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摘要：本文通过对直流杂散电流对轨道交通的影响机理，通过对数据影响的采集，进而分析出采取的保护措施。
关键词：直流杂散电流；机理；防护
1杂散电流产生的原因及腐蚀机理
1.1杂散电流产生的原因
过去，由于防腐层绝缘强度较低，漏点多，管道具有很好的接地，其接地电阻通常小于1Ω，对于杂散电流，尤其是交流电流并不敏感。随着技术的进步，防腐层的绝缘性能及完整性越来越好，杂散电流的干扰也越来越突出。杂散电流流入的位置，管道得到保护，过大的杂散电流流入会造成管道局部过保护，而杂散电流流出的位置，管道受到腐蚀。杂散电流是由外部电源被强制施加到金属构件上的直流电流产生的。直流牵引地铁系统的馈电回路与杂散电流形成图1.变电所将交流电变为直流电经接触网向列车输送电流，电流又经过走行轨与之相连的导线构成返回线至变电所。返回线具有电阻并承载电流，因此在返回线上产生压降，使走行轨具有对大地的电压、走行轨与大地之间并非绝对绝缘，而是有一定的对地电阻，走行轨电压与对地电阻的存在必然导致向大地泄漏电流，即为杂散电流。
金属遭受腐蚀的质量与杂散电流成正比，服从法拉利定律：
M=MIt/QF
m：金属遭受负时损失的质量，g M：金属的摩尔质量
I：杂散电流，A t：腐蚀时间，s
Q：金属离子电荷数（腐蚀作用中金属的原子价） F：法拉利常数
由此可知，杂散电流1年腐蚀损失的钢铁质量约为9.1Kg，在一个地铁轨道系统中，如果供给牵引机车的电流为5000A， 那么每年杂散电流腐蚀2250Kg的钢铁。
2杂散电流腐蚀的防护
2.1直流杂散电流腐蚀的判断标准
2.1.1管地电位偏移判断指标
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当管道任意点上管地电位较该点自然电位正向偏移50Mv，证明该管道已受到杂散电流腐蚀，当正向偏移100mV，或管道邻近土壤中直流地电位梯度大于2.5mV/m时，管道应采取防护措施。
2.2杂散电流的防护措施
2.2.1杂散电流正向偏移防护
杂散电流的防护应按照“以防为主，已排为辅、防治结合、加强监测”的方针进行设计。“防”就是采取、绝缘、隔离控制杂散电流泄漏途径的方法，减少杂散电流进入管道；“排”就是通过杂散电流的收集和排流系统，给杂散电流提供返回牵引变电所的通路，以限制杂散电流向管道泄漏；“测”即为通过设置有效地检测设备，检测杂散电流大小及对地保护电位，一旦发现保护电位出现较大正向偏移，立刻采取措施。
1、消除杂散电流对管道影响就是将埋地管道保护电位控制在-0.85V- -1.2V之间。针对受轨道交通杂散电流影响的管道，首先对其基础数据进行收集：竣工图、竣工资料、相应的地下管线物探资料，牺牲阳极安装情况、管道抢维修记录，巡线记录。土壤电阻率、土壤自然电位等，通过理论分析消除其他管线特别是交流电管线的干扰。其次，在不开挖的前提下，或者局部开挖的前提下对管道防腐层进行完整性检测，对于防腐层破损点及时修复。
2、对于管道杂散电流情况进行动态监控，并得到分析数据，以便我们得出相应规律。地铁投产前对管道保护电位进行测量，并对地铁运行后相同位置的管道保护电位进行测量，得出电位偏差值，并对特殊时期的数据进行跟踪：1、高峰期、2、运行阶段、3、停运阶段，4、基站附近；得出相应的杂散电流数据及管地电位数据及偏移量。通过对以上数据分析总结得出相关规律。
3、增加影响地段牺牲阳极的数量及重量，并对两侧进行绝缘隔离，两端设置阀门，并应缩短阴极保护检测周期。根据公司2015年对地下管线对地电位测量的情况可得，在不考虑杂散电流影响下，管道保护电流的流失也是管道腐蚀的一个重要原因，实验数据可的，通过对不同材质、不同防腐等级的管道设置绝缘接头，或者改造绝缘法兰，可以有效的起到保护管道的作用，根据CJJ51相关规定，牺牲阳极检测周期应为一年一次，为保障监测数据准确性，地铁投产运行前五年，牺牲阳极检测周期为每半年一次。安装镁阳极时，应在镁阳极与管道的联系中安装二极管，保证杂散电流只能通过镁阳极流出管道，而不流入管道。
4、对于管道关键点、及关键部位设置SCADA监测设备，并及时将数据传回调度指挥中心；对管道敏感位置设置压力、泄漏监控探测器，一旦管线因腐蚀泄漏或第三方破坏造成泄漏即可迅速发现。
5、增加回路电阻，对于防腐层进行研究，采用耐杂散电流绝缘性能更好的防腐层结构；适当地段可以更换管材为聚乙烯管。
6、采取必要的排流措施，根据具体情况确定排流方案，排流保护共有四种：直接排流、极性排流、强制排流、接地排流等。根据管道周边具体情况及土壤、地下设施情况确定排流方案。
直接排流：管地电位偏移稳定在正方向，可采用此保护措施。通过导线将管道和干扰源侧的负极直接连通，将管道中的干扰电流引入干扰源负极。此法适用于迁移变电所附近，简单净距，效果好，但是范围有效。
极性排流：管地电位正负极性交变时，可采用此保护措施。通过极性排流器（二极管），将管道与回流轨道连接，当管道上出现正电位时可将管道中的杂散电流排出，出现负电位时排流器不导通，可防止杂散电流进入。此方法安装方便、应用广、但管道距轨道远时效果不好。
强制排流、接地电流应需要设置外部电源及辅助接地体，且效果一般。
7、地铁运行体统主要采用直流牵引机，根据实验，采用较高的牵引压力和分布式牵引方案，可以缩短直流牵引馈电距离。缩短牵引变电所布置间距，使轨道回流电流相对减小，从而降低杂散电流泄漏量；全线各站上、下走行轨件均设均流线，保证轨道回流的均匀畅通。
8、根据《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》的要求，为保证单位长度（1Km）走行轨对地电阻不小于15，走行轨必须采用绝缘安装；安装时采用绝缘水平较高的绝缘材质；正线走行轨采用60Kg/m的正规，并焊接成无缝钢轨。
9、建立杂散电流收集网，利用整体工程内的钢筋进行电气连接，形成电器通路，使杂散电流通过走行轨回到牵引变电所。
2.2.2杂散电流负向偏移防护
以上讨论的都是杂散电流引起管地电位正向偏移的防护措施，在实际工作中，有时也会遇到杂散电流引起的管地电位负向偏移，而且超过最大负电位限制，会造成管道防腐层漏点处大量析出氢气，造成图层与管道脱离即为阴极剥离，不仅使防腐层失效，而且电能大量消耗，碱性环境会加速防腐层老化，氢原子的析出还会导致金属管道发生氢鼓包进而引发氢脆断裂。此时需要采取相应的措施将管地电位稳定在要求的范围内。
将管道直接与锌带连接，当管地电位比-1.1VCSE更负时，杂散电流通过锌带进入管道，避免管地电位进一步下降；当管地电位比-1.1V CSE更正时，锌带起牺牲阳极作用，为管道提供保护电流。
在管道两侧埋设裸钢管，通过反接的两个二极管与管道连接，当管地电位负向偏移到-1.2VCSE时，杂散电流将通过裸钢管进入管道，而不是通过管道防腐层进入管道，将管地电位稳定在-1.2VCSE。（此处假设管道自然电位-0.6VCSE，二极管通电电压为0.6V）
3结语
轨道交通的发展与燃气管网的建设在城市化进程中发挥了巨大作用，但轨道交通与燃气管道防护措施、安全净距等尚处于研究初级阶段。我们本次研究的目的在于将轨道交通直流杂散电流对埋地钢制管道腐蚀影响，由原来的“事后改造”变为“事前预防”和“事中控制”。以期对各燃气公司在地铁防护方面起到借鉴作用。当然，为了消除安全隐患，我们还需要相关部门的协作配合和深入研究，保障地铁和轨道共同的安全。
参考文献：
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[2]金醒群 地铁杂散电流对埋地钢质燃气管道的腐蚀 【J】 煤气与热力
[3]赵英新 单鲁文 埋地燃气管道地铁杂散电流腐蚀的防护 【J】煤气与热力
[4]不详 大连地铁运营对燃气管网的服饰影响和解决方案
论文作者:米伟,侯海港
论文发表刊物:《防护工程》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/13
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