量线、传感器、通信电缆、信号转接器、监测装置组成。
6. 系统功能杂散电流监测装置的输入端与从沿线各传感器引入的通信电缆连接，通过各监测点传感器实时采集监测分区内的结构钢筋的极化电位，参比电极自然本体电位，并对数据进行A/D转换，计算、存贮、统计并通过变电所内通信网络，将统计结果传送到变电所自动化系统，本监测系统具备以下几种功能：6.1 通信功能每个供电区间内的监测装置定期向传感器发出数据采集命令，数据按指定的格式上传到监测装置。
杂散电流监测系统(含排流柜)、单向导通装置技术规格书
杂散电流监测系统（含排流柜）、单向导通装置技术规格书（一）杂散电流监测系统（含排流柜）1. 适用范围本技术要求适用于重庆轨道交通一号线朝沙段杂散电流监测系统，并作为投标方制定投标技术文件和供货设备的技术依据。
2. 环境条件1）环境温度：-5C～+44.5C2）污秽等级：重污区3）相对湿度：日平均：95%月平均：90%有凝露发生4）海拔高度：1000m5）雷电日：60D/年6）地震烈度：7度3. 供货规格型号序号名称规格型号备注1 排流柜FM3022 参比电极MHC3 传感器FM301A4 信号转接器FM301Z5 监测装置FM3056 管理软件4. 采用标准（但不限于此）地铁杂散电流自动监测系统有关设备所涉及的产品标准、规范；工程标准、规范；验收标准、规范等完全满足所有中华人民共和国的条例及规范，包括：《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》CJJ49-92《低压电器外壳防护等级》GB4942.2-85《电工电子产品基本环境试验规程》GB2423-81《电磁兼容试验和测量技术》GB/T 17626《煤矿通信、检验、控制用电工电子产品基本试验方法》MT 210《交流电气装置的接地》DL/T621-1997《地铁设计规范》GB50157-2003《地铁直流牵引供电系统》GB10411-895. 系统构成本工程杂散电流监测系统采用车站（变电所）监测和控制中心集中监测二级监测系统。
杂散电流监测装置通过变电所内通信网络与电力监控系统接口，并将处理和统计后的数据传至监控中心。
杂散电流监测系统由参比电极、整体道床测防端子、地下结构测防端子、测量线、传感器、通信电缆、信号转接器、监测装置组成。
6. 系统功能杂散电流监测装置的输入端与从沿线各传感器引入的通信电缆连接，通过各监测点传感器实时采集监测分区内的结构钢筋的极化电位，参比电极自然本体电位，并对数据进行A/D转换，计算、存贮、统计并通过变电所内通信网络，将统计结果传送到变电所自动化系统，本监测系统具备以下几种功能：6.1 通信功能每个供电区间内的监测装置定期向传感器发出数据采集命令，数据按指定的格式上传到监测装置。
地铁杂散电流监测系统的工作原理及调试
地铁杂散电流监测系统工作原理及调试河南邦信防腐材料有限公司技术部2017年5月河南邦信防腐材料有限公司结合北京地铁十号线对杂散电流监测系统的构成进行介绍，对监测系统参比电极、氧化钼参比电极、传感器、信号转接器、监测装置等主要部件的功能进行说明，并针对该线设备现场安装具体情况对监测系统主要部件的施工方法进行介绍，为今后地铁杂散电流监控系统的施工和运营管理提供了参考。
概述北京地铁十号线一期工程是北京轨道交通线网中一条先东西走向，后南北走向的半环线。
线路起点在北京市西北部的海淀区万柳车站，终点到达劲松车站。
线路全长24.585，全部为地下线路，共设22个车站。
地铁十号线一期工程杂散电流防护采取了正线走行轨绝缘安装，利用道床设置杂散电流收集网、变电所设置排流柜的综合防护措施。
设置杂散电流监测系统通过监测道床和地下结构杂散电流收集网极化电位等数据，实现对地铁十号线一期工程的杂散电流分布的综合监测，为运营维护部门判断杂散电流防护系统状况提供依据。
1系统构成地铁十号线杂散电流监测系统采用车站（变电所）监测和控制中心集中监测二级监测系统。
杂散电流防护系统主要由氧化钼参比电极、整体道床测防端子、地下结构测防端子、测量线、传感器、通信电缆、信号转接器、变电所监测装置组成。
2系统各部分部件功能及施工方法全线在各车站混合变电所内分别设置1台杂散电流监测装置，全线共13台。
该装置经过通信电缆与该站及该站两端各半个区间内的转接器相连，转接器下连传感器，各监测点传感器经由测量线与该点结构钢和整体道床测防端子（地下结构测防端子）对应的氧化钼参比电极相连，实现对该分区结构和整体道床结构钢筋的极化电位数据采集，数据统计并上传至转接器，再由转接器将数据整合后上传至监测装置处理。
杂散电流监测装置通过变电所内通信网络与电力监控系统接口，将处理和统计后的数据传至监控中心。
如图：在每个车站的有效站台两端以及车站边缘约200m的隧道外墙及道床上设置杂散电流测量端子，上下行各16处。
地铁杂散电流监测系统方案
1概述地铁杂散电流监测系统由：传感器、转接器、监测装置和上位机组成。
传感器负责采集和上传数据；转接器负责传感器与监测装置之间的数据转接；监测装置负责对上传数据的存储、分析、计算和显示，在数据超标时进行报警并控制排流柜排流，同时监测装置还负责与控制中心的上位机以太网通信；上位机对整个系统设备进行完整描述，配置系统的运行参数，处理系统整个运行信息的记录，并进行分析、查询、打印等。
系统构成如图1—1所示。
图1—1 系统构成2主要规格和技术参数2.1 系统电压：220V2。
2 系统最高工作电压：220V2。
3 额定电流：1A2。
4 功率: < 20W2。
5 模拟输入信号：参比电极——道床结构钢筋：-2V——+2V DC参比电极——主体结构钢筋：—2V——+2V DC钢轨—结构钢：—100 +100V2。
6 测量精度：≤±0.5％2.7 信号通信方式： CAN总线、485总线、以太网2.8 传输速率：5000bit／s（CAN）、 4800bit／s(RS-485）、以太网（10M）2。
9 最大传输距离：2km(CAN）2.10 数据存储容量：≥640Kbyte (监测装置可满足存储一个月采样数据的要求)2.11 防护等级： IP54（传感器和转接器)、IP30(监测装置）2.12 接线端子：通信线为屏蔽双绞线2.13 重量：〈 5 kg2。
14 外形尺寸 2430mm×3220mm×930mm（传感器、转接器）2610mm×1790mm×970mm（监测装置）3结构简介和工作原理3。
1 结构简介3.1.1 传感器与转接器被安装在专门设计的金属箱中，金属箱上面可被打开，便于PCB板的安装、检修与接线。
传感器和转接器被安置在地铁沿线.3。
1。
2 监测装置也被安装在金属箱中，该金属箱又被固定在排流柜的门上，金属箱的正表面装有LCD、LED和按键，用于数据显示和控制。
杂散电流监测系统由杂散电流收集网
I.杂散电流监测系统由杂散电流收集网、测量端子、参考电极、区
间接线盒、测量用信号电缆、信号测量端子箱和便携式微机测控装置构成。
II.主要通过阅读图纸，查阅相关资料学习了牵引供电系统杂散电流防护的原理、杂散电流收集网测防端子引出图、杂散电流防护测试电缆联系图等。
III.杂散电流防护主要采取一下防护措施：
1）建立畅通和电气连续的牵引负回流通路，以保证在每个轨缝的电阻不大于1m钢轨的电阻值；
2）钢轨绝缘安装，车辆断、停车场和车站引入及引出轨道交通系统的给排水管采用绝缘隔离开关。
3）利用新建非盾构方式施工结构钢筋和新建整体道床结构钢筋的可靠焊接作为杂散电流收集网。
4）设立完备的杂散电流监测系统。
I.在既有段主要采用杂散电流防护的“堵”、“测”两类措施，在
该段不设杂散电流收集网。
在本线开通运营后，每隔半年时间，利用综合测控装置再高峰小时期间期间测试土建结构钢筋相
对周围混凝土介质的平均电位，以此电位作为有无杂散电流对
结构钢筋腐蚀的依据；如果测到某段结构钢筋电位超过0.5V
的标准，则该区段杂散电流超标，应对钢轨回路和钢轨泄漏电
阻进行测试检查，并结合测试结果进行维护。
5.主杂散电流收集网利用整体道床结构钢筋构成；辅助杂散电流收集
网利用隧道、车站结构钢筋构成。
在既有地下线改建段（西站至新华路段），整体道床结构钢筋以及隧道和车站的结构钢筋由于纵向不连续，不进行测防端子的电缆连接来形成杂散电流防护的收集网，只能从中引出测防端子供杂散电流监测用；而且该段的牵引变电所中也不设排流柜；对于本线的地面段，由于路基采用碎石道床，在该段不设杂散电流防护的收集网。
新型地铁杂散电流自动监测装置[发明专利]
![新型地铁杂散电流自动监测装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/dcda8a9427284b73f34250d8.png)
专利名称：新型地铁杂散电流自动监测装置专利类型：发明专利
发明人：牟龙华,金敏
申请号：CN200710036656.9
申请日：20070119
公开号：CN101226682A
公开日：
20080723
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：新型地铁杂散电流自动监测系统，包括：作为本地监测从机的多个杂散电流在线自动监测装置，与一台远方监测主机连接。
系统的处理器周围有设置在同一块PCB印刷电路板上的开关电源模块、数据采集模块、以太网通信模块、辅助硬件模块，以及人机交互模块。
开关电源模块有内置的高性能EMC滤波器。
A/D转换电路采用双极性的12位A/D转换器MAX197，MAX197内置8路采样通道。
辅助硬件模块包括EEPROM二级永久存储模块，硬件看门狗电路，自备电池日历时钟模块和串口通信接口电路。
本发明简化了系统结构；使从机之间数据共享、信息融合、协同监测，大大加强了杂散电流监测的准确度和严密性；另外也降低了监测装置的成本。
申请人：同济大学
地址：200092 上海市四平路1239号
国籍：CN
代理机构：上海智信专利代理有限公司
代理人：吴林松
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杂散电流自动监测系统简介v2
杂散电流的分布规律总结
轨道对管线局部短接时，杂散电流增大，最 大可达正常情况的4倍； 轨道局部接缝电阻偏大时，轨地电压大幅升 高； 轨地过渡电阻偏小时，杂散电流大幅增加； 多台机车频繁启动时，系统中的杂散电流相 当于各台机车单独启动所产生的杂散电流之 和.
杂散电流的防治措施
降低轨道纵向电阻和轨道接缝电阻； 降低机车电流，提高牵引供电压； 缩短供电区间长度，增设变流所； 增大轨地过渡电阻 ； 合理排流； 加强测试，主动防治；来自杂散电流防护系统的设计原则
系统模式及组成 系统监测内容 系统各部分功能 系统设计原则
系统模式及组成
分区监测模式 总体监测模式 两种模式的比较
系统模式及组成
分区监测模式
传感器 监测装置 SCADA
参比电极
排流柜
所谓分区监测是指以每个供电区间为一个区间段。 每个供电区间的所有信息最终上传到监测装置， 与SCADA系统的通信也由监测装置完成 要求每个牵引变电所提供SCADA接口。
图6 极化电位测量示意图
杂散电流破坏混凝土结构
腐蚀反应产生的腐蚀产物Fe(OH)2、 Fe2O3.xH2O（红锈）、Fe3O4（黑锈）等 在钢筋或钢管表面沉淀形成锈层，膨胀致使 混凝土涨裂。 根据研究，红锈的体积可大到原来钢筋体积 的4倍，黑锈体积可大到原来的2倍。铁锈体 积的形成，使钢筋体积膨胀，进而对周围混 凝土产生压力，使混凝土内部形成拉应力。 由于混凝土的抗拉强度很低，使混凝土沿钢 筋方向开裂 。
杂散电流示意图
－ ＋
排流网
图1 杂散电流示意图
杂散电流示意图
－
F
＋
A
E D 阳极区
排流网
阴极区
地铁杂散电流监测系统的工作原理及调试
地铁杂散电流监测系统的工作原理及调试地铁杂散电流监测系统的工作原理及调试【摘要】经过对地铁、轻轨杂散电流监测系统的施工,对其工作原理及调试进行了分析与说明。
【关键词】杂散电流，监测系统，原理，调试1.概述在我国城市地铁直流供电系统中大多采用直流电力牵引的供电方式，一般接触网（或第三轨）为正极，而走行轨兼作回流线。
由于回流线轨存在着电气阻抗，牵引电流在回流轨中产生压降，由于钢轨不可能达到完全对地绝缘,所以回流轨对地存在着电位差，回流线对道床、四周土壤介质、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四周重新归入钢轨，此泄漏电流即称迷流，又称地铁杂散电流。
杂散电流主要是对地铁四周的埋地金属管道、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，对已定型的地铁结构造成严重危害，甚至酿成灾难性的事故。
所以在地铁和轻轨正常运行时,应加强对杂散电流监测和有效判断腐蚀状况。
杂散电流监测系统就是对杂散电流的电化学腐蚀进行积极有效的监测。
2.杂散电流监测系统的重要参数杂散电流对埋于地下金属管线和混凝土主体结构中钢筋的腐蚀在本质上是电化学腐蚀，属于局部腐蚀，其原理与钢铁在大气条件下或在水溶液及土壤电解质中发生的自然腐蚀一样，都是具有阳极过程和阴极过程的氧化还原反应。
即电极电位较低的金属铁失去电子被氧化而变成金属离子，同时金属四周介质中电极电位较高的去极化剂，如金属离子或非金属离子得到电子被还原。
杂散电流的泄漏是造成地铁系统埋地金属结构电化学腐蚀的主要原因，在埋地金属结构的电化学腐蚀检测参数中，金属结构对地电位（极化电位）参数是最重要的，因为它既可以反映金属结构的腐蚀特性，又可以反映杂散电流的干扰特性。
轨道电位又是影响极化电位的主要原因,通过测量和分析钢轨、大地金属件电位的分布,就可以综合地分析杂散电流干扰状态和发生杂散电流腐蚀的状况。
地铁杂散电流监测系统的构成及综合治理
地铁杂散电流监测系统的构成及综合治理陈静【摘要】针对杂散电流产生的原因,阐述了杂散电流监测系统的基本构成,提出了杂散电流的防护综合治理的方法.同时,根据杂散电流产生的危害,通过"以防为主、以排为辅、防排结合、加强监测"的途径,结合杂散电流的监测与防护,着重从"防"、"排"两个方面采取措施,对其进行了有效的治理.研究表明,通过杂散电流监测系统的应用,有效控制了地铁杂散电流产生的危害.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2010(018)008【总页数】3页(P68-70)【关键词】杂散电流;源控法;排流法;监测系统【作者】陈静【作者单位】西安铁路职业技术学院,陕西,西安,710014【正文语种】中文【中图分类】U231随着我国经济战略布局的调整，地铁以其快捷、环保、高效等特点，作为城市的基础设施建设迅速发展，极大地缓解了日益突出的城市交通问题。
地铁大多采用直流牵引供电系统，并将走行轨作为牵引回流线。
在列车运行的不同过程（启动、加速、惰行、制动等）和不同负载（空载、轻载、重载）的情况下，走行轨的工作电流差别很大。
该电流绝大部分能经过走行轨流回到牵引变电所的负极，但仍然会有一小部分电流从轨道与地面绝缘不良的位置泄漏到道床及周围土壤介质中，形成杂散电流，俗称迷流。
杂散电流会对地下隧道结构钢筋、高架桥结构钢筋、沿线金属管线、屏蔽网等金属设施产生严重的电化学腐蚀。
如果不及时治理将会造成巨大的经济损失，甚至危及建筑设施的安全，酿成灾难性的后果。
因此，杂散电流的腐蚀防护、监测及综合治理是地铁建设和运营中的一个重大课题。
1 杂散电流监测系统的构成杂散电流监测系统由上位机、参比电极、信号电缆、传感器、信号转换器、排流柜等组成，其系统结构图如图1所示。
图1 地铁杂散电流监测系统原理图Fig.1 Metro stray current monitoring system schematic diagram由于杂散电流本身很难被检测到，所以通常的方法是测量钢轨对地的极化电压[1]。
杂散电流防护系统介绍
➢ 腐蚀强度大，危害大。范围广，随机性强。腐蚀激烈，腐蚀集 中于局部位置，当有防腐层时，往往集中于防腐层的缺陷部位。
➢ 根据法拉第电解定律，每1安培的杂散电流，每年可腐蚀钢铁金 属9.11kg。
➢ 排流网是杂散电流的良好通道，在回电点附近，杂散 电流从排流网的结构钢中流出。排流网的结构钢因失 去电子，而带正电，铁离子与水蒸气中的硫酸根离子 作用而变成硫酸盐，因而被腐蚀。
2-4杂散电流造成人身触电
➢ 地铁轨道为长轨，是由多节轨道焊接而成，因此轨道 接缝电阻值较大，而使轨道与结构钢之间的电位差增 加，如果轨道接缝处开焊，轨道接缝电阻更大，这使 轨道与结构钢之间的电位差更高。
➢ 如图4所示，在站台上，地铁乘客手脚之间的电位差 为ΔV，当这个电位差很高时，人就有死亡的危险。 德国标准VDE0115规定：这个电位差不得超过92V。
➢ 地铁隧道或轻轨基础为混凝土结构，排流网总的钢筋 有杂散电流流出时，钢筋的电位将发生正向偏移（阳 极极化）。阳极电流（流出的杂散电流）和阳极电位 变化的规律，阳极极化曲线如图2所示。
阳极极化曲线
V 0.5
0
0.6 1.0
2.0 mA/dm2
➢ 我国的CJJ49-92行业标准：《地铁杂散电流腐蚀防护 技术规程》第3.0.5条中规定：对于主体混凝土结构的 钢筋极化电压的正向偏移值不得大于0.5V，这一条作 为防腐蚀的标准。
➢ 在杂散电流由混凝土进入钢筋之处，钢筋呈阴极。如果阴极析 氢且氢气不能从混凝土逸出，就会形成等静压力，使钢筋与混 凝土脱开。
➢ 在电流离开钢筋的部位，钢筋呈阳极发生腐蚀并形成腐蚀产物 Fe(OH)2、Fe2O3.2xH2O（红锈）、Fe3O4（黑锈）等。腐蚀产物 在阳极处的堆积会以机械作用排挤混凝土而使之开裂。
杂散电流监测防护系统和控制原理
杂散电流示意图
－
＋
F
A
E D 阳极区
排流网
B 阴极区 C
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（阳极区）→B道床→C排流网（阴极区） 电池Ⅱ：D排流网（阳极区）→E道床→F钢轨（阴极区）
2-1杂散电流腐蚀金属
杂散电流对地铁或轻轨隧道结构钢筋及地下钢铁金属设施， 产生严重的腐蚀。
阳极极化曲线
V
0.5
0
0.6 1.0
2.0 mLeabharlann /dm2 我国的CJJ49-92行业标准：《地铁杂散电流腐 蚀防护技术规程》第3.0.5条中规定：对于主体 混凝土结构的钢筋极化电压的正向偏移值不得大 于0.5V，这一条作为防腐蚀的标准。
排流网结构钢筋的极化电位时可以测试出来 的，如图3所示。
根据研究，红锈的体积可大到原来钢筋体积的4倍，黑锈体积 可大到原来的2倍。铁锈的形成，使钢筋体积膨胀，进而对周 围混凝土产生压力，使混凝土内部形成拉应力。由于混凝土 的抗拉强度很低，一般只有0.88MPa～1.5MPa，使混凝土沿 钢筋方向开裂。
2-3杂散电流腐蚀埋地管线
地铁系统附近的埋地管线主要有自来水管线、石 油管线、蒸汽管线、煤气管线、等公共事业管线 以及各种电缆管等。
在杂散电流由混凝土进入钢筋之处，钢筋呈阴极。如果阴极 析氢且氢气不能从混凝土逸出，就会形成等静压力，使钢筋 与混凝土脱开。
在电流离开钢筋的部位，钢筋呈阳极发生腐蚀并形成腐蚀产 物Fe(OH)2、Fe2O3.2xH2O（红锈）、Fe3O4（黑锈）等。腐 蚀产物在阳极处的堆积会以机械作用排挤混凝土而使之开裂。
2001年，开发研制了PM326-A排流控制器、 PM321-A型地铁杂散电流监测装置，通过了北京 市科委的科技成果鉴定，并获得了国家专利。
地铁杂散电流自动监测系统及智能排流装置牟龙华翻译
Fig8 杂散电流自动监测系统图解 A. 智能传感器 如 Fig9 所示，一个传感器有三个输入终端：一个走行轨终端，一 个埋地金属结构终端和一个参比电极终端。
Байду номын сангаас
Fig9 传感器程序图解 基于内嵌式微机系统的智能传感器可以完成以下三个参数的测量： 埋地金属结构的极化电位，走行轨对地下金属结构的电位差供电段的 轨对地阻抗。 地下金属结构的极化电位值通过埋地金属结构终端和参比电极终 端测量的，埋地金属结构的极化电位测量方法见 Fig10。
Fig14PWM 控制的可变电阻原理图 PWM 控制的可变电阻的原理图如 Fig14 所示，其中 R1 为可调电 阻。 假设 是 PWM 波形的实际占空比， 是 PWM 波形的期望占空比。 I 是排出电流的实际值， 是排出电流的理论值。随后我们可以获得以 下公式
等式（11）可以变形成
V.
VI.
VII.
显然，我们并不难得到 PWM 的精确占空比 。然后，IGBT 可以 基于对 的计算进行控制。从而实现排流装置的完美调节特性。 结论 杂散电流通过大地可能危害人身安全并且可能对埋地金属结构造成 腐蚀。 因此在地铁中实行杂散电流的在线监测和防护势在必行。基于工业 以太网的杂散电流自动监测系统可以实现杂散电流的在线监测， 并为杂散 电流引起的腐蚀的控制和防护提供有价值的信息。 在地铁中安装排流装置 是限制杂散电流最有效的方式之一。新型的智能排流装置采用 PWM 控制 的可变电阻。 它可以实现排出电流的无级连续变化或者维持恒定值，并且 拥有出色的调节精度。 参考文献 [1] Ian Cotton,Charalambos,Pete Aylott,”Stray current control in DC transit railways,”IEEE Transactions onVehicular Technology,vol.54,no.2,2005,pp.722-730. [2] J.G.Yu,”The effects of earthing strategies on rail potential and stray currents in DC transit railways,”International conference on developments in mass transit systems,April,1998,pp.303-309. [3] Chen Shi-Lin,Hsu Shih-Che,Tseng Chin-Tien etc.Analusis of rail potential and stray current for Taipei Metro,IEEE Transactions on Vehicular Technology,vol.55,no.1,2006,pp.67-75. [4] W.Machczynski,”Simulation model for drainage protection of earthe-return circuits laid in stray currents area,”Electrical Engineering,vol.84,no.3,2002,pp.165-172. [5] Sim W.M, Chan C.F, ”Stray current monitoring and control on Singapore MRT system,”IEEE/PES International Conference on Power System Technology,November,2004,pp.1898-1903. [6] The prevention technique regulations of metro stray current corrosion(CJJ49-92),China Planning Press,April,1993. 作者简介 牟龙华，1963 年出生于中国江苏。分别在 1988 年和 1998 年在中国矿业 大学获硕士学位和博士学位。现在，在同济大学担任教授。他的主要研究 方向：电力系统微机保护、电能质量监测与分析，高低压智能电器、电力 电子在电力系统中的应用。 周伟，1977 年出生于中国河北。2005 年在同济大学获得电气工程硕士学 位，现在正在同济大学攻读电力工程博士学位。
杂散电流介绍
排流柜的防护作用---双刃剑
排流柜工作时的钢轨电位 排流柜不工作时的钢轨电位
杂散电流防护设计的方法
关于杂散电流收集网截面的大小计算-类似于供电计算 1. EU标准 2. 供电模拟 列出运行模拟-牵引计算 运行图模拟 全线列车运行扫描 钢轨、道床钢筋收集网、隧道钢筋收集网电位计算 校验钢筋收集网电位
全线接地系统图
接触网架空地线 接触网
牵引所
V
PE
绝缘法安装 电缆外铠
杂散电流收集网
降压所 PE
钢轨电位限制装置
电缆支架上的接地扁钢 通信或信号箱
V
PE
节点法数学模型及原理介绍
V1k-1
K-1 i1k
K V1k
i1k+1
K+1 V1k+1
1
V2k-1
i2k
V2k
i2k+1
V2k+1
2
Vmk-1
imk
Vmk
Gmk
imk+1
Vmk+1
m
参考电极的类型
? 硫酸铜(液态)
优点：精确 缺点：使用寿命短(10年)、漏液
? 锌(固体)
平方成正比。
杂散电流防护的基本措施
杂散电流防护系统对地铁设施采取的措施从其作用上来讲是有主次 分的，一方面是主要措施，是从根本上减少从钢轨上泄漏电流、直 接减少对钢轨及结构钢筋腐蚀的措施，另一方面是辅助、备用措施 ，是从腐蚀程度上缓解、在主要措施作用降低时备用措施起到缓解 用的措施。 主要措施包括： ? 加大钢轨对的泄漏电阻的措施
杂散电流的概念
OH L
钢轨电位分布
RAIL
阴极区
阳极区
阴极区
城市轨道交通杂散电流监测系统概述
城市轨道交通杂散电流监测系统概述
殷爽
【期刊名称】《地下工程与隧道》
【年(卷),期】2011(000)003
【摘要】介绍了城市轨道交通工程中杂散电流不同的监测系统的构成，分析了集中式、分散式和智能型等监测系统的配置和功能，以及智能型实时在线监测系统的重要意义，为轨道交通工程杂散电流监测系统的选择与应用提供参考。
【总页数】4页(P49-51,53)
【作者】殷爽
【作者单位】上海市隧道工程轨道交通设计研究院
【正文语种】中文
【中图分类】U239.5
【相关文献】
1.城市轨道交通线路杂散电流监测系统研究
2.城市轨道交通杂散电流监测系统及其应用
3.城市轨道交通线路杂散电流监测系统研究
4.城市轨道交通杂散电流监测防护系统分析
5.城市轨道交通杂散电流监测防护系统分析
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系统模式及组成
总体监测模式
传感器 信号转接器 监测装置 上位机
参比电极
排流柜
SCADA
所有测量信息最终上传到上位机，并受控于上 位机。 上位机与SCADA系统可以进行的通信。 图中的双向箭头代表命令和数据的双向传输。
系统模式及组成
两种模式的比较
这两种模式各有其特点和适用范围，选用哪种 系统应视具体情况而定。 总体监测模式以上位机为中心，与SCADA只 有一个接口，但其缺点是总体通信距离会受限制。 分区监测在每个供电区间为一段，每段以监测 装置为主体，通信距离缩短为供电区间长度，通 信距离没有问题，但其缺点是监测装置增加， SCADA接口也要增加。
监测内容
参比电极的本体电位 参比电极用于测量结构钢的极化电位。 但是参比电极的本体电位会随着时间的增 加而下降，当下降到一定值时会影响到测量 的精度。 监测参比电极的本体电位很有必要。
图6 极化电位测量示意图
杂散电流破坏混凝土结构
腐蚀反应产生的腐蚀产物Fe(OH)2、 Fe2O3.xH2O（红锈）、Fe3O4（黑锈）等 在钢筋或钢管表面沉淀形成锈层，膨胀致使 混凝土涨裂。 根据研究，红锈的体积可大到原来钢筋体积 的4倍，黑锈体积可大到原来的2倍。铁锈体 积的形成，使钢筋体积膨胀，进而对周围混 凝土产生压力，使混凝土内部形成拉应力。 由于混凝土的抗拉强度很低，使混凝土沿钢 筋方向开裂 。
地铁迷流对埋地金属管线和混凝土主体结 构中钢筋的腐蚀在本质上是电化学腐蚀， 这种腐蚀属于局部腐蚀。 迷流引起的腐蚀与钢铁在电解质中发生的 自然腐蚀不同，迷流腐蚀是由于外部电源 泄漏的电流作用而引起的结果，而自然腐 蚀的电流是自发进行的，且迷流在数值上 要比自然腐蚀的电流大几十倍，甚至上千 倍。 自然腐蚀的速度进行很慢，一般是经过一 段较长时间的腐蚀才能观察到，而迷流由 于数值大,使金属发生的腐蚀较快，经常遭 受迷流腐蚀的管线几个月便会穿孔。
改进轨道交通系统附近的 地下金属结构
在轨道附近的新建结构要仔细选择位置 避免电缆与管线和其它结构接触
管线和电缆的金属铠装要绝缘
对结构使用绝缘涂层 使受腐蚀影响的结构相互连接并与地铁的回流
电路相连
其他措施
控制钢轨电压恒定，使漏泄电流减至最小。按照 其所在处钢轨对地电压的高低把负馈电线的电压 恰当地叠加到钢轨上，使钢轨电压各处相同，从 而消除钢轨与大地间的电位差。 通过向埋地电极施加支流偏压来吸收钢轨对地漏 泄电流。在有道岔、铁路桥梁、隧洞或路基状况 不良而容易产尘漏泄电流之处的附近埋设电极， 在电极与钢轨间设置支流电源。适当调节电源的 电压和极性，可使该部位的漏泄电路基本上完全 被电极吸收或由电极排出，从而大幅度地减少流 经埋地结构物中的杂散电流，显著减轻其腐蚀。
杂散电流防护系统的设计原则
系统模式及组成 系统监测内容 系统各部分功能 系统设计原则
系统模式及组成
分区监测模式 总体监测模式 两种模式的比较
系统模式及组成
分区监测模式
传感器 监测装置 SCADA
参比电极
排流柜
所谓分区监测是指以每个供电区间为一个区间段。 每个供电区间的所有信息最终上传到监测装置， 与SCADA系统的通信也由监测装置完成 要求每个牵引变电所提供SCADA接口。
杂散电流烧毁排流设备
轨道与轨枕之间有绝缘相隔，如果由于某种 原因，绝缘被破坏，轨道与排流网短路，这时将 有非常大的杂散电流，通过排流网、排流柜，流 回牵引变流所负极柜，因而可能烧毁排流柜。
连续数学模型
（a）接线图
（b）节点电压
（c）节点电流
图3 轨道电压及杂散电流电流分布原理图
连续数学模型
根据图3推导出轨地电压、轨道电流、杂散电流、泄漏电 流（轨道和地之间的跨接电流）如下：
杂散电流腐蚀埋地管线
地铁系统附近的埋地管线主要有自来水管 线、石油管线、蒸汽管线、煤气管线、等 公共事业管线以及各种电缆管等。 埋地管线容易集积杂散电流，故易受腐蚀， 在设计和建造地铁时不考虑此问题会产生 极其严重的后果。 我国东北石油管道系统，穿越某直流电气 化铁路，埋地三年就发生了腐蚀穿孔，腐 蚀速度达到2.0~2.5mm/年。
v IZ
Rr L (th chx shx) R j Rr 2 Rj Rr L I r IZ (th shx chx) I R j Rr 2 R j Rr Rr Rr L I j IZ (th shx chx) I R j Rr 2 R j Rr Rr L I g vg IZg (th chx shx) R j Rr 2
杂散电流造成人身触电
地铁轨道为长轨，是由多节轨道焊接而成，轨道接缝电阻 值较大，而使轨道与结构钢之间的电位差增加，如果轨道接缝 处开焊，轨道接缝电阻更大，这使轨道与结构钢之间的电位差 更高。如图5所示，在站台上，地铁乘客手脚之间的电位差为 ΔV，当这个电位差很高时，人就有死亡的危险。德国标准 VDEO115规定：这个电位差不得超过92V。
地铁隧道或轻轨基础为混凝土结构，排流网总 的钢筋有杂散电流流出时，钢筋的电位将发生正向 偏移（阳极极化）。阳极电流（流出的杂散电流） 和阳极电位变化的规律如图3所示：
V
0.5
0
0.6
1.0
2.0 mA/m2
图5 阳极极化曲线
我国的《地铁杂散 电流腐蚀防护技术规程》 CJJ49-92 行 业 标 准 第 3.0.5 条中规定：对于主 体混凝土结构的钢筋极 化电压的正向偏移平均 值不得大于 500mV，这 一条作为防腐蚀的标准。
主要内容
杂散电流产生原理和危害 杂散电流的数学模型及分布规律研究 杂散电流危害防护的方法 杂散电流监测及防治系统设计原则
杂散电流产生原因和危害
原因： 在城市轨道交通等直流电气化轨道 运输系统中以轨道作为回流导体，由于钢 轨不可能对地完全绝缘，而且回流轨道存 在电压降，因而导致一部分负荷电流，从 轨道流到轨枕和道床及地下钢轨金属设施 中去，这部分电流，就是杂散电流。
监测内容
结构钢筋极化电压正向偏移平均值 参比电极的本体电位 钢轨对结构钢的电压值 轨道对结构钢的过渡电阻值
监测内容
结构钢筋极化电压正向偏移平均值 地铁轨道漏出来的杂散电流能否引起隧洞 结构钢筋的腐蚀，以杂散电流引起结构钢筋 的电压极化电压偏移值来确定。 《CJJ49-92地铁杂散电流腐蚀防护技术规 程》中的3.0.5条中规定：对于钢筋混凝土地 铁主体结构的钢筋，极化电压30分钟内的正 向偏移平均值不得超过500毫伏。 这一条作为设计地铁监测系统的依据。
杂散电流 监测防护系统简介
引言
在城市地铁和轻轨等轨道交通运输系统中， 一般采用直流牵引，走行轨回流，因此，不 可避免会有电流从走行轨泄入大地，对地下 或地面的金属构件如结构钢筋、地下管线等 产生严重的腐蚀。 腐蚀不仅造成大量的金属损失，更为严重的 是，可能造成结构的破坏和其他系统的损害， 由于腐蚀的隐蔽性和突发性，一旦发生事故， 往往会造成灾难性的后果，因此，对杂散电 流防护必须给予足够的重视。
杂散电流危害防护的方法
城市轨道交通工程是大型的重点工程，必须 贯彻“百年大计、质量第一”的方针，所以做好 地铁杂散电流防护是保证地铁/轻轨工程质量相 当重要的一环。对杂散电流防护的原则，应该
以堵为主 加强监测
以排为辅 防止外泄
具体做法： •加强轨道与轨枕间的绝缘； •减小回流轨的电阻 ； •铺设排流网； •采用极性排流措施。 •加强监测，预判腐蚀区域；
危害： • 杂散电流腐蚀金属 • 杂散电流破坏混凝土结构 • 杂散电流造成人身触电 • 杂散电流对通信信号造成影响 • 杂散电流烧毁排流设备
杂散电流腐蚀金属
在地铁隧道中是非常潮湿的，隧道中的水蒸 气多为酸性，金属的腐蚀是一种化学反应，其 化学反应式如下： 腐蚀产生物为金属的铁锈。 排流网是杂散电流的良好通道。在回流点附 近，杂散电流从排流网的结构钢中流出。排流 网的结构钢因失去电子，而带正电，铁离子与 水蒸气中的硫酸根离子作用而变成硫酸盐,因而 被腐蚀。
离散数学模型
对网络所有节点建立电流平衡方程，如下：
Rg Rr Rr Rg V 1 I Rr Rg Rj V2 Rj Rg 0 Rg 0 ... ... ... ... Rg 0 2 Rg Rr Rr Rg Vk 0 Rg Rj 2 Rg Rj 0 Rg Vk 1 0 ... ... ... ... Rg 0 Rg Rr Rr Vn I Rr Rg Rg Rj Rg Rj Vn 1 0
利用上式可求得网络各节点电压，然后带入单元电 流与端电压方程，即可求得各单元电流。
杂散电流的分布规律总结
直流牵引供电系统杂散电流的分布与轨地 过渡电阻、轨道纵向电阻、轨地电压、机 车电流、供电区间长度等参数有关。 利用数学模型对杂散电流的分布进行分析 表明，一般情况下，供电区间越长，轨道 纵向电阻越大，机车启动电流越高，轨地 过渡电阻越小，杂散电流越大。Βιβλιοθήκη 杂散电流示意图－ ＋
排流网
图1 杂散电流示意图
杂散电流示意图
－
F
＋
A
E D 阳极区
排流网
阴极区
B C
图2 地铁直流牵引供电方式及迷流腐蚀示意图
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（阳极区）→B道床→C排流网（阴极区） 电池Ⅱ：D排流网（阳极区）→E道床→F钢轨（阴极区）
杂散电流的分布规律总结
轨地过渡电阻对杂散电流的分布影响最大， 过渡电阻越小，杂散电流越大。过渡电阻 大于15Ω•km时，杂散电流可以忽略；过渡 电阻大于3Ω•km时，杂散电流变化很小； 过渡电阻<3Ω•km时，杂散电流变化剧烈； 过渡电阻<1Ω•km后，杂散电流漏泄严重， 必须采取有效措施进行处理。