地铁系统杂散电流的产生危害与防护

地铁系统杂散电流的产生危害与防护

前言：杂散电流会对地下结构的金属构件如结构钢筋、沿线金属管线等产生严重的电流腐蚀作用，严重影响地铁隧道结构的主体结构安全及设备设施。通过介绍杂散电流的危害, 结合地铁运营实际案例分析，探讨防治的措施和方法，以达到减少地铁系统中杂散电流危害的目的，提高设备使用寿命，保障人身安全。

目前对杂散电流的主要防护和治理原则是：以堵为主，

以排为辅；加强监测，防止外泄。采取必要的防护措施，建立合理、有效的监测系统，对整个地铁系统的长期安全运行十分重要。

1杂散电流的产生与危害

1.1杂散电流的产生在城市轨道交通运输系统中，通常采用以地下隧道方式为主、高架桥梁方式为辅的建筑方式，机车引用直流牵引电流，通过回流轨流回变电所负极。完全理想情况是钢轨对地绝对绝缘，电流由变电所流出经接触网、机车、回流轨回到变电所负极端，流出电流等于回流电流；现实运行情况中钢轨对地及钢轨对结构钢筋等不可能完全绝缘，电流经接触网、机车流到回流轨，部分回流轨对地存在过渡电阻，负荷电流自回流轨泄漏至地下金属设施中，回流电流回到负极，部分泄露电流即为杂散电流，从而变电所流出电流等于回流电

流加上杂散电流。

1.2杂散电流的危害

杂散电流的危害特点是腐蚀强度大、分布范围比较广，

对地铁系统金属管线、通讯系统、混泥土结构及人身安全均有不同程度的危害。

1.2.1腐蚀地铁结构金属及周边结构设备金属杂散电流大小在数值要比自然腐蚀的电流大几十倍，甚至上百倍，分布范围广大，从而腐蚀地铁结构设备金属及周边结构金属，如结构钢筋、市政管道等，长期腐蚀情况下，将严重缩短金属管线等设施的使用寿命，可能造成重大危害。

1.2.2对通讯系统造成影响同时杂散电流还会对通讯设备造成影响，杂散电流流入通讯设备各个导体接线中，使得通讯系统导线与大地之间形成电位差，对通信信号造成干扰和破坏，进而影响地铁正常运行及通讯设备的使用寿命。

1.2.3腐蚀混凝土结构

钢筋被电化学腐蚀膨胀，使得混泥土开裂，从而破坏混凝土结构，降低钢筋混凝土结构的强度与耐久性，影响地铁结构的安全。

1.2.4危害人身安全

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，从而使轨道与结构钢之间的电位差增加，当这个电位差很高时，对乘客人身容易造成危害。

2杂散电流引起的事故案例及分析

案例1：2013 年8 月27 日某站区间杂散电流盾构区间连接电缆出现打火现象，对列车运行安全造成重大的安全隐患，发现后立即组织抢修，保障列车运行安全。

原因分析：该电缆连接盾构区间两侧车站隧道壁，使车站隧道壁两侧的杂散电流均匀分布，再将杂散电流回收至回流轨。正常供电方式下，隧道侧壁盾构区间连接电缆电流很小，但因一个变电所整流机组退出运行，这个供电分区采用越区大双边供电方式，连接电缆的电流比正常供电方式下的电流增大；同时因连接电缆与隧道侧壁的杂散电流测防端子连接不良，导致端子接触面接触电阻增加，加上该盾构区间的杂散电流连接电缆电流增加，从而引起电缆与测防端子连接处发红发热冒出火花。

从案例中可以看出，杂散电流的大小及防护系统的正常运作关系着地铁系统的运营安全，除了尽量减少杂散电流的量外，还需保证杂散电流防护系统中每个环节的正常运行，以免造成重大危害。

3杂散电流的防护杂散电流防护的原则为：以堵为主，以排为辅；加强监测, 防止外泄。为减少杂散电流的危害，应从系统各个方面加强防护措施。

从产生杂散电流的源头出发，降低杂散电流产生的量，对杂散电流的路径进行导流后回到变电所负极端，实时进行集中

安全排放，对电流路径形成物理隔断，同时对杂散电流进行实

时监测，

掌握杂散电流大小的实时情况。

3.1大力发挥“堵”的措施

“堵”就是从杂散电流产生的源头出发，控制所有可能泄露杂散电流的路径，减少杂散电流进入主体结构。

3.1.1产生的量方面的防护措施通过选择大截面重型钢轨和操控焊接间隙的电阻来降低钢轨纵向电阻和钢轨接缝电阻，进而减少回流轨电阻，从而减小杂散电流。在可能的情况下，减小供电距离，降低机车电流，提高牵引供电压，从而减少牵引电流。

3.1.2泄漏途径方面的防护措施

通过加大轨地过渡电阻，对回流轨采用绝缘垫安装，使电流没有回路流向地下；通过减少电缆、屏蔽门等设备与各类管线和其它钢筋结构的接触，进行绝缘安装，减少杂散电流对地铁设施的危害。同时定期对全线轨道进行清洁处理，保持钢轨清洁干燥，防止钢轨对地泄漏电阻减小。

3.2辅助实施“排”的效果

“排”就是通过地下收集网收集杂散电流，对杂散电流的路径进行导流后留回负极端，实时进行集中安全排放，以到达减少杂散电流的目的，从而减少杂散电流可能引起的危害，主要有以下几个方法：

第一、利用整体道床内的结构钢筋的可靠电气连接，建立主要的杂散电流收集网，利用隧道、车站结构钢筋的可靠电气连接，建立辅助的杂散电流收集网，收集地下杂散电流导流回到变电所，同时将盾构区间两侧车站的隧道壁连接后接入回流轨后导流；

第二、在车站设置钢轨电位限制装置，当杂散电流达到一定值时进行安全排流，保证地铁系统运营安全；

第三、定期检查收集网之间连接线、端子、负回流电缆及均流电缆的连接情况，保证设备状态良好，以免发生案例中的意外情况。

3.3增加其他保护措施

3.3.1 阳极保护法

选取还原性较强的金属，与地铁结构进行连接，这样地铁结构的金属就成为原电池的正极，还原性较强的金属就成为负极，通过消耗还原性强的金属，从而保护地铁结构金属。

3.3.2 外加阴极保护法外加阴极保护法是使用单独存在的直流电源将地铁结构金属变为阴极，然后将一些不溶性电极设置为辅助电极，结构金属在这种情况下会在表面渐渐的堆积电子，从而保护了地铁结构金属。

3.4加强监测，实时提供辅助保障杂散电流监测系统主要是测量和监视杂散电流的大小，收集和分析数据，为运行维护提供依据。