一、杂散电流的腐蚀机理及杂散电流的现状
1.1 杂散电流产生及腐蚀机理
地铁杂散电流是指采用直流牵引供电方式的地铁列车在运行时泄露到道床及周围土壤介质的电流。如图1所示列车所需电流由牵引变电所提供，通过接触网或接触轨向列车送电，并通过走行轨作为牵引电流回路，返回变电所；由于走行轨对地绝缘不充分，一部分牵引电流泄漏于大地，形成杂散电流；杂散电流一旦流入埋地金属管线，再从埋地金属管线流出，会在电流流出部位发生剧烈的电化学腐蚀，进而缩短埋地金属管线的使用寿命，甚至酿成危险事故。
图1 杂散电流产生原理图
电池Ⅰ：A 钢轨（阳极区）→B 道床、土壤→ C 金属管线（阴极区）
电池Ⅱ：D 金属管线（阳极区）→E 土壤、道床→F 钢轨（阴极区）
杂散电流腐蚀机理为当地铁杂散电流由图1中两个阳极区，钢轨（A）和金属管线（D）部位流出时，该部位的金属便与其周围电解质发生阳极过程的电解作用，此处的金属随即遭到腐蚀。杂散电流腐蚀具有腐蚀激烈，腐蚀集中于局部位置，集中于防腐层的缺陷部位等特点。杂散电流对金属结构的腐蚀量服从法拉第电解法则，腐蚀坑呈外喇叭状，创面光滑圆亮，坑内发黑，无腐蚀产物或者很少，坑直径一般为5-10mm，坑深一般在2-4mm。
1.2地铁杂散电流的现状
目前国内地铁均采用直流牵引供电系统，供电电压为直流750V和直流1500V两种电压制式。牵引变电所通过接触网或接触轨传送至牵引机车，并通过走行轨将牵引电流返回至变电所。如上文所述，由于走行轨很难做到对地绝缘或者绝缘随时间慢慢下降，所以有一部分电流由钢轨流入大地，再由大地流回钢轨并返回至牵引变电所，此部分电流即为杂散电流。
目前国内各城市地铁开通以后，均有不同程度的杂散电流产生，并且部分城市地铁钢轨与大地之间的绝缘越差，或者随着地铁开通年限的增加，绝缘不断下降，产生的杂散电流就相应越大。地铁附近的金属管道或构件长期处于这种环境中，受到不同程度的腐蚀。近年来，各城市地铁开通后，产生的杂散电流对周边的金属管线均造成不同程度的干扰，杂散电流腐蚀地铁主体结构，会降低结构钢筋的强度和耐久性，缩短埋地金属管、线的使用寿命，影响地铁正常运营，危及乘客人身安全。杂散电流对周边的燃气、输油管道、城市管线也有一定的干扰。所以，杂散电流的防治和监测，对保证地铁安全运营有着重要的意义。
二、杂散电流防治和监测技术
2.1杂散电流的防治
在地铁直流牵引供电系统中，对杂散电流的防护原则是：预防于“测”，以“堵”为主，“堵”、“排”结合。目前国内杂散电流防治方法主要有“源控制法”、“被动保护法”、“主动保护法”三种方法。
将杂散电流降到最低程度，即采取“源控制法”的办法乃是根本的治理大计，也就是说，在地铁建设过程中，应该有一个严格和完善的杂散电流防护设计。从
总体上把控，建立土建、轨道、供电、信号等各专业对杂散电流明确的防护标准。各专业在遵守自己标准的前提下，要进一步的兼顾其他专业的标准。杂散电流防护设计应与土建、供电、轨道、信号等其他相关专业相互协作，在技术支持和实际工程可实施的前提下进行方案设计；杂散电流防护设计应与牵引供电系统设计相结合，牵引变电所分布及牵引系统运行方式在满足供电要求的前提下，应兼顾减少杂散电流。更为重要的是，施工过程中必须严格按照设计要求施工，不断地检测工程质量，每道工序交接、验收等要有测试报告，对施工过程进行严格的把控。除此以外，各专业应该建立明确的验收标准，并要求提供杂散电流防护设施的各类测试报告、竣工图纸、技术文件。
但即便如此，地铁建设过程中的许多防护措施也会随着时间的推移而逐渐降低保护能力甚至失效。当出现这种情况后，须通过保护法减少杂散电流腐蚀。排流法是消除杂散电流腐蚀最有效的手段。此外，分段供电、在轨道上设置绝缘结、使用单向导通装置也是防止特殊地段杂散电流腐蚀的有效措施之一。
常见的“被动保护法”有在金属表面覆盖绝缘层，将金属铺设在绝缘管道内，选择合适的路线和电分段等。对于地下设施，防止牵引电流从钢轨直接流入设施是基本的和首要的措施。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在杂散电流区域内敷设金属管道，可利用安装在管道上的绝缘法兰的电绝缘性，切断管道中杂散电流的连续性，或阻止杂散电流流入管道。在工程实践中得到广泛应用。“主动保护法”是将杂散电流从地下设施引至回流轨（电气排流防护），或将这些电流与相遇的电流抵消（阴极保护，流通防护）。常用方法：排流保护法、阴极保护法、防蚀器防护法、阳极保护法、加强排流法，特殊地段采用单向导通装置。排流保护法主要是为保护金属导体而采取的防护措施，其基本原理是将被保护的金属导体对走行轨的阳极区用导线连接起来，从而相当于将图2中金属导体的D金属管线（阳极区）与走行轨短路，使被保护的金属管线变为阴极性，从而防止金属发生阳极腐蚀。
对地铁区间隧道杂散电流的防护而言，由于选择排流法成本低、工作可靠，优先采用。我国北京、广州和上海等城市地铁采用这种排流方法，取得良好效果。
2.2杂散电流的监测以及发展方向
目前国内杂散电流监测设备主要有三种：集中式检测系统、大容量数据存储监测系统以及杂散电流自动在线监测系统。
大容量数据存储检测系统降低了人力劳动，但是仍属于离线监测方法，无法实时获取现场数据。将大容量数据存储技术和在线实时测量两者有机结合，能够进一步提高系统性能，是大容量数据存储检测系统未来的发展方向。
杂散电流自动在线监测系统实时性好，目前在广州地铁一号线、二号线、三号线和四号线等线路及其他城市使用，取得了满意的效果。进一步提高系统实时性和测量精度是杂散电流自动在线监测系统未来的发展方向。
三、杂散电流防护新技术探讨
随着对于地铁杂散电流问题的深入研究，根据“以防为主，防排结合”的杂散电流防护原则，从排流网、钢轨、绝缘扣件、监测技术等多个角度，提出了多种地铁杂散电流防护的新技术进行探讨。
（1）开发高绝缘性混凝土；
（2）研制轨道交通全绝缘轨道扣件；
（3）增加钢轨底部绝缘涂层；
（4）优化排流网钢筋结构；
（5）加设绝缘辅助回路线；
（6）提高管线设备材质绝缘性能；
（7）采用新型智能排流系统；
（8）采用光纤传感技术测量杂散电流；
（9）设置城市地下综合管廊；
（10）采用交流牵引系统。
（11）基于WEB大数据库的杂散电流腐蚀智能监测系统；
（12）加强监测系统的软件分析功能，结合无线传输技术与APP终端技术。
四、结论
杂散电流泄露会引起地铁设施、地铁附近的钢筋混凝土结构物以及埋地管线发生腐蚀，缩短使用年限和寿命，造成严重后果。杂散电流防治及监测对保障地铁列车的安全运营、减少混凝土金属结构、埋地燃气管道、输油管线的腐蚀具有重要意义。应从以下两方面尽量降低杂散电流的干扰。
1、在地铁建设期，根据国家规范和行业标准，建立各专业对杂散电流明确的防护标准、施工标准、验收标准。从源头控制杂散电流的产生。
2、在地铁运营期，加强对杂散电流的监测、分析，实时掌握地铁线网杂散电流情况。采用新技术，加大对杂散电流治理力度。
参考文献
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[2]王志颖.地铁杂散电流防护[J].城市建设理论研究:电子版, 2013(31).
[3]李亚宁.地铁杂散电流防护方案与设计[J].科技信息, 2010(35):60-74.
论文作者:黄伟锋
论文发表刊物:《基层建设》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/29
标签：电流论文; 地铁论文; 金属论文; 管线论文; 防护论文; 钢轨论文; 阳极论文; 《基层建设》2017年第14期论文;