城市軌道雜散電流的危害與防治

張同心

摘 要：城市軌道地下區(qū)段中，因回流軌與大地不能絕對絕緣，導(dǎo)致有部分電流滲入地下形成雜散電流。本文介紹了雜散電流的成因，并論述了雜散電流的危害以及目前常用的防治措施。

關(guān)鍵詞：地鐵 雜散電流 防治措施

中圖分類號：TU856 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0119-01

城市軌道交通具有運量大，節(jié)能環(huán)保，安全舒適，不占用地面空間等特點，因此成為許多城市在發(fā)展的過程中用以緩解交通壓力的一種有效途徑?，F(xiàn)行的軌道交通主要采用直流供電。牽引變電所通過接觸網(wǎng)或第三軌向機車供電，利用走行軌作為電流的返回線。但是，由于走行軌與地面之間不可能做到絕對絕緣，會用部分電流滲入大地，這部分電流就成為雜散電流，也叫做迷流。雜散電流是一種有害電流，會對地下結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋、金屬管線等設(shè)備造成電化學(xué)腐蝕，降低結(jié)構(gòu)強度。相關(guān)資料表明，在自然條件下，大小為1 A的電流可以在1年內(nèi)腐蝕掉9.13 kg鋼鐵或33.5 kg鉛。對北京地鐵的實測結(jié)果表明，列車在啟動和運行時流入地下的雜散電流一般要大于100 A。歷史上也出現(xiàn)過一些因為雜散電流造成的地鐵事故，例如北京地鐵一期工程的主體機構(gòu)中的鋼筋已發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的雜散電流腐蝕；北京、天津地鐵都有水管被侵蝕穿孔的情況；香港也曾因雜散電流腐蝕煤氣管道引起煤氣泄漏；英國曾發(fā)生過因為雜散電流腐蝕而發(fā)生的鋼筋混泥土塌方事故。可見，雜散電流對于地鐵的危害還是相當(dāng)大的。

1 雜散電流的危害

雜散電流對地下結(jié)構(gòu)的危害主要表現(xiàn)在以下幾方面：軌道結(jié)構(gòu)：因鋼軌與列車相連，處在陽極區(qū)，雜散電流會對軌道結(jié)構(gòu)造成腐蝕，縮短軌道結(jié)構(gòu)的使用壽命。據(jù)相關(guān)資料介紹，這種現(xiàn)象在道岔區(qū)和隧道內(nèi)尤為明顯，在有些地區(qū)，每隔2～3年就要對軌道進行更換。地下結(jié)構(gòu)中的鋼筋：雜散電流本身對混凝土并不會造成損傷，但當(dāng)雜散電流通過混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋時，會腐蝕鋼筋。鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕進而生成體積膨脹，往往造成混凝土的開裂。由于結(jié)構(gòu)物的鋼筋一旦施工完成就很難更換，這種腐蝕尤其應(yīng)該引起注意。埋地管線：因地鐵建設(shè)于地下，雜散電流容易對各種埋于地下的金屬管線造成腐蝕，例如自來水管，煤氣管線，石油管線等。若在設(shè)計的時候沒有考慮雜散電流對其的影響，可能會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的后果。其他不利影響：根據(jù)有關(guān)研究，雜散電流流入大地會導(dǎo)致大地的接地電位升高，可能導(dǎo)致地鐵某些設(shè)備無法正常使用，給地鐵運營的安全帶來不利的影響，危及乘客的安全，也可能導(dǎo)致通信系統(tǒng)的故障。

2 雜散電流的防治原則

雜散電流的防護原則為“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測”?！胺馈敝傅氖欠乐闺s散電流流入大地，因為是從源頭對雜散電流進行控制，是一種主動的防治方法，應(yīng)當(dāng)以其作為主要的防治手段?！芭拧敝傅氖墙⑦B續(xù)的雜散電流收集網(wǎng)，使泄漏的雜散電流通過排流網(wǎng)可以返回到牽引變電所，以減少其危害。因為是在雜散電流已經(jīng)形成后再進行防治，所以只能作為一種輔助手段。在運營的過程中，應(yīng)合理的運用兩種防治手段，并注重雜散電流的監(jiān)測。

3 雜散電流的防治方法

雜散電流的防治方法有很多，按照雜散電流的防治原則可以分為主動防治和被動防治兩類。

3.1 主動防治

該類方法的主導(dǎo)思想是在源頭上盡力消除雜散電流的泄漏，如：（1）降低鋼軌的阻抗：因鋼軌本身具有電阻，在電流回流的時候會產(chǎn)生電壓降，繼而與大地電勢出現(xiàn)電勢差，形成雜散電流。因而在允許的情況下，走行軌應(yīng)盡可能選用重型軌，并確保鋼軌接頭的電氣連接可靠，使回流路徑的阻值盡可能低，以降低鋼軌的阻抗，減少雜散電流的可靠。（2）縮短變電所之間的距離：根據(jù)雜散電流的估算公式，雜散電流的大小與供電距離的平方成正比，所以在可能的情況下，盡量縮短兩所變電所之間的距離可以有效地降低雜散電流的泄漏。（3）保證鋼軌與道床的良好絕緣：對從鋼軌向大地泄漏的部分均采取隔離措施，也可以有效的減少雜散電流的泄露。例如可以在鋼軌鋼軌下加絕緣墊，并使用絕緣扣件。由于雜散電流在道岔處的危害更大，所以在道岔處應(yīng)加強絕緣。（4）加強養(yǎng)護：在日常的養(yǎng)護過程中，也要注意對道床的定期清洗，以及時去除油污，對軌道內(nèi)的積水也應(yīng)及時排出，以保證道床的干燥，確保鋼軌與道床的良好絕緣。

3.2 被動防治

（1）利用結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋構(gòu)成雜散電流收集網(wǎng)。針對已經(jīng)泄露的雜散電流，為了避免其對城市軌道地下結(jié)構(gòu)的腐蝕，可以利用隧道，車站，整體道床內(nèi)，隧道縱壁內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋構(gòu)成連續(xù)的回路，形成雜散電流的收集網(wǎng)，使泄漏的電流沿著收集網(wǎng)返回牽引變電所再通過電纜將排流網(wǎng)引出端子與排流柜連接，通過排流柜進行極性排流，使雜散電流及時地回到牽引所整流器的負(fù)極，從而減少雜散電流的危害。

（2）針對埋地管線的防治措施。對于一些處在雜散電流影響區(qū)域內(nèi)的重要管線，如煤氣管線，自來水管線，石油管線等，也可以通過采用以下措施來降低雜散電流的危害。如：隔離法：在管道外壁涂絕緣涂料，進而將管道與外界雜散電流隔離開。但由于涂料的密閉性不好，經(jīng)過一段時間后會開裂，從而使保護效果降低。排流法：將被保護的管道與軌道陽極區(qū)直接相連，使管道處于陰極電位來避免被雜散電流侵害，但這一措施使得地下管道也成為雜散電流的流出點，對未被保護的設(shè)施的損害會加劇。外加電流法：通過額外的電源將被保護管道與電源的負(fù)極相連，電源的正極則與耐腐蝕材料相連，可以有效地保護管道，但因需要額外設(shè)置保護設(shè)施，維護與施工較為復(fù)雜，且工程造價較高。犧牲陽極法：將一些比管道金屬活潑的犧牲金屬與管道進行電氣連接，根據(jù)原電池原理，犧牲金屬會先腐蝕，從而起到保護管道的作用。

4 結(jié)語

地鐵運行的過程中常有雜散電流的泄漏。雜散電流會導(dǎo)致軌道內(nèi)結(jié)構(gòu)物的鋼筋腐蝕，混凝土開裂等，從而影響相關(guān)設(shè)施的使用壽命，嚴(yán)重時甚至造成災(zāi)難性的事故。因此在地鐵的設(shè)計與施工以及日常的維護過程中，應(yīng)加強對雜散電流的防治。做到：“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測”，從而保障地鐵的安全運營。

參考文獻

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