埋地管道雜散電流干擾的研究進(jìn)展

湯彬坤 ，馮 陽 ，賴文沁 ，吳 濤 ，鐘劍鋒 ，伏喜斌 ，鐘舜聰 ,*

（1.廈門華潤(rùn)燃?xì)庥邢薰?，福?廈門 361000；2.福州大學(xué) 機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福州 350108；3.廈門市特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院，福建 廈門 361000）

0 引言

近年來，中國(guó)城市軌道交通迅速發(fā)展，地鐵作為城市軌道交通的重要組成部分，已覆蓋許多城市[1]。地鐵采用直流電力牽引系統(tǒng)，通過變電所供電。供應(yīng)電流將走行軌作為回流線，大部分電流能夠按照規(guī)定路線回流。由于技術(shù)、環(huán)境等因素的限制，走行軌絕緣層無法做到完全絕緣，故有小部分電流不可避免地泄漏到土壤中，該部分不按照規(guī)定回路流回電流源的電流稱為雜散電流。除地鐵外，交、直流高壓輸電系統(tǒng)、手機(jī)基站、船舶供電系統(tǒng)等都會(huì)產(chǎn)生雜散電流。

雜散電流會(huì)在管道上形成電位差從而產(chǎn)生腐蝕電池。雜散電流流進(jìn)管道之處帶負(fù)電，成為腐蝕電池的陰極區(qū)，該處發(fā)生得電子的還原反應(yīng)；雜散電流流出管道之處帶正電，成為腐蝕電池的陽極區(qū)，該處發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致埋地管道發(fā)生腐蝕穿孔。據(jù)資料顯示：北京市地鐵運(yùn)營(yíng)數(shù)年后，隧道內(nèi)水管發(fā)生嚴(yán)重腐蝕穿孔[2]；上海地鐵二號(hào)線運(yùn)營(yíng)數(shù)年后，附近鋼制燃?xì)夤艿涝? km內(nèi)穿孔超過50 處[2-3]；美國(guó)、加拿大等國(guó)相關(guān)設(shè)施也存在雜散電流干擾問題[4-6]。雜散電流分布無規(guī)律性且影響范圍極廣，探究和解決雜散電流對(duì)管道的干擾存在較大的難度。目前，雜散電流對(duì)管道的干擾問題已經(jīng)成為全世界關(guān)注的重要公共安全問題。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量關(guān)于雜散電流的研究工作，并在雜散電流的分布、腐蝕規(guī)律以及防護(hù)方面取得眾多研究成果。本文介紹了我國(guó)埋地管道雜散電流的干擾指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外雜散電流數(shù)值模擬和防護(hù)措施的現(xiàn)狀，并對(duì)雜散電流的研究方向進(jìn)行展望。

1 埋地管道雜散電流干擾指標(biāo)及模擬

根據(jù)干擾源的不同，雜散電流可分為3 類：直流雜散電流、交流雜散電流和地電流。直流雜散電流主要來源于直流電氣化鐵路、管道外加的陰極保護(hù)系統(tǒng)等；交流雜散電流主要來源于交流電氣化鐵路、高壓交流電線設(shè)施等；地電流是地磁場(chǎng)的變化感應(yīng)產(chǎn)生的，屬于自然界的一種現(xiàn)象[7]。地電流從腐蝕觀點(diǎn)來說并不重要，當(dāng)今社會(huì)遭受的直流雜散電流引起的腐蝕問題數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于交流雜散電流引起的腐蝕問題。埋地管道雜散電流腐蝕危害極大，因此，根據(jù)相應(yīng)指標(biāo)判斷雜散電流干擾程度，能夠?yàn)楣艿朗欠癫扇》雷o(hù)措施提供有效判斷依據(jù)。

GB/T 19285—2014[8]對(duì)不同情況直流雜散電流的干擾程度做出了相應(yīng)的規(guī)定：當(dāng)埋地管道未施加陰極保護(hù)時(shí)，其直流干擾采用管地電位較自然腐蝕電位的偏移量或管道附近土壤表面電位梯度來進(jìn)行測(cè)量與評(píng)價(jià)。對(duì)大部分城市而言，通過采集管地電位的方式比采集土壤表面電位梯度的方式更為方便且準(zhǔn)確度更高。如果管段表面任意一點(diǎn)的管地電位正向偏離平衡電位超過100 mV，則認(rèn)為該管段遭受了嚴(yán)重的雜散電流干擾，應(yīng)采取合適的保護(hù)措施。

該標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)交流雜散電流干擾程度進(jìn)行了規(guī)定：可依據(jù)管道交流電壓和電流密度來判斷埋地管道交流雜散電流干擾嚴(yán)重程度。與直流干擾的判定標(biāo)準(zhǔn)不同的是，如果管段表面任意一點(diǎn)的電壓小于4 V，則判定管段不受交流干擾；如果電壓大于4 V，則需要通過采集電流密度的方式進(jìn)行評(píng)估。

當(dāng)無法判斷雜散電流源的類型時(shí)，可測(cè)試管地電位偏移值或感應(yīng)電流偏移值。與直流干擾測(cè)定相同，對(duì)大部分城市而言，通過采集管地電位波動(dòng)比采集感應(yīng)電流波動(dòng)效率更高且效果更好。當(dāng)管地電位偏離平衡電位超過200 mV 時(shí)，可采取相應(yīng)保護(hù)措施。

1.1 雜散電流干擾模型研究

雜散電流的分布具有無規(guī)律性和影響因素復(fù)雜性。根據(jù)以上指標(biāo)，不同學(xué)者按不同假定條件，運(yùn)用有限元、邊界元等數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)雜散電流的干擾進(jìn)行研究，初步得出雜散電流分布規(guī)律和埋地管道雜散電流腐蝕機(jī)理。

1）軌道交通動(dòng)態(tài)雜散電流干擾模型研究。雜散電流干擾主要來自軌道交通，研究軌道交通動(dòng)態(tài)雜散電流干擾模型，有助于研究人員制定動(dòng)態(tài)雜散電流干擾的有效評(píng)判和防護(hù)準(zhǔn)則，有助于施工人員對(duì)受動(dòng)態(tài)雜散電流干擾的埋地管道采取相應(yīng)防護(hù)措施。

張棟梁等[9]設(shè)計(jì)了雙邊供電方式下基于時(shí)間-位置-取流變化的雜散電流動(dòng)態(tài)分布模型，分析雜散電流在不同工況下的動(dòng)態(tài)分布規(guī)律。列車和變電所之間的雜散電流泄漏呈現(xiàn)半球體狀，當(dāng)列車處于動(dòng)態(tài)時(shí)，該半球體狀的范圍會(huì)隨著列車與變電所的位置差異而發(fā)生改變，并可以計(jì)算出列車在任意位置雜散電流的泄漏量。蔡智超等[10]建立具有地鐵牽引特性的地鐵雜散電流動(dòng)態(tài)分布模型，考慮車輛運(yùn)行狀態(tài)下（牽引、制動(dòng)）鋼軌對(duì)地電位和雜散電流動(dòng)態(tài)分布規(guī)律，當(dāng)?shù)罔F在加速上坡路段、減速下坡路段和上高架的上坡路段會(huì)增大雜散電流泄漏，原雜散電流分布形狀斜率會(huì)增大。Mingjie Liu 等[11]基于CDEGS 雜散電流仿真模型，通過對(duì)限速運(yùn)行模式的分析，提出通過計(jì)算各點(diǎn)的累積泄漏電荷來防止埋地導(dǎo)體超過電壓閾值和被腐蝕的措施。K.Darowicki 等[12]結(jié)合試驗(yàn)和模擬研究提出了雜散電流具有時(shí)頻分布特性一致的觀點(diǎn)，根據(jù)研究結(jié)果，結(jié)合短時(shí)傅里葉變換，提出了一種信號(hào)頻譜功率密度隨時(shí)間變化的雜散電流檢測(cè)方法。A.Zaboli 等[13]利用MATLAB 建立列車雜散電流分布模型，比較不同土壤類型中有無集電墊時(shí)的雜散電流，并用有限元模擬的方式對(duì)鋼軌絕緣扣件的絕緣性進(jìn)行了分析。A.Ibrahem 等[14]設(shè)計(jì)了一套鐵路直流雜散電流仿真系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以研究和分析雜散電流和接觸電壓的影響，而且可以在實(shí)際實(shí)施之前對(duì)減輕這些影響的技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。

2）埋地管道雜散電流干擾模型研究。嚴(yán)重的雜散電流干擾會(huì)對(duì)埋地管道造成腐蝕甚至引起爆炸。研究雜散電流對(duì)埋地管道的腐蝕規(guī)律，分析不同影響因素下雜散電流對(duì)埋地管道的干擾情況，能夠?yàn)殡s散電流對(duì)埋地管道潛在高危區(qū)域的判斷提供理論支撐，同時(shí)能夠?qū)π陆ü艿赖牡囟芜x擇提供理論依據(jù)。

李琴等[15]通過建立電車雜散電流對(duì)管地電位干擾模型，求得軌道電位和管地電位的分布變化函數(shù)以及雜散電流泄漏量分布函數(shù)，并對(duì)管道防腐蝕層單破損點(diǎn)、雙破損點(diǎn)情況下管道的電化學(xué)腐蝕規(guī)律進(jìn)行分析，當(dāng)防腐層只有單破損點(diǎn)時(shí)管道不易受到電化學(xué)腐蝕，當(dāng)防腐層出現(xiàn)雙破損點(diǎn)時(shí)管道雜散電流泄漏處腐蝕嚴(yán)重。圖1、圖2 分別為單、雙破損點(diǎn)腐蝕電流流動(dòng)原理圖。

圖1 單破損點(diǎn)腐蝕電流流動(dòng)原理圖[15]Fig.1 Schematic diagram of stray current flow at single damaged point

圖2 雙破損點(diǎn)腐蝕電流流動(dòng)原理圖[15]Fig.2 Schematic diagram of stray current flow at double damaged point

Yaping Zhang 等[16]研究了受保護(hù)和不受保護(hù)管道的2 種布置方式（平行和交叉），并運(yùn)用COMSOL 有限元模擬軟件進(jìn)行仿真，得到2 種布置方式下埋地管道的雜散電流分布情況。結(jié)果表明，受保護(hù)/不受保護(hù)管道的布置形式對(duì)不受保護(hù)管道的潛在分布有很大的影響，且牽引電流和土壤電阻率是影響雜散電流大小的關(guān)鍵因素?？绿鹛鸬萚17]利用ANSYS 有限元模擬軟件建立土壤-走行軌-管道的有限元模型，將土壤電阻率、地鐵牽引電流、走行軌與管道間距作為影響因素，研究雜散電流的變化規(guī)律。結(jié)果表明，土壤電阻率越小，地鐵牽引電流越大，走行軌與管道間距越小，雜散電流的泄漏量越大。A.Mujezinovi 等[18]提出了一種基于多參數(shù)同步測(cè)量、連續(xù)小波互相關(guān)和頻譜圖相結(jié)合的地下管道動(dòng)態(tài)雜散電流檢測(cè)方法和分析方法，該方法與傳統(tǒng)方法相比準(zhǔn)確度更高。澹臺(tái)樂琰等[19]為了研究地鐵雜散電流對(duì)管道干擾的規(guī)律，建立多列車雜散電流泄漏分布模型，基于實(shí)際工程數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)真實(shí)情況下地鐵線路電流泄漏分布對(duì)管道的干擾。

3）交流雜散電流干擾模型研究。直流雜散電流對(duì)埋地管道的危害程度最大，但交流雜散電流對(duì)管道的干擾也不能忽視。因此，積極研究交流雜散電流的干擾規(guī)律，不僅可以為埋地管道設(shè)計(jì)、運(yùn)行和防護(hù)提供理論指導(dǎo)，而且可以完善交流雜散電流風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。

王新華等[20]通過建立數(shù)學(xué)模型的方式，研究交流電流密度對(duì)腐蝕速率的影響；通過CDEGS 仿真軟件，分析了并行長(zhǎng)度、距離、土壤電阻率等對(duì)交流干擾沿管道分布的作用。除此之外，王新華等[21]還運(yùn)用COMSOL Multiphysics 有限元仿真、交流阻抗譜分析及三維體式顯微鏡觀測(cè)等方法，研究X70 鋼表面3PE 防腐層剝離處在土壤模擬溶液中以及交流雜散電流干擾下的防腐層下腐蝕及剝離機(jī)理。交流電流在管線鋼防腐層剝離區(qū)域及破損點(diǎn)處的仿真云圖如圖3 所示。從圖中可看出，防腐層破損區(qū)域的電流密度極高，并且電流密度從中間往兩端呈現(xiàn)遞減狀態(tài)。上述模型的建立為雜散電流的研究提供了理論基礎(chǔ)，為進(jìn)一步開展埋地管道雜散電流保護(hù)措施及監(jiān)測(cè)工作指明方向。

圖3 交流電流在管線鋼防腐層剝離區(qū)域及破損點(diǎn)處的仿真云圖[21]Fig.3 Simulation of the alternating current in stripping zone and damage point of pipeline steel coating

2 埋地管道雜散電流保護(hù)措施

在實(shí)際工程中，現(xiàn)有的雜散電流防護(hù)技術(shù)難以完全消除雜散電流的泄漏。要做好雜散電流防護(hù)，一方面要減小干擾源頭的雜散電流泄漏量，另一方面要對(duì)埋地管道采取相應(yīng)保護(hù)措施[22-23]。關(guān)于防護(hù)雜散電流的方法，可以歸納為3 類：控制和減小雜散電流源的泄漏；對(duì)埋地管道加強(qiáng)保護(hù)；加強(qiáng)雜散電流監(jiān)測(cè)。

2.1 雜散電流源防護(hù)研究

雜散電流源防護(hù)主要方法有：

1）減小干擾電流。減小干擾電流的方法主要有2 種：一種是減小地鐵牽引電流的大小，另一種是在地鐵下方增設(shè)排流網(wǎng)。要改變地鐵牽引電流，需要根據(jù)地鐵運(yùn)行的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。如今對(duì)減小干擾電流的研究主要集中在增設(shè)排流網(wǎng)，通過不同的鋼筋排布方式或者排布密度可以達(dá)到不同的效果。李亞寧等[24]對(duì)有無排流網(wǎng)以及單/雙邊供電條件下的雜散電流進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，鋪設(shè)排流網(wǎng)后雜散電流泄漏量明顯減小，且雙邊供電雜散電流測(cè)試值相對(duì)單邊供電雜散電流測(cè)試值有明顯下降。

2）合理設(shè)置變電站間距。馬德良等[25]基于基爾霍夫定律建立雜散電流數(shù)學(xué)模型，研究變電所間距對(duì)雜散電流的影響。結(jié)果表明，變電所間距越大雜散電流的泄漏量越大，排流網(wǎng)中的電流也越大。目前，我國(guó)地鐵大部分只在一、二線城市覆蓋，且許多二線城市的地鐵路線也還在規(guī)劃中。因此中國(guó)在地鐵大范圍普及前，地鐵部門在滿足地鐵運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上合理設(shè)置變電所間距，能夠有效減小雜散電流源頭的泄漏。

3）增大軌地過渡電阻。該方法是減小雜散電流源頭泄漏的一個(gè)重要內(nèi)容。朱峰等[26]推導(dǎo)了各金屬結(jié)構(gòu)電壓、電流解析表達(dá)式，并用CDEGS 軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證，討論不同過渡電阻對(duì)雜散電流的影響。結(jié)果表明，雜散電流大小與軌地過渡電阻成反比。因此，地鐵部門應(yīng)使用電阻率高且不容易受損的材料作為走行軌的絕緣層，從而增大軌地過渡電阻，并且地鐵部門應(yīng)加強(qiáng)走行軌絕緣層的檢測(cè)力度，謹(jǐn)防因絕緣層損壞而導(dǎo)致的電流泄漏。

2.2 埋地管道防護(hù)研究

只有雜散電流通過土壤到達(dá)埋地管道才會(huì)發(fā)生腐蝕，故制定合適的埋地管道保護(hù)措施是雜散電流防護(hù)的關(guān)鍵。埋地管道防護(hù)的主要措施有：

1）保證管道防腐層性能達(dá)標(biāo)。GB/T 19285—2014[8]規(guī)定，管道外防腐層絕緣電阻率一般應(yīng)≥104Ω·m，對(duì)三層結(jié)構(gòu)聚乙烯防腐層絕緣電阻率一般應(yīng)≥105Ω·m。處于特殊環(huán)境的管道，在外防腐層種類選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有特殊考慮。

2）設(shè)置陰極保護(hù)措施。雜散電流腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，腐蝕區(qū)域主要發(fā)生在陽極區(qū)域。陰極保護(hù)根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，采用電化學(xué)方法使被保護(hù)金屬成為陰極，從而抑制金屬腐蝕的電子遷移，避免或減少腐蝕發(fā)生。陰極保護(hù)法又分為犧牲陽極陰極保護(hù)法和外加電流陰極保護(hù)法。犧牲陽極法的優(yōu)勢(shì)在于：經(jīng)濟(jì)成本較低；既能接地又能防腐；施工方便簡(jiǎn)單，對(duì)相鄰埋地管道干擾?。贿m用于分散、無電源地區(qū)的被保護(hù)物；保護(hù)電流利用率高，且分布均勻。外加電流法的優(yōu)勢(shì)在于：能夠適應(yīng)較惡劣的環(huán)境，不受土壤電阻率的影響；保護(hù)裝置壽命長(zhǎng)，能長(zhǎng)時(shí)間對(duì)被保護(hù)物進(jìn)行陰極保護(hù)；適用于較長(zhǎng)的金屬管道，管道越長(zhǎng)，成本越低[27]。陰極保護(hù)系統(tǒng)能在一定程度上減少雜散電流的干擾，因此，在雜散電流存在的區(qū)域，應(yīng)根據(jù)環(huán)境設(shè)置合理的陰極保護(hù)措施。

董亮等[28]認(rèn)為犧牲陽極吸收雜散電流，可能導(dǎo)致其排流能力下降，于是在原有犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)上進(jìn)行改進(jìn)，在犧牲陽極和管道連接之間安裝極性裝置，阻止?fàn)奚枠O吸收雜散電流，降低犧牲陽極的消耗速率。李偉等[29]認(rèn)為外加電流陰極保護(hù)法可能會(huì)對(duì)其他外部無保護(hù)措施的埋地管道引起雜散電流腐蝕，因此通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，考察跨接電阻、犧牲陽極位置和材質(zhì)、金屬屏蔽線位置和連接方式等對(duì)不同干擾類型的緩解效果和規(guī)律，獲得不同排流方法的適用條件。試驗(yàn)裝置示意圖及實(shí)物圖如圖4 所示。其中，管道A、B 為被干擾管道，管道C 為受陰極保護(hù)管道。土壤用水溶液代替，能夠有效保證電阻率等參數(shù)的穩(wěn)定性。管道A 與管道C 平行放置，管道B 與管道C 垂直放置，該試驗(yàn)?zāi)軌蜓芯吭诓煌艿琅挪嘉恢脮r(shí)受保護(hù)管道對(duì)未受保護(hù)管道的干擾情況。S.Fonna 等[30]通過分組試驗(yàn)的方式，對(duì)犧牲陽極陰極保護(hù)系統(tǒng)對(duì)其他埋地金屬的影響進(jìn)行研究，并提出了更具有效性且對(duì)臨近管道干擾較小的犧牲陽極排布方式。

圖4 試驗(yàn)裝置示意圖及實(shí)物圖[29]Fig.4 Schematic diagram and photo of experimental equipment

3）設(shè)置排流防護(hù)措施。將泄漏至土壤的雜散電流人為引導(dǎo)到泄露源中或排放到大地中的防護(hù)方法稱為排流防護(hù)。雜散電流排流保護(hù)法主要有直接排流、極性排流、強(qiáng)制排流和接地排流4 種。排流保護(hù)法在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到廣泛適用，但每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)。建設(shè)理想的排流工程，首先應(yīng)準(zhǔn)確排查雜散電流干擾源，其次應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置合理排流防護(hù)，最后應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件施工，嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，防止偷工減料。

眾多學(xué)者在原有方法的基礎(chǔ)上，對(duì)排流方法進(jìn)行了研究和探討。唐德志等[31]結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和理論分析，對(duì)鎂合金犧牲陽極排流技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用研究，結(jié)果表明，干擾狀態(tài)下管道電位正向偏移不超過+1.5 V 時(shí)，鎂合金犧牲陽極可以有效抑制雜散電流干擾。吳昊等[32]將極性排流和負(fù)電位排流相結(jié)合對(duì)埋地管道進(jìn)行排流保護(hù)，其優(yōu)點(diǎn)是安裝方便，應(yīng)用范圍廣，無需電源，排流效果好，排流同時(shí)還能提供陰極保護(hù)電流，同時(shí)解決了負(fù)電位排流法中犧牲陽極極性逆轉(zhuǎn)問題。符耀慶等[33]采用固態(tài)去耦合器排流技術(shù)實(shí)施排流改造。去耦合器具有隔直流、通交流的特點(diǎn)，既可以應(yīng)用在有陰極保護(hù)的管道上，也使得排流地床材料擁有更多的選擇。該排流技術(shù)的應(yīng)用有效減小埋地管道雜散電流干擾，消除了雜散電流腐蝕隱患。選擇合適方法進(jìn)行排流防護(hù)，能夠有效保護(hù)管道免受雜散電流干擾。

2.3 埋地管道雜散電流監(jiān)測(cè)

埋地管道的雜散電流防腐工作非常復(fù)雜，除了檢測(cè)管道雜散電流的變化外，還需監(jiān)測(cè)管道防腐層的受損情況、管道周圍是否新建會(huì)產(chǎn)生雜散電流的工程等。只有根據(jù)雜散電流的變化情況及時(shí)調(diào)整和更新管道的防護(hù)措施，才能有效降低雜散電流對(duì)管道的干擾。

傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法是在新建地鐵過程中，將參比電極埋入地鐵隧道內(nèi)，并從結(jié)構(gòu)鋼筋引出測(cè)量端子，在一定時(shí)間內(nèi)接好導(dǎo)線進(jìn)行測(cè)量記錄[34]。這種方法弊端較多，如：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的環(huán)境及空間限制大，測(cè)量不方便且危險(xiǎn)；該方法是局部測(cè)量，測(cè)量結(jié)果不能反映整個(gè)線路的雜散電流分布情況等。因此，實(shí)施雜散電流在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)可以極大提高準(zhǔn)確性和效率，且能夠降低測(cè)試人員的工作量和危險(xiǎn)性。張棟梁等[35]提出利用無線通信技術(shù)構(gòu)建有軌電車雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)復(fù)雜、成本高、影響美觀等缺點(diǎn)，且能夠準(zhǔn)確有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具有很大實(shí)用價(jià)值。殷爽[36]在現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行研究，提出基于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的新型系統(tǒng)，可以有效判斷絕緣薄弱區(qū)域，并完善了供電回流狀態(tài)綜合分析評(píng)價(jià)體系。新型雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖5 所示。該系統(tǒng)能同時(shí)監(jiān)測(cè)多組數(shù)據(jù)，并且可識(shí)別出絕緣層的薄弱區(qū)域，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、事故預(yù)警、綜合分析判斷等功能。

圖5 新型雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)架圖[36]Fig.5 Framework diagram of a new stray current monitoring system

現(xiàn)階段，除了對(duì)雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究，部分學(xué)者還通過研究管道不同信號(hào)的波動(dòng)來完善管道雜散電流監(jiān)測(cè)的參數(shù)。朱祥劍等[37]對(duì)不同城市地鐵雜散電流干擾下的管道管地電位數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，總結(jié)了受干擾管道管地電位的波動(dòng)規(guī)律。李平[38]在傳統(tǒng)斷電電位測(cè)試方法上進(jìn)行改進(jìn)，采用試片電位采集儀對(duì)斷電電位進(jìn)行了收集。結(jié)果表明，該方法收集的數(shù)據(jù)更為可靠高效，對(duì)現(xiàn)有管道雜散電流監(jiān)測(cè)參數(shù)的完善具有重要意義。

3 總結(jié)及展望

現(xiàn)有研究已明確了埋地管道雜散電流的主要來源及其干擾程度指標(biāo)。雖然不同研究者通過各類仿真模型對(duì)各類雜散電流干擾模型進(jìn)行了大量研究，得到了特定工況下埋地管道雜散電流分布特點(diǎn)、腐蝕影響規(guī)律及影響因素等研究成果，具有一定的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義，但是，因雜散電流無規(guī)律分布及影響因素復(fù)雜的特點(diǎn)，難以建立完善的、考慮實(shí)際所有因素的模擬模型，需要進(jìn)一步建立更為完善、通用的模型，得到更為準(zhǔn)確的理論支撐。

當(dāng)前，針對(duì)埋地管道雜散電流防護(hù)主要從減小干擾源頭雜散電流的泄漏量和埋地管道保護(hù)2 個(gè)方面入手，現(xiàn)有研究對(duì)雜散電流源和埋地管道防護(hù)措施已有比較明確的方法。但是，采用何種防護(hù)措施與實(shí)際的規(guī)劃方案、環(huán)境因素、管道的防腐工程情況及管道的腐蝕情況等息息相關(guān)。在不同的工況下，雜散電流的防護(hù)措施效果差別較大。添加陰極保護(hù)和設(shè)置排流保護(hù)能有效減小雜散電流對(duì)管道的干擾，但也要謹(jǐn)防成為新的雜散電流干擾源。當(dāng)前的研究難點(diǎn)在于，如何準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)全線管道電流的分布、管道防腐層受損及管道腐蝕情況等的監(jiān)測(cè)，才能根據(jù)雜散電流的變化情況及時(shí)調(diào)整和更新管道的防護(hù)措施，有效降低雜散電流對(duì)管道的干擾。因此，監(jiān)測(cè)是獲悉管道是否安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。然而，當(dāng)前的監(jiān)測(cè)手段和設(shè)備存在一定的不足，腐蝕情況缺乏判定依據(jù)，探究和解決雜散電流對(duì)管道的干擾存在較大的難度。研究新型的監(jiān)測(cè)手段以提高數(shù)據(jù)收集能力和信息準(zhǔn)確性，具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

因此，綜合考慮產(chǎn)生雜散電流干擾的各種因素，完善雜散電流評(píng)價(jià)指標(biāo)，系統(tǒng)分析雜散電流分布規(guī)律，結(jié)合實(shí)際情況靈活鋪設(shè)防護(hù)措施，采取科學(xué)有效的監(jiān)測(cè)技術(shù)，將成為解決埋地管道雜散電流干擾的重要手段。當(dāng)前，雜散電流對(duì)管道的干擾問題已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注，研究雜散電流的干擾對(duì)加強(qiáng)公共安全而言具有極其重要的意義。結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究和實(shí)際工程建設(shè)可知，雜散電流未來主要研究方向有以下幾個(gè)方面：

1）直流動(dòng)態(tài)雜散電流分布特性研究。雜散電流的主要來源為城市軌道交通，雜散電流的分布會(huì)隨列車運(yùn)行的時(shí)間而變化，其動(dòng)態(tài)波動(dòng)性會(huì)導(dǎo)致埋地管道保護(hù)工作難以實(shí)施。因此，掌握直流動(dòng)態(tài)雜散電流的分布特性，對(duì)地鐵日常運(yùn)營(yíng)和埋地管道保護(hù)工作具有重要意義。

2）直流動(dòng)態(tài)雜散電流評(píng)價(jià)指標(biāo)研究。直流動(dòng)態(tài)雜散電流干擾是對(duì)埋地管道腐蝕最嚴(yán)重的干擾?，F(xiàn)行直流雜散電流干擾評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)主要為穩(wěn)態(tài)直流干擾，且國(guó)內(nèi)外均無針對(duì)直流動(dòng)態(tài)雜散電流干擾的評(píng)價(jià)指標(biāo)。完善直流動(dòng)態(tài)雜散電流評(píng)價(jià)指標(biāo)，具有迫切且重要的意義。

3）雜散電流干擾來源追蹤研究。減小雜散電流干擾是一個(gè)極其復(fù)雜的工程，需要從源頭進(jìn)行控制。雜散電流源頭往往不止一個(gè)且極難尋找，只有通過相應(yīng)的辦法追蹤來源，才能從源頭控制雜散電流，才能更好實(shí)施排流保護(hù)措施。

4）雜散電流排流措施研究。不同地區(qū)的雜散電流干擾源、埋地管道鋪設(shè)方式及土壤環(huán)境不同，故雜散電流的排流措施要根據(jù)實(shí)際情況制定。未來雜散電流排流措施應(yīng)具有集成化和易操作性，能夠在不同環(huán)境背景下工作。