劉祖洪

摘要：雜散電流是一種有害的電流，會對地鐵附近的地下金屬體（如建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋、水管、煤氣管道等）造成電化學腐蝕。如果這種腐蝕長時間存在，會給這些建筑物、水管、煤氣管道等造成大的損害，甚至會危及其安全，如何解決是一個難題。本文從雜散電流的產(chǎn)生及其帶來的危害入手，對如何有效防護進行全面的闡述。

關(guān)鍵詞：地鐵 雜散電流 危害 防護

一、雜散電流的產(chǎn)生與危害

1、雜散電流的產(chǎn)生

目前，地鐵牽引電源一般使用直流電源。在理想的狀況下，牽引電流由牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由接觸網(wǎng)（軌）、電動列車和走行軌（即回流軌）返回牽引變電所的負極。由于走行軌與大地之間的絕緣不良或不是完全絕緣，流經(jīng)走行軌的電流不能全部經(jīng)由走行軌流回牽引變電所的負極，有一部分電流會泄漏進入大地，然后再流回變電所，這部分泄漏到大地中去的電流就是雜散電流，也稱作迷流。走行軌鋪設(shè)在軌枕、道碴或整體道床上，由于鋼軌與軌枕或整體道床之間不是完全絕緣狀態(tài)，鋼軌與大地間存在一定的過渡電阻，其阻值表示了軌道和大地之間的阻性耦合和電導(dǎo)性耦合。有關(guān)研究表明，鋼軌與大地之間的過渡電阻與通過走行軌中的電流無關(guān)，其阻值取決于軌枕和軌道緊固件（包括鋼軌和軌枕間的絕緣墊）的類型、軌枕下面的墊層（碎石或沙石道碴或整體道床等）、污染程度、氣象條件（如濕度、雨水和霧等）。也就是說，與走行軌流入大地的雜散電流與道床類型、軌枕和軌道緊固類型有關(guān)，并還隨污染程度、氣象條件的變化而變化。

2、雜散電流的危害

地鐵中的雜散電流是一種有害的電流，會對地鐵中的電氣設(shè)備、設(shè)施的正常運行造成不同程度的影響，還會對隧道、道床的結(jié)構(gòu)鋼和附近的金屬管線造成不同程度的危害。

（1）引起地鐵附近建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬管線腐蝕

地鐵附近的地下金屬體埋于地下，周圍有電解質(zhì)存在，在沒有雜散電流通過時，這些金屬體所承受的滲透壓與溶解壓通常會保持平衡狀態(tài)，不會發(fā)生電化學腐蝕。但當這些金屬體中流過雜散電流時，這些金屬體所承受的滲透壓與溶解壓的平衡狀態(tài)就會被打破，就要發(fā)生電化學腐蝕。如果城軌隧道、道床或其他建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋及附近的金屬管線（如電纜、金屬管件等）長期受到雜散電流的腐蝕，就會嚴重損壞地鐵附近的各種結(jié)構(gòu)鋼筋和地下金屬管線，破壞結(jié)構(gòu)鋼的強度，降低其使用壽命。

（2）使某些地鐵設(shè)備無法正常工作

雜散電流若流入電氣接地裝置，將引起過高的接地電位，使某些設(shè)備無法正常工作，甚至會危及人身安全。

（3）給地鐵的安全運營帶來不利影響

若走行軌局部或整體對地的絕緣變差，則對大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大，會使鋼軌電位發(fā)生變化，進而引起鋼軌與框架之間的電位差發(fā)生變化。當鋼軌與框架的電位差達到框架保護一段整定值90V時，可引起電壓型框架保護報警；當鋼軌與框架電位差達到或超過框架保護二段整定值150V時，根據(jù)比較情況，啟動某一段延時后，如果電壓信號一直達到或超過框架保護整定二段值時，就有可能引起牽引變電所的框架保護動作。無論是框架保護報警還是框架保護動作，都將給地鐵牽引供電的安全帶來不利影響，將直接威脅地鐵的正常的運營。

（4）危及地鐵乘客的安全

地鐵鋼軌（走行軌）除了作為牽引回流的通路與牽引變電所的負極相連外，還起屏蔽門框架保護作用而與屏蔽門相連。若走行軌某處或局部與大地間的絕緣比其他地方低，則該處的軌電位就會較低，而其他地方的軌電位會被抬高，造成部分地方的軌電位異常，甚至超過正常允許值。雖然在變電所內(nèi)安裝有軌電位限制裝置（與負極相連），當走行軌的電位達到其整定值（一般為90 V和150 V）時，軌電位保護裝置會動作。但軌電位和屏蔽門對地電壓的存在，對乘客的安全構(gòu)成威脅。

二、雜散電流的監(jiān)測

雜散電流的監(jiān)測項目，目前最主要是通過監(jiān)測結(jié)構(gòu)鋼極化電壓正向偏移平均值，了解和掌握雜散電流對隧道結(jié)構(gòu)的的腐蝕程度。根據(jù)建設(shè)部《地鐵雜散電流腐蝕防護技術(shù)規(guī)程（CJJ49-92）標準，結(jié)構(gòu)鋼極化電壓正向偏移值0.5伏，作為衡量雜散電流危險程度的臨界標準值。

三、雜散電流的防護

雜散電流給地鐵設(shè)備、設(shè)施的安全運行和使用壽命造成影響，甚至會威脅乘客的安全，有必要對其采取防護和治理措施，以確保地鐵的安全運營。雜散電流的防護有消極措施和積極措施之分，消極的防護措施主要包括在相關(guān)金屬裝置上添加絕緣材料或防腐金屬，下面主要討論積極的防護措施。

1、防護原則

雜散電流的防護應(yīng)采取“以堵為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測”的原則。以堵為主，就是隔離和控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進入地鐵的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備及相關(guān)設(shè)施；以排為輔，就是通過雜散電流的收集及排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回至牽引變電所負母線的通路，防止其繼續(xù)向本系統(tǒng)外泄漏，以減少腐蝕；加強監(jiān)測，就是要有完備的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)視、測量雜散電流的大小，為運營維護提供依據(jù)。

2、防護措施

（1）降低回路電壓，保持對地的良好絕緣

在回流回路中，保持電壓降處于低值以及走行軌對地的良好絕緣，是限制雜散電流的最重要措施。為此，可以采取如下辦法。

a在可能的情況下，設(shè)計時可適當縮短變電所的供電距離。

b安裝平行加強回流線，也就是與走行軌并行的導(dǎo)線，并將其在較短距離間隔內(nèi)與走行軌連接。

c走行軌盡量選用重型軌（如60 kg/m型軌），并焊接成長鋼軌。鋼軌接頭的電阻應(yīng)小于5 m長的回流鋼軌的電阻值，以減少回流電阻。若采用短鋼軌，則應(yīng)用魚尾板連接，并在道岔與轍岔的連接部位的兩根鋼軌之間加焊一根120 mm2及以上的絕緣銅電纜連接線，并應(yīng)做到焊接可靠。

（2）利用雜散電流收集網(wǎng)，減少雜散電流

a為保護整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋不受雜散電流腐蝕，減少雜散電流擴散，利用整體道床內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋的可靠電氣連接，建立主要的雜散電流收集網(wǎng)，收集由鋼軌泄漏出來的雜散電流，在陰極區(qū)經(jīng)鋼軌流回牽引變電所。

b對于需設(shè)置浮動道床的區(qū)段，浮動道床內(nèi)的縱向鋼筋也應(yīng)電氣連接，并和整體道床內(nèi)的雜散電流收集網(wǎng)電氣連接，使隧道內(nèi)所有的道床收集網(wǎng)鋼筋在電氣上連為一體。

（3）采用隔離法，減少雜散電流的漫延

a在條件允許的情況下，盡可能增強整體道床結(jié)構(gòu)與隧道、車站間的絕緣。

b在高架橋區(qū)段，橋梁與橋墩之間加橡膠絕緣墊，實現(xiàn)橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋與橋墩結(jié)構(gòu)鋼筋絕緣，防止雜散電流對橋墩結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕。

（4）在牽引變電所，設(shè)置雜散電流排流裝置，采取這種做法，可在軌道絕緣降低致使雜散電流增大時，及時通過排流裝置，使收集網(wǎng)（主收集網(wǎng)、輔助收集網(wǎng)）中的雜散電流有暢通的電氣回路。

（5）廣泛使用陰極保護，避免雜散電流的腐蝕陰極保護是防止在被保護金屬上產(chǎn)生陽極反應(yīng)，從而保護這些金屬不受雜散電流的腐蝕。

（6）一些特殊區(qū)段防護，在盾構(gòu)區(qū)間隧道內(nèi)，管片采用絕緣隔離措施，控制雜散電流密度在腐蝕鈍化狀態(tài)。用電纜對盾構(gòu)區(qū)間兩端的隧道連接端子進行連接。在車輛段通過恰當設(shè)置回流點和均流電纜。車輛段內(nèi)線路與正線之間以及停車場各種電化庫內(nèi)線路與庫外線路之間設(shè)置絕緣軌縫并裝設(shè)單向?qū)ㄑb置。車輛段內(nèi)電化股道和非電化股道之間、電化股道盡頭線與車檔設(shè)備之間設(shè)置絕緣軌縫。在庫內(nèi)設(shè)置鋼軌電位限制裝置。

三、在日常運營中，采取各種有效措施

1、定期對全線軌道線路清掃，保持線路清潔干燥，尤其是軌道扣件及鋼軌絕緣墊，不能有易導(dǎo)電的物質(zhì)在鋼軌扣件和絕緣墊表面，避免由此而產(chǎn)生的軌道對地泄漏電阻的下降。

2、定期檢查各雜散電流收集網(wǎng)之間的連接線、負回流電纜及均流電纜的連接是否良好，連接螺栓是否生銹等。如果這些連接部件狀態(tài)不良，則應(yīng)及時進行修復(fù)。

四、總結(jié)語

雜散電流是一種有害的電流，影響和危害地鐵系統(tǒng)中直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施、結(jié)構(gòu)等其它設(shè)施。對地鐵雜散電流的產(chǎn)生、危害及如何治理加以分析和總結(jié)，希望對直流牽引供電中雜散電流的治理有所幫助。