关于地铁的杂散电流防护措施分析

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1、关于地铁的杂散电流防护措施分析摘要：目前我国地铁的供电方式基本都是采用直流牵引，地铁在运营中所产生的杂散电流会通过钢轨泄漏到地上，它严重腐蚀地下金属管道线路和钢筋结构，影响地铁的安全运营。这种杂散电流的腐蚀会减少埋地管线的使用寿命，降低地铁主体结构的耐久性和强度，有时甚至会造成灾难性的事故，同时还会造成一定的经济损失。因此，全面考虑地铁杂散电流腐蚀问题，探讨更为有效的杂散电流腐蚀防护措施，对保证地铁安全运营具有十分重要的意义。关键词：地铁；杂散电流；电流腐蚀；防护措施；直流牵引目前，我国地铁供电系统基本上采用的是直流牵引供电方式，牵引变电所提供地铁列车需要牵引的电流，先通

2、过架空线或接触轨向地铁列车输送直流电，再通过走行轨回流到牵引变电所。钢轨理论上对地绝缘安装，但因为施工工艺及绝缘材料性能等原因，钢轨不可能做到对地面完全绝缘。而且钢轨的绝缘水平会随着绝缘材料的老化而渐渐降低，造成部分的电流不从走行轨回流，而是以散流的形式流入大地，再由大地流回走行轨并返回牵引变电所，从而形成杂散电流。1杂散电流的腐蚀机理地铁（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，直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地做不到完全绝缘，所以有一部分电流从走形轨泄漏到大地。这部分从走形轨漏出的电流被称为杂散电流，又叫迷流。杂散电流从走形

3、轨漏出后，经过地铁的道床流入大地，然后从大地流回钢轨回流点。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。杂散电流腐蚀属于电化学腐蚀，电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程。介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。进行电子传导的金属导体与进行离子传导的电解质相接触的界面称为电极系，电子导体和离子导体的接合称为e-i接合。地铁直流牵引供电方式所形成的杂散电流及其腐蚀部位如图1所示，走行轨和金属管线均为电子导体，地面为离子导体，电子在A点和D点流出，那么金属导

4、体和地面一起组成的界面为阳极。在电流经过过程中，如果电流在B点和F点流入，那么地面与金属导体所共同组成的界面为阴极。根据图1可以看出，杂散电流所流过的地方可以看成两个电解电池串连在一起。当杂散电流由钢轨（A）和金属管线（D）部位流出时，都会发生失掉电子的氧化反应，该部位的金属就会遭到腐蚀。2杂散电流的危害地铁的杂散电流是一种有害的电流，会对地铁中的电气设备、设施的正常运行造成不同程度的影响，还会对隧道、道床的结构钢和附近的金属管线造成危害。这种危害主要表现在以下几个方面：（1）若地下杂散电流流入电气接地装置，将会引起过高的接地电位，使某些设备无法正常工作，甚至会危及人身安

5、全。（2）如果走行轨的局部或整体相对与地面的绝缘性变得差了，那么这个走行轨就会泄漏更大的电流给地面，增大地下的杂散电流，这时就有可能导致牵引变电所的框架保护行为。而框架保护行为则会使得整个牵引变电所的整流机组跳闸，还会使相邻牵引变电所对应的直流馈线断路器失效，造成接触网大范围停电，从而对地铁的正常运营造成很大影响。（3）杂散电流会对地铁隧道、道床以及其他建筑的结构钢筋和埋在附近的金属线路管道造成电腐蚀。要是这种电腐蚀存在的时间过长，会损坏在地铁附近的各种地下金属管道线路和结构钢筋组织，使结构钢筋的强度逐渐变弱，缩短了它的使用寿命，造成严重影响。3地铁杂散电流腐蚀防护措施和

6、监测手段3.1杂散电流腐蚀防护措施杂散电流的防护设计应遵循“以堵为主，以排为辅，堵排结合，加强监测”的原则。3.1.1“堵”——源控法。源控法就是隔离、控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入地铁的主体结构、设备及其相关的设施。根据实验经验，单边供电情况下杂散电流的公式如下：杂散电流值与列车到牵引变电所距离的平方成正比；与回流走行轨纵向电阻成正比；与牵引电流成正比；与走行轨的对地过渡电阻成反比。目前地铁采用了很多有效方法，很多新方法也在不断被提出并应用于实践。（1）在可能的情况下，设计时可适当缩短变电所的位置。（2）减小机车取流量，牵引网采用双边供，提高直流牵引电

7、压。（3）加强走行轨对地绝缘，增大轨道对主体结构的过渡电阻。（4）保持牵引回流通路顺畅，安装均流电缆，设法降低走行轨的电阻值。（5）采用隔离法，减少杂散电流的蔓延。3.1.2“排”——排流法。排流法就是通过杂散电流的收集及排流系统，提供杂散电流返回至牵引变电所负母线的通路，防止杂散电流继续向本系统外泄漏，以减少腐蚀。目前地铁采用的智能排流柜工作原理如图2所示，直流接触器CZ用于控制排流支路是否投入使用，R、C用于抑制主回路通断时产生的尖峰脉冲，硅二极管D1用于防止逆向排流，快速熔断器Fu用于在出现短路等故障时保护排流柜电路免受