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摘要：大多数地铁采用由走行轨回流的直流牵引供电方式，由于过渡电阻的存在，不可避免的会产生杂散电流。因此，必须采取杂散电流的防护措施，将杂散电流泄漏水平控制在规范要求的安全范围内。本文基于对杂散电流的产生原因、腐蚀防护原理、分布规律、通常防护措施的分析，并结合工程实际情况，总结出了杂散电流防护的关键措施和优化建议。
关键词：过渡电阻，杂散电流，防护措施
引言：随着我国社会主义建设事业的发展，地铁作为一项城市重要交通工具在各大城市得到广泛应用。因当前城市地铁大都采用走行轨回流的直流牵引供电方式，将不可避免地产生流经大地的杂散电流。随着地铁建设的大发展，加上地铁所处的城市地下空间管道等设施的复杂性，地铁杂散电流与周边管线等设施的矛盾也越来越突出，杂散电流问题也受到市政建设部门越来越多的重视。
1.杂散电流的产生原因
在直流牵引供电系统中，接触网与牵引变电站的正极连接，走行轨兼作负回流线，与牵引变电站的负极连接。由于钢轨与地之间过渡电阻的存在，牵引回流并非全部由钢轨流回牵引变电所，而是有一部分由钢轨流入大地，这部分电流就称为杂散电流，如图1-1所示。
2.杂散电流腐蚀的原理
泄漏的杂散电流会进入地下金属物（包括混凝土中的钢筋），也会从地下金属物流出。杂散电流对金属物的腐蚀为电化学腐蚀，当杂散电流进入金属物时，对其不产生腐蚀；而当杂散电流从金属物流出至非金属介质时，对其产生腐蚀。对于结构钢筋，其腐蚀的原理是钢筋与其周围的水泥硅酸盐发生电化学反应。
结构钢筋流出的电流密度如果小于0.6mA/dm2；则电化学反应发生后会在钢筋表面形成一层白色的化合物，该化合物的电阻率较大。随着时间的延续当该化合物厚度达到一定程度时，就会成为包裹钢筋的一层外绝缘层，从而阻止钢筋与外部水泥硅酸盐电解质的继续接触，阻止了杂散电流对钢筋的继续腐蚀，该状态称为腐蚀钝化状态。
由于泄漏电流密度很难测量，所以受杂散电流腐蚀危害的控制间接指标是由漏泄电流引起的极化电压的正向偏移平均值。规程规定，对于结构钢筋不应超过0.5V。
3.杂散电流的分布规律
地铁直流牵引供电采用双边供电方式，当钢轨为悬浮系统时（指全线钢轨采取对地绝缘，在任何地点不直接接地或通过其它装置接地），虽然钢轨对地采取了一系列绝缘措施，但钢轨对地过渡电阻在工程实施中不可能无限大，一般在5～100Ω•km范围。当列车在两牵引所间运行时，钢轨电位如图3-1所示。
列车位置处为阳极区，钢轨电位为正；牵引所附近为阴极区，钢轨电位为负。钢轨电位产生的原因是牵引回流电流在钢轨上产生了纵向电压。研究表明，钢轨电位的大小，与钢轨过渡电阻的关系不大，当钢轨对地过渡电阻在5～100Ω•km变化时，钢轨对地电位基本不变，这是由于钢轨对地过渡电阻相比从牵引所至列车位置的钢轨纵向电阻（0.02Ω/km）太大所致。杂散电流的大小，就是图3-1中阴影区段从钢轨泄漏至地下电流密度的积分。即：
全线杂散电流的总量基本上只与全线钢轨正电位及钢轨对地过渡电阻有关。因此降低钢轨电位及增大钢轨对地过渡电阻是杂散电流防护的基础。
4.杂散电流防护措施
地铁杂散电流防护通常按照“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则进行防护。防是“隔离、控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减小杂散电流进入轨道交通的主体结构、设备、金属管线及其他的相关设施的可能性”；排是“通过杂散电流的收集及排流系统，提供杂散电流返回牵引变电所的金属通路，以限制杂散电流向外泄漏，减少杂散电流对金属管线的腐蚀”；测是“设置杂散电流监测系统，监视、测量杂散电流的大小，为运营维护提供依据”。
对于地铁杂散电流防护来说，“防”是核心，是从源头上控制杂散电流泄漏的根本，主要体现在降低钢轨电位和加强钢轨绝缘方面。
首先，在降低钢轨电位方面，需要供电专业在设置牵引变电所时，合理设置牵引变电所间距，以严格控制住钢轨电压水平；并需合理装设电缆，在钢轨间设均流线，对道岔与辙岔的连接部位设置电缆连接，以减少回流纵向电阻和保证回流通常。同时，还需轨道专业在回流钢轨选型时，尽量选用重轨，并焊接成长钢轨，以减少回流纵向电阻，降低钢轨电位。
其次，在加强钢轨绝缘方面，需要轨道专业在钢轨绝缘材料的选择上，轨底的绝缘垫选用绝缘水平较高的绝缘材质，并对螺栓道钉、铁垫板、扣件等轨道部件做绝缘处理。同时，还需给排水专业合理做好排水，以避免道床积水；在运营阶段，还需要运营定期对轨道进行清扫维护，保持道床的清洁干燥。
5.杂散电流防护的优化建议
从以上分析可知，地铁杂散电流的防护是一项系统性的复杂工程，不但需要地铁供电、轨道、给排水等有关专业互相配合，还需要建设管理、设计、施工、监理、运营等有关各方的共同参与和关注。
为此，本文结合个人的地铁建设经验，在便于工程实施的基础上，为保证杂散电流防护措施能切实有效得到落实，提出以下优化建议措施：
（1）在建设期间，制定钢轨纵向电阻和对地过渡电阻测试方案和验收大纲，加强对钢轨纵向电阻和钢轨绝缘水平的监督管理，以使钢轨电位和钢轨对地过渡电阻达到预期目标，甚至更高；
（2）为排除非钢轨绝缘原因导致杂散电流从钢轨泄漏，在正式开通运营前，可对地铁内部沿线的设备外壳（如信号的道岔控制箱、信号箱、信号机等设备；通信的电话箱；动照的配电箱等）是否与钢轨有电气上的连接进行排查，以更好的确定是否存在杂散电流泄漏情况；
（3）利用监测装置记录结构钢筋极化电位，如测试到某段结构钢筋电位超过极化电位限制值，则该区段杂散电流超标，应对钢轨回路及钢轨对地过渡电阻进行测试检查，结合测试结果进行维护或清扫。
6.结语
目前我国地铁建设得到了快速发展，也积累了丰富的建设经验，各项建设制度和流程也逐步完善，虽然杂散电流的防护问题是个复杂综合的问题，但是通过对杂散电流产生的原因、腐蚀防护原理、分布规律的分析和研究，目前针对地铁杂散电流的防护已有了一套以“防”、“排”“测”相结合的防护手段。从长远角度来说，杂散电流的防护工作仍需要地铁建设各方和运营维护人员的共同努力和协作，以切实提高杂散电流防护水平。
参考文献：
[1]蔺安林,周晓军.地铁迷流对混凝土中钢筋的腐蚀及混凝土强度影响的试验研究[J].世界隧道,1999(6):62.
[2]李威.地铁杂散电流腐蚀监测及防护技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2004.
[3]马笑松.地铁杂散电流腐蚀及防护影响分析[J].城市轨道交通研究,2007(6):64.
[4]赵楠.地铁杂散电流的影响因素分析[f].中国科技信息,2017.04
论文作者:刘敏飞
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/14
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