张长城
中国铁建国际集团有限公司 北京海淀 100855
摘要：本文对地铁迷流的概念进行了介绍，并且探讨了其腐蚀的危害、机理以及特点，对如何进行腐蚀判断以及主要采取的防护措施进行了论述，同时初步设计了控制系统来对地铁迷流进行监测。
关键词：地铁；迷流腐蚀；防护技术；监控系统
城市轨道交通系统中地铁列车的供电方式为直流供电，而电流返回则是利用走行钢轨来实现的，但是钢轨并不是完全对地绝缘的，所以会有一部分电流从钢轨中泄漏出去，就形成了迷流。因为这种电流没有固定的方向，所以又称杂散电流。由于迷流会对钢轨底下的桥梁、隧道结构中的钢筋、沿线的金属管线等金属设备造成严重的腐蚀，所以为了保证建筑设施的安全必须积极对其进行防护。
1迷流腐蚀以及防护工作
1.1迷流腐蚀的机理
电流在地铁回流的轨道中是由高电位向低电位流动的，也就是电流经过车辆和车轮，经由轨道回到牵引变电所的负极，此时的高电位是车辆所在的位置，低电位是牵引变电所，轨道和地面之间存在一定的过渡电流，电位差和过渡电流之间会有电流泄漏出去。这些回流电流在泄漏之后返回牵引变电所或者其他低电位地点的时候会经过地铁附近埋设的金属管道等。这些杂散电流沿着金属管道走过产生负电荷，虽然不会对该处的管道造成影响，但是管道表面会因为点位过负而出现表面析氢，损坏了防腐绝缘层；从这些绝缘层破损的地方杂散电流会流出，此时管道由于带正电是阳极区，所以铁离子会被周围的电解质溶解从而对阳极区的金属管道产生腐蚀作用。
1.2迷流腐蚀的特点
首先腐蚀的强度和危害都比较大。金属燃气管道埋在地下，采用的多为原电池型，只有几十毫安的腐蚀电流；而杂散电流在进行干扰腐蚀的时候可以达到几十伏的电位，电流可以高达上百安。1A的电流在流经钢管表面后一年，可以溶解的量为10kg，足以见得迷流产生的腐蚀的严重程度。
其次是范围广并且具有很强的随机性。地铁的杂散电流可能会对整个城区的地下金属管网造成影响，同时由于轨道和地面的绝缘电阻、土壤的电阻率以及管道的防腐绝缘层电阻等都是不断在变化的，所以杂散电流也有了很大随机性，增大了防护的难度。
1.3腐蚀判断标准
国内主要采用以下两种方法来判断是否有地铁迷流干扰腐蚀埋地金属燃道，第一种方法是将那些距离直流电气铁路、阴极保护系统以及其他的直流干扰源附近的管道选择出来，如果管道上任意一点附近的土壤存在高于0.5mV的电位梯度，那么就是有直流干扰的存在；第二种方法是检查这些管道任意一点的管道电位和自然电位的比较结果，如果正向偏移20mV的时候就是有直流干扰。当确定埋地金属管道受到了直流杂散电流的干扰，就要对其进行长期监控，并采取适当的补救措施。
1.4主要的防护措施
（1）保证牵引供电负极回路的通畅，也就是说回流轨之间有电连通，当牵引变电站负极轨和回流轨之间有可靠连接的时候回路的电阻会降低，从而保证回路电流的畅通性。
（2）在回流轨下采用绝缘垫，这样电流就不会通过铁轨泄漏电流到地面。
（3）绝缘安装停车场以及其他特殊位置的排水管道，并且在其外部安装绝缘套管。
（4）对高架车站轨道的梁结构进行绝缘隔离，与其他建筑物保持距离。
（5）绝缘安装车站牵引变电站的直流电源设备。
（6）将回流轨下的铁道梁以及床内结构钢筋等收集起来形成收集网对杂散电流进行收集，这样当铁轨产生迷流的时候就可以被收集网吸收走，并且传送至电源负极。
这些防护措施从理论上来说都可以起到减少电流泄漏的作用，但是也存在一定的副作用，会干扰到其他没有安装排流装置的金属结构，所以说研究出更科学合理的综合排流装置是非常有必要的，既要将迷流对金属结构的腐蚀消除，同时还不能具有副作用。
2监控迷流的方法
虽然现代地铁轨道系统中都有相应的设计来对迷流腐蚀进行防护，但是仍然存在迷流泄漏的问题，依旧会造成腐蚀，同时很难找出具有是哪个部位泄漏，具体程度如何。但是目前人们已经意识到必须定期对管道进行监测和检查，从而起到控制迷流的作用，并且将维护成本降低，避免产生严重的后果。
2.1监测系统结构
迷流监测的主要作用是对轨地阻抗进行确定，同时找出地铁运输结构中的腐蚀电位。例如上海的地铁1号线和2号线都有系统对迷流进行监测，其电位监测传感器使用的都是深埋式的硫酸铜电极，优点是免维护，具体的系统组成图见图1。检测系统具有两个主要部分即自动监测装置和上位机系统。其中自动监测装置负责对模拟量和开关量进行采集并储存，可以在液晶屏幕上实时的显示参比电极的本体点位以及结构钢的极化电位等；如果发现结构钢极化电位超标或者是发现钢轨电压快要接近规定的CJJ49-92的时候就发出警报，并且根据具体情况发布命令对智能排流柜进行控制，启动排流。上位机主要是和自动监测装置使用RS485/232信号转换进行连接，将各种信息通过软件实时显示出来，这样对于历史数据的查询以及故障记录就会便利很多，同时还可以对自动监测装置的系统时间进行远程修改。
图1 迷流监测系统构成图
当埋地金属结构受到迷流腐蚀的时候，其结构的点位会产生相应的变化，也就是金属结构出现了极化，极化的程度是受到迷流的大小影响的。接地零电位在迷流的极化作用下会出现偏移情况，所以作为基准点来进行电压测量是不准确的，应该采用Mo/MoO3参比电极作为基准来测量迷流极化电压，优点是内阻小且电压稳定。
2.2系统硬件结构
图2为系统的硬件结构图。系统硬件内为双CPU，在进行数据采集的时候由单片机来进行控制，并且使用ARM7处理器在控制室进行处理；在数据的采集、抽样和发送工作完成后，控制室对数据进行接受和处理。双CPU的好处是在通信保持高速率的同时仍然在校验数据以保证其准确性。
图2 系统硬件结构图
2.3系统软件设计
在设计嵌入式程序的时候，设计周期和程序效率这两个因素都非常重要，要考虑进来，程序开发语言使用的是C语言，应用基于GCC的集成开发环境。在设计的过程中要遵循面向操作对象的原则，同时模块化的设计为后期追加新功能模块提供了便利。
结束语
在地铁工程建设中迷流腐蚀带来的影响是很大的，所以应该尽量完善迷流防护系统，将产生的杂散电流量降低，同时对其扩散进行极大的限制。再进行运营维护的时候也应该根据既定的方案对其进行定期维护，以便及时发现并且处理问题。虽然地铁迷流的腐蚀性很大，但是只要我们的处理措施科学、合理并且及时，就可以将其腐蚀性大大降低，避免损失同时防止对地铁主体结构以及沿线的管线产生危害，为地铁的长期运行提供安全保障。
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论文作者:张长城
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/16
标签：电流论文; 地铁论文; 电位论文; 管道论文; 系统论文; 防护论文; 钢轨论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;