地鐵雜散電流的危害與防護措施分析

張健

摘 要：地鐵雜散電流危害著地表的環(huán)境，滲入到大地的電流會腐蝕附近的建筑，加強分散電流的防腐性認識及防腐措施的研究顯得尤為重要。本文主要就地鐵雜散電流的危害與防護措施，進行了相關(guān)的分析，以供大家交流探討。

關(guān)鍵詞：地鐵雜散電流；危害；防護措施

引 言：地鐵在運營中所產(chǎn)生的雜散電流會通過鋼軌泄漏到地上，它嚴重腐蝕地下金屬管道線路和鋼筋結(jié)構(gòu)，影響地鐵的安全運營。因此，全面考慮地鐵雜散電流腐蝕問題，探討更為有效的雜散電流腐蝕防護措施，對保證地鐵安全運營具有十分重要的意義。

1 雜散電流的產(chǎn)生與危害

1.1 雜散電流的產(chǎn)生

目前，地鐵牽引電源一般使用直流電源。在理想的狀況下，牽引電流由牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由接觸網(wǎng)（軌）、電動列車和走行軌（即回流軌）返回牽引變電所的負極。由于走行軌與大地之間的絕緣不良或不是完全絕緣，流經(jīng)走行軌的電流不能全部經(jīng)由走行軌流回牽引變電所的負極，有一部分電流會泄漏進入大地，然后再流回變電所，這部分泄漏到大地中去的電流就是雜散電流，也稱作迷流。走行軌鋪設(shè)在軌枕、道碴或整體道床上，由于鋼軌與軌枕或整體道床之間不是完全絕緣狀態(tài)，鋼軌與大地間存在一定的過渡電阻，其阻值表示了軌道和大地之間的阻性耦合和電導性耦合。有關(guān)研究表明，鋼軌與大地之間的過渡電阻與通過走行軌中的電流無關(guān)，其阻值取決于軌枕和軌道緊固件的類型、軌枕下面的墊層、污染程度、氣象條件。也就是說，與走行軌流入大地的雜散電流與道床類型、軌枕和軌道緊固類型有關(guān)，并還隨污染程度、氣象條件的變化而變化。

1.2 地鐵雜散電流危害的分析

（1） 使某些地鐵設(shè)備無法正常工作

雜散電流若流入電氣接地裝置，將引起過高的接地電位，使某些設(shè)備無法正常工作，甚至會危及人身安全。

（2） 雜散電流會逐漸的破壞混凝土結(jié)構(gòu)

電流的特性可以說成是無孔不入，這也正是其可怕之處，雜散電流在經(jīng)過混凝土進入到內(nèi)部之后，會對鋼筋支架造成腐蝕，并產(chǎn)生一系列的腐蝕物質(zhì)，表現(xiàn)在我們面前的結(jié)果就是紅銹、黑銹的產(chǎn)生等等。在產(chǎn)生這些銹跡之后，會使鋼筋的體積變粗、增大，甚至可加粗到原鋼筋的4倍左右，這樣一來，就會將水泥撐開，形成裂縫，產(chǎn)生安全隱患。

（3） 雜散電流會逐漸的腐蝕金屬材質(zhì)

金屬材質(zhì)容易被自然界中存在的水分、灰塵等腐蝕，這是不可避免的情況，但是地鐵系統(tǒng)中雜散電流對金屬材質(zhì)的腐蝕不是必然現(xiàn)象，可以有所限制，從而減少不必要的經(jīng)濟損失。雜散電流來源于地鐵系統(tǒng)中的漏電點，電流強度要比自然腐蝕電流高出幾十甚至幾百倍，破壞效果嚴重。舉個例子來說，1A的雜散電流在一年中可以毀壞掉15～18斤左右的鋼材，再加上雜散電流的破壞模式具有集中于局部的現(xiàn)象，往往會使鋼材穿孔，或是絕緣墊破損后的鋼鐵腐蝕，影響地鐵鋼鐵的使用年限。

（4） 給地鐵的安全運營帶來不利影響。

若走行軌局部或整體對地的絕緣變差，則對大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大，會使鋼軌電位發(fā)生變化，進而引起鋼軌與框架之間的電位差發(fā)生變化。當鋼軌與框架的電位差達到框架保護整定一段值時，可引起電壓型框架保護報警；當鋼軌與框架電位差達到或超過框架保護整定二段值時，根據(jù)比較情況，啟動某一段延時后，如果電壓信號一直達到或超過框架保護整定二段值時，就有可能引起牽引變電所的框架保護動作。無論是框架保護報警還是框架保護動作，都將給地鐵牽引供電的安全帶來不利影響，將直接威脅地鐵的正常的運營。

2 雜散電流的防護

雜散電流給地鐵設(shè)備、設(shè)施的安全運行和使用壽命造成影響，甚至會威脅乘客的安全，有必要對其采取防護和治理措施，以確保地鐵的安全運營。雜散電流的防護有消極措施和積極措施之分，消極的防護措施主要包括在相關(guān)金屬裝置上添加絕緣材料或防腐金屬，下面主要討論積極的防護措施。

2.1 防護原則

雜散電流的防護應采取“以堵為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測”的原則。以堵為主，就是隔離和控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進入地鐵的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備及相關(guān)設(shè)施；以排為輔，就是通過雜散電流的收集及排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回至牽引變電所負母線的通路，防止其繼續(xù)向本系統(tǒng)外泄漏，以減少腐蝕；加強監(jiān)測，就是要有完備的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)視、測量雜散電流的大小，為運營維護提供依據(jù)。

2.2 防護措施

2.2.1 降低回路電壓，保持對地的良好絕緣

在回流回路中，保持電壓降處于低值以及走行軌對地的良好絕緣，是限制雜散電流的最重要措施。為此，可以采取如下辦法。

（1） 在可能的情況下，設(shè)計時可適當縮短變電所的供電距離。

（2） 安裝平行加強回流線，也就是與走行軌并行的導線，并將其在較短距離間隔內(nèi)與走行軌連接。

（3） 走行軌盡量選用重型軌（如60 kg/m型軌），并焊接成長鋼軌。鋼軌接頭的電阻應小于5 m長的回流鋼軌的電阻值，以減少回流電阻。若采用短鋼軌，則應用魚尾板連接，并在道岔與轍岔的連接部位的兩根鋼軌之間加焊一根120 mm2及以上的絕緣銅電纜連接線，并應做到焊接可靠。

2.2.2 利用雜散電流收集網(wǎng)，減少雜散電流

（1） 為保護整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋不受雜散電流腐蝕，減少雜散電流擴散，利用整體道床內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋的可靠電氣連接，建立主要的雜散電流收集網(wǎng)，收集由鋼軌泄漏出來的雜散電流，在陰極區(qū)經(jīng)鋼軌流回牽引變電所。

（2） 對于需設(shè)置浮動道床的區(qū)段，浮動道床內(nèi)的縱向鋼筋也應電氣連接，并和整體道床內(nèi)的雜散電流收集網(wǎng)電氣連接，使隧道內(nèi)所有的道床收集網(wǎng)鋼筋在電氣上連為一體。

2.2.3 采用隔離法，減少雜散電流的漫延

（1） 在條件允許的情況下，盡可能增強整體道床結(jié)構(gòu)與隧道、車站間的絕緣。

（2） 在高架橋區(qū)段，橋梁與橋墩之間加橡膠絕緣墊，實現(xiàn)橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋與橋墩結(jié)構(gòu)鋼筋絕緣，防止雜散電流對橋墩結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕。

2.2.4 在牽引變電所，設(shè)置雜散電流排流裝置，采取這種做法，可在軌道絕緣降低致使雜散電流增大時，及時通過排流裝置，使收集網(wǎng)（主收集網(wǎng)、輔助收集網(wǎng)）中的雜散電流有暢通的電氣回路。

2.2.5 廣泛使用陰極保護，避免雜散電流的腐蝕陰極保護是防止在被保護金屬上產(chǎn)生陽極反應，從而保護這些金屬不受雜散電流的腐蝕。

2.2.6 一些特殊區(qū)段防護，在盾構(gòu)區(qū)間隧道內(nèi)，管片采用絕緣隔離措施，控制雜散電流密度在腐蝕鈍化狀態(tài)。用電纜對盾構(gòu)區(qū)間兩端的隧道連接端子進行連接。在車輛段通過恰當設(shè)置回流點和均流電纜。車輛段內(nèi)線路與正線之間以及停車場各種電化庫內(nèi)線路與庫外線路之間設(shè)置絕緣軌縫并裝設(shè)單向?qū)ㄑb置。車輛段內(nèi)電化股道和非電化股道之間、電化股道盡頭線與車檔設(shè)備之間設(shè)置絕緣軌縫。在庫內(nèi)設(shè)置鋼軌電位限制裝置。

3 結(jié)束語

總之，地鐵雜散電流給地鐵主體結(jié)構(gòu)鋼筋、電氣設(shè)備設(shè)施及地鐵周邊管線和設(shè)備造成多方面的危害，必須對其采取積極有效地防護和治理措施，以確保地鐵的安全運營。

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