浅谈地铁直流牵引供电中的杂散电流危害

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1、浅谈地铁直流牵引供电中的杂散电流危害深圳市地铁集团有限公司摘要：地铁随着运营年限的增加，直流供电中所产生的杂散电流腐蚀危害越发明显、严重。木文主要对地铁直流供电的杂散电流的危害性进行分析，并提出治理措施。关键词：地铁；杂散电流；直流牵引供电；危害一、杂散电流的危害地铁大部分采用的是直流牵引供电系统，由接触网直流供电，电流经过行轨回到变电所。此种供电方式为列车作为载体，在运行过程中可能出现不同的运载状况，如空载、轻载、重载，特别是在进站、山站的行车速度导致行轨上的回流差别很大，存在电压降，一部分电流无法回到变电所，而是流入大地，导致杂散电流存在（图1）。目前，在我国以及国外的地铁供电回路当中，通

2、常在地铁沿线地下都埋有很多金属管道等导体，当地铁牵引回流流经这些金属导体时,会对这些导体造成破坏，杂散电流对这些金属结构的破坏形式主要括腐蚀和坑蚀，坑蚀是一种发生在金属导体局部的腐蚀，会在金属表面腐蚀出坑槽。地铁杂散电流对导体的破坏主要为坑蚀，其木质是电化学腐蚀。图1双边供电电流分布示意图电化学腐蚀有阳极反应和阴极反应，二者通过电子在电解质中的流动产生联系构成原电池，阳极和阴极反应可由式1和式2描述。以上两式中：Me代表阳极被腐蚀金属导体，D代表阴极氧化剂。从电化学腐蚀的阴、阳两极反应方程式中可以看出，在腐蚀发生过程中，金属作为阳极，失去电子被氧化成离子形式，造成金属结构被破坏。铁锈沉淀在被腐

3、蚀金属表面持续膨胀导致金属破裂，还可能对地铁隧道主体结构的钢筋混凝土结构造成破坏，如果这些情况发生，将会对地铁的正常运营造成十分严重的影响。除去地铁杂散电流的腐蚀之外，还奋自然腐蚀也会对地下金属管网造成破坏，但是自然腐蚀的腐蚀电流特别小，只是毫安级别，而地铁杂散电流则能够达到几安培其至上百安培，所以地铁杂散电流对地下金属管网的破坏相比自然腐蚀要严重许多。随着城市规模的不断扩大，地铁线路的建设也越来越多，因而地铁杂散电流对地下金属造成影响的区域也随之不断扩大，另外由于对杂散电流奋影响的一些因素是随时间变化的，所以杂散电流对地下金属管网的腐蚀也具冇一定的不确定性。由于地铁杂散电流峰值可以达到上百安

4、培，如果腐蚀发生在金属局部位置吋，腐蚀过程就会很剧烈，会在较短时间内对金属结构造成严重破坏。图1为地铁杂散电流腐蚀地下的金属及钢轨元件二、典型的牵引供电系统典型的牵引供电系统如图1所示，由牵引变电所、接触网、馈电线、机车、钢轨、大地、冋流线构成直流牵引供电系统的供电冋路。牵引供电系统的电压等级为750V、1500V。整个地铁线路分为若干个供电区间。由图2可见，牵引变电所之间由接触网相连，长度为2km左右，俗称“供电臂”。供电臂的长度为所在供电区间长度。牵引变电所是通过接触网向列车供电的，在理想情况下，各个牵引变电所母线输出电压相等，均等于额定牵引电压值，不出现母线电压偏差，牵引变电所为其连接的

5、供电臂供电。变电所之间的供电臂不能过长不能过短，若供电臂过长，则电流在接触网上的压降越人，使得供电臂末端的电压过低造成较大的电能损耗；若供电臂过短，则相同距离所需的变电所数0增加，导致投资过大。图2典型的直流牵引供电列车由接触网取流，电流又经走行轨冋到牵引变电所。由于钢轨无法做到对地完全绝缘，所以奋一部分电流未经走行轨冋到牵引变电所，而是经由钢轨流入大地，再由大地冋到牵引变电所，这一部分电流就是杂散电流。钢轨对地绝缘越差，则杂散电流越大。杂散电流受外界环境影响因素很多，较难确定苏具体量。虽然产生杂散电流的原因很多，但可以归结出主要两点：电流泄露和电位梯度。形成杂散电流的主要原因之一是钢轨无法对

6、地完全绝缘造成电流泄露。另一原因是存在电位梯度。若金属置于一电位分布不均匀的电场中，苏内部自由电子会在电场的作用下发生定向移动，从而造成电子与阳离子的分离，这就是由于存在电位梯度。由电位梯度产生的杂散电流，通常是由于埋设管线附近埋冇施加阴极保护的管线，它会在苏周围空间形成电场，在受干扰管线中感应电势差，从而产生杂散电流。图3钢轨电位限制装置结构图图4铺设排流网冋流路径截面城市轨道交通系统建设之初就己经认识到杂散电流会造成的危害，在设计和施工过程中采取各种方法加强走行轨与大地的绝缘以防止电流泄露。在轨道交通运行初期，走行轨与大地的绝缘程度高，泄露电流较小，则杂散电流较少。但随着吋间的增加，轨道交

7、通运行年限的增长，绝缘材料的老化，冋吋受到自然环境的各种侵蚀，污染等因素的影响。走形轨对地绝缘程度越来越差，从而造成杂散电流的增大。据统计，1A的杂散电流可造成33.5kg铅、16kg铜、9.13kg铁和3kg铝的腐蚀。在杂散电流干扰比较严重的区段，电流可达几十安培其至几百安培。在这种情况下，壁厚8〜9mm的钢管，快则2-3个月就会穿孔，因此，杂散电流造成的腐蚀相当严重。某个区段中较大的杂散电流，