城市轨道交通杂散电流的产生及防治

城市轨道交通杂散电流的产生及防治

【摘要】地铁杂散电流的防护逐渐被人们认识并重视，此文作者结合自己的实际工作经验对杂散电流的相关问题进行一些粗浅的分析，仅供参考，希望起到抛砖引玉的作用。

【关键词】轨道交通；地铁；杂散电流

1杂散电流腐蚀的机理

地铁直流牵引供电方式所形成的杂散电流及其腐蚀部位如图1所示。图中，I为牵引电流，Ix、Iy分别为走行轨回流和泄漏的杂散电流。

由图1得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、土壤→C金属管线（阴极区）

电池Ⅱ：D金属管线（阳极区）→E土壤、道床→F钢轨（阴极区）

当杂散电流由图1中A、D（阳极区）的钢轨和金属管线部位流出时，该部位的金属Fe便与其周围电解质发生阳极过程的电解作用，此处的金属随即遭到腐蚀。概括起来可将发生腐蚀的氧化还原反应分为两种。当金属铁Fe周围的介质是酸性电解质，即pH＜7时，发生的氧化还原反应是析氢腐蚀，以H+为去极化剂；当金属铁Fe周围的介质是碱性电解质，即pH≥7时，发生的氧化还原反应为吸氧腐蚀，以02为去极化剂。

2杂散电流的影响和危害

2.1腐蚀钢筋

杂散电流对城市轨道交通隧道结构钢筋及道床钢筋会产生强烈的腐蚀。根据法拉第电解定律，1A的杂散电流，每年可腐蚀钢铁金属约9.1kg。如果这种电腐蚀长期存在，将会严重损坏地铁附近的各种结构钢筋和地下金属管线，降低其使用寿命。

2.2破坏钢筋混凝土结构

杂散电流流过时对混凝土本身并不产生影响，但由于钢筋的存在，当钢筋受腐蚀时会产生铁锈等产物，这些产物会大大增加钢筋本身的体积，从而使混凝土内部产生强大的压力，促使混凝土结构开裂。

2.3腐蚀金属地埋管线

由于地埋金属管线容易聚集杂散电流，故易被腐蚀，应在设计和建造过程中

给予重视。另外，杂散电流还会对沿线的地埋通信电缆产生腐蚀破坏作用。

2.4杂散电流产生的电压可造成人身触电

当牵引回流不畅，形成大量的杂散电流流人地中时，会造成钢轨与结构钢筋之间电压的升高，对站台上的乘客安全构成威胁。德国标准VDE0115规定，该电位差不得超过92V。

2.5引起过高的地电位

若钢轨（走行轨）局部或整体对地的绝缘特性降低，则会引起钢轨对大地较大的漏泄电流，使地下杂散电流增大，引起过高的地电位，使某些设备无法正常工作，也有可能引起牵引变电所的框架保护动作或排流柜熔断器的保护。

3杂散电流防护的主要评价指标

3.1过渡电阻

GJJ49-92《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》规定，兼用作回流的地铁走行轨与隧洞主体结构（或大地）之间的过渡电阻值，对于新建线路不应小于15Ω·km，运行线路不应小于3Ω·km。

关于过渡电阻的测试方法，GJJ49-92规定走行轨和主体结构之间的过渡电阻值可使用接地电阻测试仪进行测量，测量工作应在停电后进行，并应断开相应的电气连接。测试完成后，应将各个闭塞区间过渡电阻的测试结果，按标准规定的方法（即按并联方式计算）折合成1km长度走行轨的等值过渡电阻值。

标准EN50122-2：1999规定了2种过渡电阻的测试方法，均为经典的电压电流法（欧姆定律）。一种方法需要断开相邻闭塞区间的钢轨连接，这种方法的优点是测试工作相对简单，但断开连接的准备工作比较复杂。另一种方法无需断开钢轨连接，但需要多块电流表监测各个断面的流出电流，以便计算出通过道床泄漏的入地电流，该方法注入电流很大，测试电压较高，测试工作非常复杂，可在不方便断开钢轨连接的时候使用。

3.2钢轨的回流阻抗

地铁列车走行钢轨同时作为牵引列车人流回流用，因此钢轨回流阻抗越小，从钢轨向外流失的杂散电流也越小，以便使牵引回流尽可能多的畅通流回牵引变电所，减少杂散电流的泄漏。GJJ49-92规定：回流走行轨应焊接成长钢轨，其连接质量应符合有关标准规定，且能满足相应等级钢轨纵向电阻值的要求。回流走行轨系统中，每处扼流变压器所增加的电阻值不应超过36m长度轨道的等值电阻。另外，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120mm2以上的绝缘铜电缆连接。

标准EN50121-2：1999规定，钢轨在焊接处或连接处引入的电阻不应超过整个纵向电阻的5％。

3.3监测

监测可以动态地评价金属设施受杂散电流腐蚀的危害程度。GJJ49-92规定：电腐蚀危险性的直接定量指标为漏泄电流密度；腐蚀危险性的间接指标为漏泄电流引起的结构电位极化偏移（电压）值，该值应取列车运行高峰时间内测得的小时平均值。隧洞结构的外表面，受杂散电流腐蚀危害的控制指标是由漏泄电流引起的结构电压偏离其自然电位数值。对于钢筋混凝土质地铁主体结构钢筋，上述极化电压的正向偏移平均值不应超过0.5V。

4杂散电流的防治

4.1防

杂散电流腐蚀防护首先是“以防为主”，其目的是从源头上根本控制和减小杂散电流漏泄量。具体做法如下：合理的设置牵引变电所，所间距离不宜过长，同时牵引网采用双边供电模式，因为杂散电流值与列车到牵引变电所的距离的平方成正比；加强走行轨对地绝缘，如走行轨下设置绝缘垫，走行轨对地保持一定间隙，设置道床排水沟，合理设置钢轨下面的道床混凝土层的厚度；重视日常维护，如定时清扫线路上的油污、杂物等，保持走行轨的清洁和绝缘水平良好。

4.2排

排流只能作为一种应急手段。排流装置的投入会在其周围产生对地电位的下降，从而使电流进入排流网，最终从两侧向排流点集中，通过排流设备流回牵引变电所的负极。在这样的前提下，我们就应注意排流装置的投入时机。

如新建线路，线路情况较好，对地的过渡电阻较大，因此杂散电流是很小的。如果此时投入排流设备，势必会造成杂散电流的增大，造成不必要的损失。因此对于新建线路，建议初期只投入杂散电流检测系统，只在必要的时候，再投入排流设备。

4.3监测