秦晉

【摘 要】 地鐵產(chǎn)生的雜散電流帶來了很大危害，因此必須加強(qiáng)對地鐵雜散電流的防治?；诖?，文章對地鐵雜散電流進(jìn)行綜合的分析，并提出具體的抑制措施，以期能夠更好的保障地鐵運(yùn)行的安全性。

【關(guān)鍵詞】 地鐵；雜散電流；抑制措施

1.雜散電流的危害

雜散電流會(huì)對地鐵周圍的金屬設(shè)施、鋼筋混凝土金屬結(jié)構(gòu)物、埋地金屬管線造成腐燭，減少金屬的使用壽命，從而帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。雜散電流腐燭要比一般的土壤腐蝕或電偶腐燭破壞力要強(qiáng)得多。雜散電流的腐燭是長期的積累效應(yīng)，大部分是穿孔形式，多發(fā)生在金屬管線與鋼軌的跨越交叉處以及卡固支架部位附近。其危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.1雜散電流對鋼軌及其附件的腐燭。雜散電流會(huì)對地鐵結(jié)構(gòu)鋼筋以及埋地金屬設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。列車下部，列車處于陽極區(qū)時(shí)，更容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。由于這些腐燭往往產(chǎn)生于內(nèi)部，從外觀很難發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)腐燭透了，必須更換鋼軌，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，危害更大。

1.2雜散電流對鋼筋混凝土金屬結(jié)構(gòu)物的腐燭。雜散電流通過混凝土?xí)r對混凝土本身并不產(chǎn)生影響。但因?yàn)榛炷林写嬖阡摻睿s散電流從混凝土中進(jìn)入鋼筋，又從鋼筋流入混凝土，在電流離開鋼筋返回混凝土的部位，鋼筋呈陽性并發(fā)生腐燭，腐燭產(chǎn)生物排擠混凝土而使之開裂，破壞了混凝土的整體強(qiáng)度和使用壽命。如果混凝土內(nèi)的鋼筋直接與鋼軌有點(diǎn)接觸，更容易受到雜散電流的腐燭。

1.3雜散電流對腐蝕埋地管線的腐燭。在地鐵附近一般都會(huì)埋設(shè)有各種管線，主要有水管、石油管線、煤氣管線，天然氣等，在這些管線中由于金屬結(jié)構(gòu)的存在，雜散電流一定會(huì)對其造成不同程度的腐燭。腐燭嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成石油、煤氣、天然氣等管的泄漏，甚至發(fā)生爆炸，這樣會(huì)危及附近居民的生命安全，造成居民財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重?fù)p失。

1.4雜散電流對乘客安全的威脅。由于鋼軌電位差的存在，乘客在車廂與站臺(tái)之間存在一定的電位差，當(dāng)?shù)罔F車廂與站臺(tái)之間的電位差很高時(shí)，乘客在上下車時(shí)就會(huì)有觸電的危險(xiǎn)。

2.雜散電流的腐蝕機(jī)理

地鐵（輕軌）采用直流供電方式，利用鋼軌作為回流線，由于鋼軌對地絕緣不充分，直流供電的地鐵系統(tǒng)的走形軌本身具有電阻且走形軌對地做不到完全絕緣，所以有一部分電流從走形軌泄漏到大地。這部分從走形軌漏出的電流被稱為雜散電流，又叫迷流。雜散電流從走形軌漏出后，經(jīng)過地鐵的道床流入大地，然后從大地流回鋼軌回流點(diǎn)。這種雜散電流對地鐵隧道中的結(jié)構(gòu)鋼筋產(chǎn)生腐蝕，破壞了結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度，降低了其使用壽命。

雜散電流腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕反應(yīng)是一種氧化還原反應(yīng)。在反應(yīng)中，金屬失去電子而被氧化，其反應(yīng)過程稱為陽極反應(yīng)過程。介質(zhì)中的物質(zhì)從金屬表面獲得電子而被還原，其反應(yīng)過程稱為陰極反應(yīng)過程。進(jìn)行電子傳導(dǎo)的金屬導(dǎo)體與進(jìn)行離子傳導(dǎo)的電解質(zhì)相接觸的界面稱為電極系，電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體的接合稱為e-i接合。

地鐵直流牽引供電方式所形成的雜散電流及其腐蝕部位如圖1所示，走行軌和金屬管線均為電子導(dǎo)體，地面為離子導(dǎo)體，電子在A點(diǎn)和D點(diǎn)流出，那么金屬導(dǎo)體和地面一起組成的界面為陽極。在電流經(jīng)過過程中，如果電流在B點(diǎn)和F點(diǎn)流入，那么地面與金屬導(dǎo)體所共同組成的界面為陰極。根據(jù)圖1可以看出，雜散電流所流過的地方可以看成兩個(gè)電解電池串連在一起。

當(dāng)雜散電流由鋼軌（A）和金屬管線（D）部位流出時(shí)，都會(huì)發(fā)生失掉電子的氧化反應(yīng)，該部位的金屬就會(huì)遭到腐蝕。

3.雜散電流仿真

以某地地鐵設(shè)計(jì)為例，運(yùn)行車輛為6節(jié)編組B型車，初期運(yùn)行間隔為300秒，近期運(yùn)行間隔為200秒，遠(yuǎn)期為120秒。本次供電系統(tǒng)采用1500V直流供電，假設(shè)走行軌對結(jié)構(gòu)鋼筋的過渡電阻全線均勻一致，其值達(dá)到了15Ω/km。根據(jù)雜散電流估算公式如下：

式中 IS：雜散電流值；ψ：對結(jié)構(gòu)的過渡電阻值；l：帶電列車距供電牽引所間的距離；r：回流走行軌的縱向電阻值。根據(jù)以上條件分別對各個(gè)牽引所之間的雜散電流進(jìn)行了仿真計(jì)算。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)有地鐵雜散電流實(shí)驗(yàn)和研究經(jīng)驗(yàn)，雜散電流主要受以下因素影響：（1）走行軌對結(jié)構(gòu)鋼筋的過渡電阻大小與雜散電流成反比。過渡電阻越大，雜散電流越??；為減少雜散電流，需增加軌地絕緣。（2）走行軌的線路電阻與雜散電流成正比。電阻越小，雜散電流越小；在采用60kg鋼軌后，必要時(shí)可在走行軌均流線間并聯(lián)電纜以減小走形軌線路電阻，達(dá)到減少雜散電流的目的。（3）在有條件時(shí)應(yīng)增加牽引變電所數(shù)量，減小變電所的最大供電距離。（4）列車用電點(diǎn)至變電所的距離與雜散電流成平方比。距離越遠(yuǎn)雜散電流越大。

4.雜散電流的防護(hù)措施

4.1控制雜散電流的產(chǎn)生

（1）減小鋼軌縱向電阻

由于鋼軌本身具有電阻，當(dāng)牽引電流通過鋼軌回流時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓降，鋼軌對地?zé)o法做到絕對的絕緣，因此會(huì)產(chǎn)生對地電位差和雜散電流。所以要降低雜散電流的數(shù)量，就要減小鋼軌壓降，降低鋼軌壓降的方法主要有如下幾點(diǎn)：

a.采用長軌以減小鋼軌的電阻；b.采用低阻鋼軌；c.保證鋼軌接頭之間的電氣暢通連接；d.盡量減小變電所的供電距離。

（2）増大雜散電流流通路徑的電阻

鋼軌對地過渡電阻對雜散電流的影響最大，應(yīng)當(dāng)采取措施使其值保持在左右，從而使其對雜散電流的泄漏沒有太大影響。其具體措施主要有：

a.增加軌道對地過渡電阻：釆用木質(zhì)軌枕并進(jìn)行絕緣處理、設(shè)置專門的絕緣層。b.增加雜散電流泄漏路徑電阻：軌道交通系統(tǒng)采用不接地或二極管接地策略。c.在車輛段的檢修庫和停車庫中，使用絕緣接頭或采用單向?qū)ㄑb置。

（3）減小變電所間的距離

供電距離越短，鋼軌電壓就越低，雜散電流越小，對結(jié)構(gòu)件筋或金屬管線產(chǎn)生的腐蝕也就越小。因此，在布置牽引變電所位置時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮減小變電所距離，接觸網(wǎng)采用雙邊供電，盡量不釆用單邊供電方式。

4.2排流保護(hù)措施

（1）直接排流法

直接排流法是將被保護(hù)的結(jié)構(gòu)件與回流軌直接用導(dǎo)線連接，如圖2（a）所示。這種方法雖然簡單，但只能在沒有逆向電流時(shí)才能使用。

（2）選擇排流法

在直流排流的連接線上加裝半導(dǎo)體整流器，只允許電流單方向流向鋼軌，逆向不能流通。如圖2（b）所示。

（3）強(qiáng)制排流法

當(dāng)被保護(hù)的結(jié)構(gòu)件處于雜散電流交替干擾區(qū)時(shí)，釆用直接或選擇排流法都不能將干擾電流排回鋼軌時(shí)就需要釆用“強(qiáng)制排流法”，如圖2（c）所示。

4.3陰、陽極保護(hù)法

（1）陰極保護(hù)法

陰極保護(hù)是指向金屬結(jié)構(gòu)件提供電流，有外加電源法和犧牲陽極法：根據(jù)電化學(xué)腐蝕原理，電化學(xué)腐蝕主要是產(chǎn)生在陽極區(qū)域，陰極保護(hù)法就是根據(jù)這一原理使被保護(hù)的金屬物處于陰極電位，從而得到充分的保護(hù)。

犧牲陽極陰極保護(hù)法是采用比管道構(gòu)成材料活躍的金屬（如鋅、鎂、鋁等制成犧牲陽極，將其與管道進(jìn)行電氣連接或者鍍在管道的外層，如圖3（a）所示。外加陰極保護(hù)法則是采用外接直流電源將被保護(hù)的結(jié)構(gòu)件與保護(hù)電極相連，結(jié)構(gòu)件接電源負(fù)極，保護(hù)電極接電源正極，通過電源的作用使被保護(hù)結(jié)構(gòu)件處于陰極電位，如圖3（b）所示。

（2）陽極保護(hù)法

理論上將被保護(hù)結(jié)構(gòu)件的電位提高到鈍態(tài)電位，從而阻止雜散電流腐蝕。在實(shí)際實(shí)施中卻很難做到。

5.結(jié)束語

隨著我國城市地鐵或輕軌交通快速發(fā)展，人們越來越重視地鐵防護(hù)雜散電流，所以需要對雜散電流的分布規(guī)律進(jìn)行分析，對各種影響雜散電流分布的因素進(jìn)行了解，從而設(shè)計(jì)出合理有效的防護(hù)雜散電流的方案，才能減少在地鐵建設(shè)中的投資、降低地鐵的運(yùn)營成本。

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