地铁工程杂散电流监测防护系统讲稿
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➢ 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。
➢ 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。
➢ 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；上海有一向虹桥机场输油的石油管道，穿越上海 地铁1号线，已经发生了腐蚀。
2-4杂散电流造成人身触电
➢ 1999年开始与广州地铁总公司在地铁杂散电流防护方 面进行了科研，首次研发了杂散电流监测系统，应用 在广州地铁一号线。
➢ 2001年与上海地铁建设公司合作，开发研制了DZJ-2型 地铁杂散电流监测系统，通过了上海市科委的科技成 果鉴定，并获得了国家专利。
➢ 2006年研制出DZJ-3型分布式杂散电流监测防护系统， 并通过了教育部科技成果鉴定。
杂散电流示意图
－
＋
F
A
wk.baidu.com
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。
杂散电流监测防护系统
1 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。
➢ 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。
➢ 杂散电流引起的腐蚀比自然腐蚀要剧烈得多。杂散电流引起的 腐蚀与钢铁在电解质中发生的自然腐蚀不同，杂散电流腐蚀是 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，且杂散电流在数值上要比自然腐蚀的电流大 几十倍，甚至上千倍。
➢ 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。
所做工作
➢ 中国矿业大学长期从事煤矿井下杂散电流的研究、监测 工作，在杂散电流的危害、机理、监测、防治等方面积 累了大量经验。
➢ 出版了《杂散电流及其防护》专著，煤炭工业出版社， 1986。
➢ 作为主要起草人，参与制定了相关的煤炭行业标准， ➢ 杂散电流测试方法和装置在煤炭行业得到广泛应用。
所做工作
➢ 如果排流柜设置熔断器保护，会造成排流支路的中断， 在最需要排流的时候，排流柜起不到应有的作用。
2-6杂散电流对通信的影响
➢ 杂散电流除腐蚀地下管线外，杂散电流使通信导线与 附近大地形成电位差，会在接地的通信设备机架上形 成高电位，影响通信，甚至危及设备和人员的安全。
➢ 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。
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。
➢ 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。
➢ 监测轨道对结构钢筋的电位变化，就可以监测轨道纵 向电阻值的变化，也就可以监测走行轨回流的情况。
2-5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 缘物损坏，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，排 流柜中的核心元件排流二极管的容量有限，一般通流 能力不超过200A，因此过大的杂散电流可能烧毁排流 柜。
➢ 目前已应用在广州、武汉、深圳、上海、大连、南京、 北京等城市轨道交通工程。
2 危害
➢在地铁（或轻轨）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（迷流）。
➢ 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。
参比电极的本体电位 结构钢极化电位测量原理图
在排流网与轨道之间的水泥基础上装设参比电极， 则可测出V1与V2，ΔV= V1-V2即为排流网结构钢筋 与水泥基础间的电位差（极化电位）。
2-2杂散电流破坏混凝土结构
➢ 杂散电流通过混凝土时对混凝土本身并不产生影响。但如果有 钢筋存在，则钢筋起汇集电流的作用并把电流引导到排流点。
➢ 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。
➢ 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。
➢ 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；上海有一向虹桥机场输油的石油管道，穿越上海 地铁1号线，已经发生了腐蚀。
2-4杂散电流造成人身触电
➢ 1999年开始与广州地铁总公司在地铁杂散电流防护方 面进行了科研，首次研发了杂散电流监测系统，应用 在广州地铁一号线。
➢ 2001年与上海地铁建设公司合作，开发研制了DZJ-2型 地铁杂散电流监测系统，通过了上海市科委的科技成 果鉴定，并获得了国家专利。
➢ 2006年研制出DZJ-3型分布式杂散电流监测防护系统， 并通过了教育部科技成果鉴定。
杂散电流示意图
－
＋
F
A
wk.baidu.com
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。
杂散电流监测防护系统
1 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。
➢ 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。
➢ 杂散电流引起的腐蚀比自然腐蚀要剧烈得多。杂散电流引起的 腐蚀与钢铁在电解质中发生的自然腐蚀不同，杂散电流腐蚀是 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，且杂散电流在数值上要比自然腐蚀的电流大 几十倍，甚至上千倍。
➢ 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。
所做工作
➢ 中国矿业大学长期从事煤矿井下杂散电流的研究、监测 工作，在杂散电流的危害、机理、监测、防治等方面积 累了大量经验。
➢ 出版了《杂散电流及其防护》专著，煤炭工业出版社， 1986。
➢ 作为主要起草人，参与制定了相关的煤炭行业标准， ➢ 杂散电流测试方法和装置在煤炭行业得到广泛应用。
所做工作
➢ 如果排流柜设置熔断器保护，会造成排流支路的中断， 在最需要排流的时候，排流柜起不到应有的作用。
2-6杂散电流对通信的影响
➢ 杂散电流除腐蚀地下管线外，杂散电流使通信导线与 附近大地形成电位差，会在接地的通信设备机架上形 成高电位，影响通信，甚至危及设备和人员的安全。
➢ 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。
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。
➢ 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。
➢ 监测轨道对结构钢筋的电位变化，就可以监测轨道纵 向电阻值的变化，也就可以监测走行轨回流的情况。
2-5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 缘物损坏，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，排 流柜中的核心元件排流二极管的容量有限，一般通流 能力不超过200A，因此过大的杂散电流可能烧毁排流 柜。
➢ 目前已应用在广州、武汉、深圳、上海、大连、南京、 北京等城市轨道交通工程。
2 危害
➢在地铁（或轻轨）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（迷流）。
➢ 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。
参比电极的本体电位 结构钢极化电位测量原理图
在排流网与轨道之间的水泥基础上装设参比电极， 则可测出V1与V2，ΔV= V1-V2即为排流网结构钢筋 与水泥基础间的电位差（极化电位）。
2-2杂散电流破坏混凝土结构
➢ 杂散电流通过混凝土时对混凝土本身并不产生影响。但如果有 钢筋存在，则钢筋起汇集电流的作用并把电流引导到排流点。