地铁杂散电流防护技术措施

1、地铁杂散电流防护技术措施论文导读：城市地铁工程中供电系统回路泄漏的杂散电流对地铁金属结构和埋地管线造成严重的腐蚀，因此在工程建设中必须研究地铁杂散电流的分布状态，采取有效的措施减少杂散电流腐蚀，确保系统正常运营。地铁轻轨采用直流供电方式，利用钢轨作为回流线，由于钢轨对地绝缘不充分，局部负荷电流泄漏于大地，形成杂散电流。杂散电流的防护主要有两种形式：一是控制、一是疏导。关键词：地铁，杂散电流，防护城市地铁工程中供电系统回路泄漏的杂散电流对地铁金属结构和埋地管线造成严重的腐蚀，因此在工程建设中必须研究地铁杂散电流的分布状态，采取有效的措施减少杂散电流腐蚀，确保系统正常运营。1、杂散电流的形成与危害

2、地铁轻轨采用直流供电方式，利用钢轨作为回流线，由于钢轨对地绝缘不充分，局部负荷电流泄漏于大地，形成杂散电流。这种杂散电流对地铁隧道中的结构钢筋产生腐蚀，破坏了结构钢的强度，降低了其使用寿命。杂散电流腐蚀一般具有以下特点：腐蚀剧烈、腐蚀集中于局部位置、有防腐层时往往集中于防腐层的缺陷部位。杂散电流会引起地铁设施、地铁附近的钢筋混凝土结构物以及埋地管线发生腐蚀，造成严重后果。主要表现在：钢轨及其附件的腐蚀、钢筋混凝土金属结构物的腐蚀、埋地管线的腐蚀、异常腐蚀。2、地铁杂散电流腐蚀的防护形式杂散电流的防护主要有两种形式：一是控制、一是疏导。如何将杂散电流降到最低程度，采取源控制;的方法乃是根本的治理

3、大计。即在地铁建设中，首先应有一个严格和完善的杂散电流防护的设计，以及严格按照标准要求进行的一丝不苟的施工。但是，许多先期防护措施是会随着时间的推移而逐渐失效的，一项新建的杂散电流甚小的地铁系统，在运行一段时间之后，由于不可防止的污染、潮湿、漏水和受力破坏等因素，均会使原来良好的轨、地绝缘性能降低、老化或失效。当出现这种情况后，排流法即成为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。3、地下设施防止杂散电流腐蚀的方法地下设施防止杂散电流腐蚀的措施分为被动型和主动型两种。被动型保护法主要是采取覆盖绝缘层、铺设在绝缘管

4、道内、选择适宜的路线和电分段等防护措施。对于地下设施，防止牵引电流从钢轨直接流入设施是根本的和首要的措施。具体措施如：铸铁管外表涂沥青，管接头处采用相互绝缘的连接方式；敷设镀锌钢管和电缆时，应尽可能远离地铁线路，尽量减少与地铁线路交叉，增大交叉间距；电缆在线路下部时采用绝缘管道保护如玻璃钢管、石棉管等；钢管敷设在有绝缘垫的管沟内，绝缘垫上集中放置管子；在杂散电流区域内敷设金属管道，采用绝缘法兰连接等。主动型防护方法，是基于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。主动型防护方法主要有以下几种方法：排流保护法排流保护法主要是为保护金属导体而采取的

5、防护措施，其根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，使被保护的管道变为阴极性，从而防止金属发生阳极腐蚀。阴极保护法杂散电流不能从钢轨上排流时，那么需采用阴极保护。其工作原理是用专门的直流电源阴极站供出反方向的电流，来抵消地下设施流出的杂散电流。为了在大地形成上述电流，阴极站的负极引出端接至地下设施；正极引出端接至特殊阳极接地器。当阴极保护电流等于从设施流出的杂散电流时，设施外表的电腐蚀终止；当电流较大时，那么形成阴极极化效应。防蚀器防护法用防蚀器防护，是由阴极保护法派生出的，其防护电流是靠电极防蚀器本身的溶解作用完成的。电极主要是由镁的特殊合金制成的。防蚀器是在防护设施的附

6、近并用导线与其相连接。钢、铝或铅制成的设施与防蚀器形成电偶。该电偶使防护电流到达3050mA，并通过大地闭合。防蚀器一般概念是辅助(牺牲)阳极，且使流过电流的方向是使被保护物(原阳极)成为阴极，不再被电蚀，从而得到充分的保护。防蚀器假设用电位很负的金属构成，那么由该辅助电极与原电极所形成电池的电动势来提供阴极保护电流，这实质上是由镁的溶解提供的，所以通常也称为阴极保护法中的牺牲阳极法(或流电阳极法)。阳极保护法即将被保护物的电位提高到钝态电位，从而阻止腐蚀。由于地铁系统，尤其是在大城市附近，地下结构设施复杂，显然难以采用将被保护的设施的电位提高到钝态电位的阳极保护法。加强排流法加强排流法即采用

7、排流防护和阴极保护的组合方法，是用和整流器的正端子与钢轨相连接的阴极站，代替阳极接地，电源负极和被防护的设施相连接，二极管接入电路，以便提高电路的反向击穿电压。加强排流电路不同于阴极保护，优点是电能消耗很小，也无需阴极保护的设备。也不同于排流防护，优点是不仅在钢轨网的阴极区，而在杂散电流分布的任何区域，甚至在无杂散电流时均可用于防护。4、地铁线路防止杂散电流腐蚀的措施地铁线路杂散电流的防护是一系统工程，目前常用的防护方法大致可归纳为以下三类： 让回流轨中的电流全部流回牵引变电所的负极，而不能向地下泄漏，即在回流轨与地之间采取有效的绝缘，控制和减小杂散电流产生的根源，隔离所有可能的杂散电流泄漏途

8、径，俗称堵;； 通过与排流网电气连接的测防端子和走行轨来监测杂散电流大小，以便超标时及时采取措施，俗称测;； 将回流轨中局部向外泄漏的电流，以某种渠道将其引回变电所的负极，即设置合理的排流网结构，为杂散电流提供一条畅通的低电阻通路，俗称排;。在直流牵引供电系统中，对杂散电流的防护的原那么：预防于测;，以堵;为主，堵;、排;结合。假设堵;未处理好，那么排;与测;仅是无奈之举；而在先期的防护措施逐渐失效造成大量杂散电流时，测;和排;又起着关键作用。1堵;源控制法根据实践经验和杂散电流的估算公式，杂散电流值与用电列车和供电牵引变电所的距离的平方成正比，与回流走行轨的纵向电阻成正比，与牵引电流成正比，

9、与轨道对结构钢的过渡电阻成反比。基于上述原理，可采取以下措施：提高牵引网压杂散电流值和牵引电流成正比，在相同的牵引功率下，提高直流牵引电压，可以按相同的比例降低负荷电流值，从而到达降低杂散电流的数值。目前我国地铁牵引供电系统中，供电电压主要有750V和1500V，采用1500V电压牵引供电可以减小杂散电流的产生。合理设置变电所杂散电流值与用电列车和供电牵引变电所间距的平方成正比，牵引变电所设置距离不宜过长，在运营的地铁正线段，牵引变电所应向区间施行双边供电，尽量防止单边供电，以减小牵引变电所之间补偿电流，降低杂散电流。此外，车辆段或停车场单独设牵引变电所，且其供电和正线线路供电之间应相互绝缘。

10、回流走行轨降阻走行轨电阻较大时，回流电流在其上流过时产生的电压降也大，使钢轨对地的电位差也增大，从而增加了泄漏的杂散电流。在防护设计中选用电阻率低的材料、增大钢轨横截面积、将短钢轨焊接成长钢轨、加设均流线等措施，以降低走行轨电阻值，减少其泄漏的杂散电流。回流轨和牵引变电所的零汇流排应与地保持能承受1000V的绝缘。增大轨道对主体结构的过渡电阻走行轨绝缘的性能的好坏是杂散电流大小的根源。增大过渡电阻就要提高钢轨对结构钢的绝缘水平，可采取如下措施：嵌埋绝缘材料、调整混凝土配料、钢轨与轨枕的绝缘连接、改善道床结构等。2排;排流法对于新建城市轨道直流牵引供电工程，可采用各种防护措施，使回流轨对地绝缘完

11、好，不产生杂散电流或仅产生微小的杂散电流是容易做到的。但随着运行时间的推移，回流轨与绝缘扣件之间、回流轨与道床之间的绝缘垫受空气和灰尘的污染，以及绝缘受到破坏就会产生大量的泄漏电流。因此，工程建设前期在设计中应考虑设置合理有效的防排流网装置，将回流轨中向地下泄漏的电流引回牵引变电所的负极。地铁防排流网由混凝土整体道床内的杂散电流收集钢筋网和主体结构钢筋网组成。道床内杂散电流收集网在枕木以下的混凝土整体道床内，设置收集钢筋网，收集由走行轨泄漏出的杂散电流，并将杂散电流排流回到供电所的负极，防止杂散电流流向区间隧道混凝土结构中的钢筋和其它金属导体。主体结构排流网区间隧道混凝土主体结构中应具有性能良

12、好的防水层，衬砌混凝土应具有较高的电阻率和低透水性，结构钢筋应采用连续性焊接，区间隧道变形缝处应焊接引出主体结构钢筋，同时在此处设置杂散电流测防端子，并用钢筋将变形缝处两端的端子连接在一起，为采取排流措施做准备。主体结构的具体施工方式有明挖、暗挖、盾构等，根本上代表了不同的隧道类型。A. 明挖区间隧道明挖区间隧道一般每隔一定距离需设伸缩缝(结构段) 以缓冲钢筋伸缩，防止杂散电流要求伸缩缝处结构钢筋断开，将每个隧道段内的结构钢筋在尽量减少焊点的前提下焊成一个电气整体，并在结构段两侧伸缩缝处引出结构钢筋的测防端子。伸缩缝虽然是从隧道设计要求设立的，但杂散电流防护要求伸缩缝处加设绝缘材料以对伸缩缝两

13、侧钢筋进行绝缘隔离，因为隧道结构的距离较小时有利于将来对杂散电流沿隧道钢筋排流，隧道结构段一般采用60m左右。B.暗挖(矿山法)施工隧道暗挖隧道的钢筋结构形成是由骨架圆环钢筋作为主要支承，骨架圆环钢筋与纵向钢筋焊接，钢筋本身已焊接成统一的电气整体。矿山法隧道结构钢筋混凝土层与隧道内壁素混凝土层间有一层防水膜，为不破坏防水层，在矿山法区间隧道只引出内部钢筋端子，不安装参考电极。矿山法施工隧道一般不设置伸缩缝，但为了测量隧道钢筋内杂散电流，选取典型路段适当进行分段并断开结构钢筋，用素混凝土隔离钢筋方法，每隔250m设一缝，在缝两侧分别引出钢筋端子。C.盾构区间隧道盾构区间隧道是由圆形管片通过螺栓连

14、接在一起，每个盾构管片内有结构钢筋，在隧道内管片安装之前是预制的，每个管片内结构钢筋成弧网状，并焊接为一个电气整体，但做到管片之间的电气连接，实现起来比拟困难。在盾构区间要实现排流防护一方面是涉及到盾构管片内部钢筋结构改造，费用较高；另一方面，即使将螺栓螺母与内部钢筋焊接起来，也由于螺栓螺母的焊接接触导致不良的电气连接，所以对盾构采取隔离法防护较为现实。管片安装是用素混凝土连接固定的，也起了隔离作用，由于单个管片面积很小，限制了杂散电流向管片钢筋泄漏及进一步扩散。D.车站建筑杂散电流防护车站的墙壁较厚，为便于在墙壁上安装参考电极，在施工中要求侧墙上安装预制法兰套管，套管与侧墙外土壤相通，通过在

15、法兰套管上安装参考电极取得外部土壤电位。在有牵引变电所的车站，牵引所附近道床底板上引出排流端子，穿越道床底板时加绝缘处理以防止与道床钢筋接触。车站结构钢筋要求形成统一的电气整体，同隧道钢筋一样，可作为第二层排流通路，车站与明挖或矿山法区间隧道接口处通过连接伸缩缝两端的测防端子，形成纵向贯穿的电气通路，在车站与盾构区间接口处，采用电缆或扁钢实现相邻车站的结构钢筋连通，形成排流统一体。运营线路排流网和车场排流网分开敷设。杂散电流收集网与主体结构钢筋绝对不能相连，杂散电流收集网在每个有牵引变电所车站的两个端头井处，设置外引排流引接线的预埋端子。没有变电所的车站应在每个车站的两个端头井内设外引测量用的端子，端子位置设在区间隧道内侧，即站台侧。牵引变电所内接地装置与建筑主体钢结构之间必须完全绝缘，杜绝有电气连接。变电站及沿线所有电气设备的外壳与钢结构应做绝缘处理。地表和高架桥上的金属设备外壳、各种管线、结构钢筋与回流轨之间不允许有电气连接，要完全绝缘。结束语：排流法在国外取得了成功应用，但使用排流方法也可能造成副作用，会对未采取排流措施的金属结构引起干扰。鉴于存在的问题