地鐵雜散電流的危害與防護

劉祖洪

摘要：雜散電流是一種有害的電流，會對地鐵附近的地下金屬體（如建筑物的結構鋼筋、水管、煤氣管道等）造成電化學腐蝕。如果這種腐蝕長時間存在，會給這些建筑物、水管、煤氣管道等造成大的損害，甚至會危及其安全，如何解決是一個難題。本文從雜散電流的產生及其帶來的危害入手，對如何有效防護進行全面的闡述。

關鍵詞：地鐵 雜散電流 危害 防護

一、雜散電流的產生與危害

1、雜散電流的產生

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)，經由接觸網（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，流經走行軌的電流不能全部經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，其阻值取決于軌枕和軌道緊固件（包括鋼軌和軌枕間的絕緣墊）的類型、軌枕下面的墊層（碎石或沙石道碴或整體道床等）、污染程度、氣象條件（如濕度、雨水和霧等）。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，并還隨污染程度、氣象條件的變化而變化。

2、雜散電流的危害

地鐵中的雜散電流是一種有害的電流，會對地鐵中的電氣設備、設施的正常運行造成不同程度的影響，還會對隧道、道床的結構鋼和附近的金屬管線造成不同程度的危害。

（1）引起地鐵附近建筑物結構鋼筋、金屬管線腐蝕

地鐵附近的地下金屬體埋于地下，周圍有電解質存在，在沒有雜散電流通過時，這些金屬體所承受的滲透壓與溶解壓通常會保持平衡狀態(tài)，不會發(fā)生電化學腐蝕。但當這些金屬體中流過雜散電流時，這些金屬體所承受的滲透壓與溶解壓的平衡狀態(tài)就會被打破，就要發(fā)生電化學腐蝕。如果城軌隧道、道床或其他建筑物的結構鋼筋及附近的金屬管線（如電纜、金屬管件等）長期受到雜散電流的腐蝕，就會嚴重損壞地鐵附近的各種結構鋼筋和地下金屬管線，破壞結構鋼的強度，降低其使用壽命。

（2）使某些地鐵設備無法正常工作

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

（3）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一段整定值90V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二段整定值150V時，根據比較情況，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。

（4）危及地鐵乘客的安全

地鐵鋼軌（走行軌）除了作為牽引回流的通路與牽引變電所的負極相連外，還起屏蔽門框架保護作用而與屏蔽門相連。若走行軌某處或局部與大地間的絕緣比其他地方低，則該處的軌電位就會較低，而其他地方的軌電位會被抬高，造成部分地方的軌電位異常，甚至超過正常允許值。雖然在變電所內安裝有軌電位限制裝置（與負極相連），當走行軌的電位達到其整定值（一般為90 V和150 V）時，軌電位保護裝置會動作。但軌電位和屏蔽門對地電壓的存在，對乘客的安全構成威脅。

二、雜散電流的監(jiān)測

雜散電流的監(jiān)測項目，目前最主要是通過監(jiān)測結構鋼極化電壓正向偏移平均值，了解和掌握雜散電流對隧道結構的的腐蝕程度。根據建設部《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規(guī)程（CJJ49-92）標準，結構鋼極化電壓正向偏移值0.5伏，作為衡量雜散電流危險程度的臨界標準值。

三、雜散電流的防護

雜散電流給地鐵設備、設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。

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構、設備及相關設施；以排為輔，就是通過雜散電流的收集及排流系統，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，監(jiān)視、測量雜散電流的大小，為運營維護提供依據。

2、防護措施

（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。

a在可能的情況下，設計時可適當縮短變電所的供電距離。

b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與走行軌連接。

c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）利用雜散電流收集網，減少雜散電流

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

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

（3）采用隔離法，減少雜散電流的漫延

a在條件允許的情況下，盡可能增強整體道床結構與隧道、車站間的絕緣。

b在高架橋區(qū)段，橋梁與橋墩之間加橡膠絕緣墊，實現橋梁內部結構鋼筋與橋墩結構鋼筋絕緣，防止雜散電流對橋墩結構鋼筋的腐蝕。

（4）在牽引變電所，設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（主收集網、輔助收集網）中的雜散電流有暢通的電氣回路。

（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生陽極反應，從而保護這些金屬不受雜散電流的腐蝕。

（6）一些特殊區(qū)段防護，在盾構區(qū)間隧道內，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置回流點和均流電纜。車輛段內線路與正線之間以及停車場各種電化庫內線路與庫外線路之間設置絕緣軌縫并裝設單向導通裝置。車輛段內電化股道和非電化股道之間、電化股道盡頭線與車檔設備之間設置絕緣軌縫。在庫內設置鋼軌電位限制裝置。

三、在日常運營中，采取各種有效措施

1、定期對全線軌道線路清掃，保持線路清潔干燥，尤其是軌道扣件及鋼軌絕緣墊，不能有易導電的物質在鋼軌扣件和絕緣墊表面，避免由此而產生的軌道對地泄漏電阻的下降。

2、定期檢查各雜散電流收集網之間的連接線、負回流電纜及均流電纜的連接是否良好，連接螺栓是否生銹等。如果這些連接部件狀態(tài)不良，則應及時進行修復。

四、總結語

雜散電流是一種有害的電流，影響和危害地鐵系統中直流牽引供電系統設備設施、結構等其它設施。對地鐵雜散電流的產生、危害及如何治理加以分析和總結，希望對直流牽引供電中雜散電流的治理有所幫助。