軌道交通雜散電流分析及其防護技術研究

趙倩 屈寶麗

摘要：本文通過分析軌道交通雜散電流的形成及其危害，并對雜散電流的防護技術進行了論述，通過防護技術使得雜散電流盡可能完全回到牽引變電所負極，從而確保軌道交通的運營安全。

關鍵詞：軌道交通；雜散電流；防護措施

在城市軌道交通運輸系統(tǒng)中，通常采用DC電力牽引供電方式，接觸網(wǎng)（或第三軌）為正極，運行軌道為負回流線。驅動機車的牽引電機會在電力機車獲取動能后就將電能轉換為動能，然后經(jīng)由與機車車輪相接觸的軌道回流至軌道交通牽引變電所。因大地也是導體且電位為零，所以在回流過程中會有一部分將流入大地，一部分會沿著大地流向牽引變電所；而此時將會一直留在大地中的電流就是雜散電流。軌道交通雜散電流對地鐵周圍地下金屬管道、主體結構中的鋼筋發(fā)生電化學腐蝕，這樣就會縮短金屬管線的壽命，降低地下鋼筋混凝土結構的強度和耐久度，甚至會造成重大人生事故的發(fā)生。因此我們必須通過采取防護措施來解決這個問題。

一、地下雜散電流的形成與危害

（一）地下雜散電流的形成

在直流牽引供電系統(tǒng)中，牽引變電站的正極與接觸網(wǎng)相連，以鋼軌作為負極回流導體，經(jīng)過回流線與牽引變電站的負極相連。在軌道交通運營時，鋼軌中流過電流，在走行軌其自身電阻上會形成一個對地的電位分布，使走行軌中一部分電流通過過渡電阻向道床和主體結構鋼筋泄漏，并在某個地方將流回走行軌和牽引變電所負極。泄漏到道床及主體結構鋼筋的電流好像迷失方向一樣，哪里電位低，它就流向哪里，哪里電阻率低就從哪里流過，形成雜散電流，也稱迷流。軌道交通雜散電流形成原理圖如下圖所示。

軌道交通雜散電流形成原理圖

（二）雜散電流的危害

首先，雜散電流在流出主體結構鋼筋和城市自來水、煤氣及石油等其他金屬管線處時會產生電化學腐蝕，尤其城軌運行很多年后，走行軌與道床之間的絕緣扣件就會發(fā)生老化而且外表也會臟污，從而將會減小走行軌和排流網(wǎng)之間的過渡電阻，則雜散電流增大，日積月累，造成比較嚴重的腐蝕。

其次，軌道交通系統(tǒng)的鋼軌及其一些附件存在比較嚴重的腐蝕，特別是釘入道床的道釘不但經(jīng)常會被雜散電流腐蝕，而且還會因為鋼釘已釘入地下而很難發(fā)現(xiàn)腐蝕狀態(tài)。

除以上兩個方面以外，雜散電流還會使鋼軌電位限制器發(fā)生誤動作，從而使得牽引變電所負極會被作為排流柜使用，這樣也會降低鋼軌電位限制器的使用壽命。

二、軌道交通防護雜散電流的防護技術措施

軌道交通線路雜散電流防護是一項系統(tǒng)工程。雜散電流防護系統(tǒng)應堅持“以堵為主，以排為輔；堵排結合，加強監(jiān)視”的原則，采用先進的技術手段，使綜合防治效果達到現(xiàn)行國內和國際的有關標準的要求。為此采取下列措施：

（一）“堵”—源控制法

包含兩層意思：一是可以通過限制供電區(qū)段的長度、減小供電區(qū)段中負載和軌道電位、設置軌道均流線和軌道電位限制器來減小雜散電流。直流電源和回流軌道采用的是絕緣安裝，從而減少雜散電流。

二是走行軌與地絕緣越好，雜散電流也就越小，為此在軌道與軌枕之間、緊固螺栓與軌枕之間、扣件與軌枕之間采取絕緣措施，要求每公里軌道對雜散電流收集網(wǎng)的泄漏電阻值大于15歐姆。

（二）“排”—排流法

利用雜散電流的首次經(jīng)過的通路—道床內的結構鋼筋，將鋼筋良好連通形成一道屏蔽網(wǎng)，不但防止雜散電流向道床外部漏泄，還可以避免危及市政公共設施。地鐵排流網(wǎng)由混凝土整體道床內的雜散電流收集鋼筋網(wǎng)和主體結構網(wǎng)構成。

（1）雜散電流收集網(wǎng)。除用來給鋼軌枕木穿孔固定用的鋼筋外，在枕木下方的混凝土道床內，我們要設置雜散電流收集鋼筋網(wǎng)。這樣就可以收集由走行軌泄露出的雜散電流了，并通過此方式可將雜散電流排送回到牽引變電所的負極，從而避免了雜散電流流入混凝土鋼筋和地下的其他金屬導體。

（2）主體結構排流網(wǎng)。我們對區(qū)間隧道混凝土主體結構和襯砌混凝土有比較高的要求：①混凝土主體結構必須具有性能良好的防水層；②襯砌混凝土必須具有較高的低透水性和電阻率。采用連續(xù)焊接使結構加固，同時主體結構應該在區(qū)間隧道變形縫中進行焊接。同時還要設置檢測雜散電流的端子，并且將鋼筋與變形縫處的端子相連在一起，為后期的排流措施就做好了充分的準備。

（三）“測”—監(jiān)測法

地鐵系統(tǒng)雜散電流的泄漏受軌道電位的影響很大，所以軌道電位的測量檢測也是非常重要的。

在監(jiān)測點處，上下行道床上各設兩個參比電極，側墻設兩個參比電極，并穿越洞壁打入土壤，穿越部位應做好防水處理。將參比電極以及道床，隧道洞體、走行軌測量端子通過測量導線引入當?shù)亟泳€盒的傳感器，測量信號再經(jīng)測試電纜引入車站變電所內的數(shù)據(jù)處理單元。該單元一方面具備當?shù)販y量功能，以便移動測試裝置隨時監(jiān)測；另一方面具備測量信號傳輸功能，將信息通過上位機進入遠動系統(tǒng)向控制中心傳送。

三、結語

隨著網(wǎng)絡技術和軌道交通牽引供電技術的不斷提高與發(fā)展，使雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)不斷的向集中管理方向發(fā)展。由于雜散電流防護技術對軌道交通供電系統(tǒng)來說是一個非常重要的研究課題，其中監(jiān)測技術是防護技術中比較重要的研究內容，因此雜散電流防護技術措施及新的監(jiān)測技術將會進一步提高與完善。

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