城市軌道交通中雜散電流的危害及防護(hù)
雜散電流被稱為迷流，是在城市軌道交通直流牽引供電回流中產(chǎn)生的。其對城市軌道交通系統(tǒng)內(nèi)外金屬設(shè)備、沿途管線會導(dǎo)致一定的影響及危害，特別會對道床鋼筋、走行軌、各種金屬管線、結(jié)構(gòu)鋼筋等有著極強的腐蝕作用，為此，雜散電流防護(hù)為軌道交通建設(shè)以及運營過程中一項極為主要的內(nèi)容。
一、雜散電流的防護(hù)原則
軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)中，只要用走行兼做回流導(dǎo)體，雜散電流的產(chǎn)生是不可避免的。為了減少雜散電流的危害，就應(yīng)當(dāng)設(shè)法減少雜散電流量。這就需要采取有效的防雜散電流措施，使雜散電流量控制在允許的范圍內(nèi)。雜散電流的防護(hù)工程基本上采用/以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測的原則。
（1）以防為主
控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進(jìn)入軌道交通系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備以及沿線附近相關(guān)設(shè)施的結(jié)構(gòu)鋼筋。具體實施時，由于涉及到的專業(yè)多，各專業(yè)、各工種必須緊密配合，尤其在施工設(shè)計階段更要考慮綜合防治措施，盡量減少直流系統(tǒng)與其他建筑物的電氣連接?？刹扇〉拇胧┯校籂恳冸娝鶅?nèi)和區(qū)間的直流供電設(shè)備在安裝時與結(jié)構(gòu)鋼筋和結(jié)構(gòu)主體絕緣安裝；走行軌道在施工時，采用與軌道道床絕緣的安裝方式；由外界引入軌道交通內(nèi)部或由軌道交通內(nèi)部引出的金屬管線均應(yīng)進(jìn)行絕緣處理后方可引入和引出；在軌道交通線內(nèi)部設(shè)立結(jié)構(gòu)鋼筋電氣連通，把所有結(jié)構(gòu)鋼筋和接地點連接在一起，將泄漏的雜散電流排流回直流系統(tǒng)。
?。?）以排為輔
設(shè)置雜散電流的收集系統(tǒng)。此收集系統(tǒng)為雜散電流從回流軌上泄漏后遇到的第一道小電阻的回流通道，可以將雜散電流盡量限制在本系統(tǒng)內(nèi)部，防止雜散電流向本系統(tǒng)以外泄漏。
二、雜散電流的產(chǎn)生機理及危害
雜散電流是一種在規(guī)定電路或意圖電路之外流動的電流，主要來源于鐵路運輸電力牽引系統(tǒng)、陰極保護(hù)系統(tǒng)和高壓輸變電系統(tǒng)。目前，地鐵列車牽引動力系統(tǒng)一般采用直流供電系統(tǒng)，供電電壓多為DC750V或DC1500V。以電力為驅(qū)動動力，由設(shè)置在沿線的牽引變電所經(jīng)過接觸網(wǎng)或第三軌向列車饋送電量。機車通過受電弓與接觸網(wǎng)或?qū)щ娷夁B接受電。利用走行軌實現(xiàn)回流，如圖1所示。直流供電系統(tǒng)由于其走形軌本身具有一定的電阻，且走形軌對地不能做到完全絕緣，因此在回流電流流經(jīng)走行軌時，在走行軌上會產(chǎn)生電壓降，并存在對地電位差，該電位差促使走行軌中有一些電流泄漏到土壤，這部分從走形軌泄漏的電流被稱為雜散電流。
雜散電流具有局部集中特征，當(dāng)土壤中有雜散電流流動時，會通過隧道結(jié)構(gòu)、整體道床、車站結(jié)構(gòu)或其他建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋及附近敷設(shè)金屬管線或電纜的金屬護(hù)套等導(dǎo)體而流至回流點，再經(jīng)土壤重新歸入回流軌。根據(jù)電解池原理回流軌附近這些金屬導(dǎo)體在雜散電流流出處會產(chǎn)生激烈的電解腐蝕，破壞結(jié)構(gòu)鋼的強度，大大降低其使用壽命。若雜散電流流入電氣接地裝置，將會提高接地電位，導(dǎo)致某些設(shè)備無法正常工作，更嚴(yán)重時會危及人身安全。在運營過程中，若雜散
電流增大，促使鋼軌電位發(fā)生變化，可能造成某處的軌電位異常，甚至超過正常允許值，給乘客安全帶來嚴(yán)重威脅。
三、雜散電流的防護(hù)措施設(shè)計
雜散電流的防護(hù)一般都是以防為主，以排為輔，兩者結(jié)合，加強監(jiān)護(hù)的原則。雜散電流防護(hù)設(shè)計方法可分為三類：一是控制雜散電流產(chǎn)生的源頭，減少雜散電流產(chǎn)生的數(shù)量，即是“堵”的方法，隔離、控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減小雜散電流進(jìn)入軌道交通的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備、金屬管線及其他相關(guān)設(shè)施的可能性。二是通過雜散電流的收集及排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回牽引變電所的金屬通路，以限制雜散電流向外泄漏，減少雜散電流對金屬管線及金屬構(gòu)件的腐蝕。對已產(chǎn)生的雜散電流采取排流或其它方法減少其腐蝕危害，即“排流法”。三是建立完備的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)視、測量雜散電流的大小，為運營維護(hù)提供依據(jù)對雜散電流進(jìn)行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)雜散電流過高則采取一定的對策來減輕其危害，即“測”的方法。
3.1 建立雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)
為了檢測線路牽引回流泄漏的情況和地下金屬結(jié)構(gòu)受雜散電流腐蝕的程度，必須進(jìn)行專門的測量工作并且要建立雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)。雜散電流測量點應(yīng)設(shè)置在線路沿線的車站站臺的兩側(cè)進(jìn)出站信號附近、每一個回流點處及需要進(jìn)行測試的走形軌分?jǐn)帱c處、線路橋梁兩段、線路的盡頭線和線路與車輛段的連接坡道處，監(jiān)測點還要定期進(jìn)行檢查維護(hù)。系統(tǒng)一般由參考電極、整體道床測防端子、地下結(jié)構(gòu)測防端子（或高架橋軌道梁測防端子）、接線盒、測量電纜、變電所監(jiān)測裝置、便攜式計算機及管理系統(tǒng)組成。所需監(jiān)測的參數(shù)有軌道電壓、地下金屬結(jié)構(gòu)的極化電位、軌道過渡電阻和軌道縱向電阻等。將整條線路車站變電所劃分為若干個監(jiān)測分區(qū)，每個監(jiān)測分區(qū)在車站變電所設(shè)置一臺雜散電流數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計處理裝置，雜散電流測試及數(shù)據(jù)處理裝置通過變電所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)與綜合自動化系統(tǒng)接口，并將處理和統(tǒng)計后的數(shù)據(jù)傳至監(jiān)控中心。
3.2 建立有效雜散電流的收集網(wǎng)
為限制雜散電流對線路結(jié)構(gòu)鋼筋及金屬管線的腐蝕及向線路外擴散，利用整體道床內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋的可靠電氣連接，形成主要的雜散電流收集網(wǎng)。在條件允許情況下，盡可能增強整體道床結(jié)構(gòu)與隧道（車站）結(jié)構(gòu)間的絕緣措施。在工程可行情況下，利用隧道（車站）結(jié)構(gòu)鋼筋的可靠電氣連接，形成輔助雜散電流收集網(wǎng)，以限制雜散電流向線路外擴散。牽引變電所設(shè)排流裝置，以便將來軌道絕緣降低，雜散電流增大時，使收集網(wǎng)（主收集網(wǎng)、輔助收集網(wǎng)）中雜散電流有暢通的電氣回路，限制雜散電流對金屬構(gòu)件的腐蝕和向道床外、線路外的擴散。在盾構(gòu)區(qū)
間隧道，車站間通過電纜連接起來，以形成隧道內(nèi)雜散電流收集網(wǎng)。車輛段出入段線與正線間，停車庫內(nèi)線路與庫外線間，電化線路與非電化線路之間，電化線路盡頭等設(shè)絕緣軌縫，并根據(jù)實際情況設(shè)單向?qū)ㄑb置。各類管線設(shè)備應(yīng)從材質(zhì)或其它方面采取絕緣措施，減少雜散電流對其腐蝕及通過其向線路外部泄漏。
3.3 減少雜散電流的產(chǎn)生
供電模式上采用雙邊供電的模式，縮短供電距離。增加走形軌的長度以來減少
鋼軌阻抗。同時通過均流電纜的適當(dāng)設(shè)置及對回流電纜、回流鋼軌提出一定的要求，確保暢通的牽引回流系統(tǒng)。直流供電設(shè)備和回流軌系統(tǒng)采用絕緣法安裝，盡可能減少雜散電流。
結(jié)束語
在城市軌道交通建設(shè)過程中，雜散電流問題是一個不可以忽略的問題，隨著運營時間的推移，雜散電流的危害會日漸顯現(xiàn)，因此必須在建設(shè)過程中重視此問題。現(xiàn)在全國地鐵大都采用“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)護(hù)”這一原則，例如，天津地鐵，深圳地鐵等。
信息整理：揚州拓普電氣科技有限公司 信息來源：m.gzhxlykj.com
一、雜散電流的防護(hù)原則
軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)中，只要用走行兼做回流導(dǎo)體，雜散電流的產(chǎn)生是不可避免的。為了減少雜散電流的危害，就應(yīng)當(dāng)設(shè)法減少雜散電流量。這就需要采取有效的防雜散電流措施，使雜散電流量控制在允許的范圍內(nèi)。雜散電流的防護(hù)工程基本上采用/以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測的原則。
（1）以防為主
控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進(jìn)入軌道交通系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備以及沿線附近相關(guān)設(shè)施的結(jié)構(gòu)鋼筋。具體實施時，由于涉及到的專業(yè)多，各專業(yè)、各工種必須緊密配合，尤其在施工設(shè)計階段更要考慮綜合防治措施，盡量減少直流系統(tǒng)與其他建筑物的電氣連接?？刹扇〉拇胧┯校籂恳冸娝鶅?nèi)和區(qū)間的直流供電設(shè)備在安裝時與結(jié)構(gòu)鋼筋和結(jié)構(gòu)主體絕緣安裝；走行軌道在施工時，采用與軌道道床絕緣的安裝方式；由外界引入軌道交通內(nèi)部或由軌道交通內(nèi)部引出的金屬管線均應(yīng)進(jìn)行絕緣處理后方可引入和引出；在軌道交通線內(nèi)部設(shè)立結(jié)構(gòu)鋼筋電氣連通，把所有結(jié)構(gòu)鋼筋和接地點連接在一起，將泄漏的雜散電流排流回直流系統(tǒng)。
?。?）以排為輔
設(shè)置雜散電流的收集系統(tǒng)。此收集系統(tǒng)為雜散電流從回流軌上泄漏后遇到的第一道小電阻的回流通道，可以將雜散電流盡量限制在本系統(tǒng)內(nèi)部，防止雜散電流向本系統(tǒng)以外泄漏。
二、雜散電流的產(chǎn)生機理及危害
雜散電流是一種在規(guī)定電路或意圖電路之外流動的電流，主要來源于鐵路運輸電力牽引系統(tǒng)、陰極保護(hù)系統(tǒng)和高壓輸變電系統(tǒng)。目前，地鐵列車牽引動力系統(tǒng)一般采用直流供電系統(tǒng)，供電電壓多為DC750V或DC1500V。以電力為驅(qū)動動力，由設(shè)置在沿線的牽引變電所經(jīng)過接觸網(wǎng)或第三軌向列車饋送電量。機車通過受電弓與接觸網(wǎng)或?qū)щ娷夁B接受電。利用走行軌實現(xiàn)回流，如圖1所示。直流供電系統(tǒng)由于其走形軌本身具有一定的電阻，且走形軌對地不能做到完全絕緣，因此在回流電流流經(jīng)走行軌時，在走行軌上會產(chǎn)生電壓降，并存在對地電位差，該電位差促使走行軌中有一些電流泄漏到土壤，這部分從走形軌泄漏的電流被稱為雜散電流。
雜散電流具有局部集中特征，當(dāng)土壤中有雜散電流流動時，會通過隧道結(jié)構(gòu)、整體道床、車站結(jié)構(gòu)或其他建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋及附近敷設(shè)金屬管線或電纜的金屬護(hù)套等導(dǎo)體而流至回流點，再經(jīng)土壤重新歸入回流軌。根據(jù)電解池原理回流軌附近這些金屬導(dǎo)體在雜散電流流出處會產(chǎn)生激烈的電解腐蝕，破壞結(jié)構(gòu)鋼的強度，大大降低其使用壽命。若雜散電流流入電氣接地裝置，將會提高接地電位，導(dǎo)致某些設(shè)備無法正常工作，更嚴(yán)重時會危及人身安全。在運營過程中，若雜散
電流增大，促使鋼軌電位發(fā)生變化，可能造成某處的軌電位異常，甚至超過正常允許值，給乘客安全帶來嚴(yán)重威脅。
三、雜散電流的防護(hù)措施設(shè)計
雜散電流的防護(hù)一般都是以防為主，以排為輔，兩者結(jié)合，加強監(jiān)護(hù)的原則。雜散電流防護(hù)設(shè)計方法可分為三類：一是控制雜散電流產(chǎn)生的源頭，減少雜散電流產(chǎn)生的數(shù)量，即是“堵”的方法，隔離、控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減小雜散電流進(jìn)入軌道交通的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備、金屬管線及其他相關(guān)設(shè)施的可能性。二是通過雜散電流的收集及排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回牽引變電所的金屬通路，以限制雜散電流向外泄漏，減少雜散電流對金屬管線及金屬構(gòu)件的腐蝕。對已產(chǎn)生的雜散電流采取排流或其它方法減少其腐蝕危害，即“排流法”。三是建立完備的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)視、測量雜散電流的大小，為運營維護(hù)提供依據(jù)對雜散電流進(jìn)行實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)雜散電流過高則采取一定的對策來減輕其危害，即“測”的方法。
3.1 建立雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)
為了檢測線路牽引回流泄漏的情況和地下金屬結(jié)構(gòu)受雜散電流腐蝕的程度，必須進(jìn)行專門的測量工作并且要建立雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)。雜散電流測量點應(yīng)設(shè)置在線路沿線的車站站臺的兩側(cè)進(jìn)出站信號附近、每一個回流點處及需要進(jìn)行測試的走形軌分?jǐn)帱c處、線路橋梁兩段、線路的盡頭線和線路與車輛段的連接坡道處，監(jiān)測點還要定期進(jìn)行檢查維護(hù)。系統(tǒng)一般由參考電極、整體道床測防端子、地下結(jié)構(gòu)測防端子（或高架橋軌道梁測防端子）、接線盒、測量電纜、變電所監(jiān)測裝置、便攜式計算機及管理系統(tǒng)組成。所需監(jiān)測的參數(shù)有軌道電壓、地下金屬結(jié)構(gòu)的極化電位、軌道過渡電阻和軌道縱向電阻等。將整條線路車站變電所劃分為若干個監(jiān)測分區(qū)，每個監(jiān)測分區(qū)在車站變電所設(shè)置一臺雜散電流數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計處理裝置，雜散電流測試及數(shù)據(jù)處理裝置通過變電所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)與綜合自動化系統(tǒng)接口，并將處理和統(tǒng)計后的數(shù)據(jù)傳至監(jiān)控中心。
3.2 建立有效雜散電流的收集網(wǎng)
為限制雜散電流對線路結(jié)構(gòu)鋼筋及金屬管線的腐蝕及向線路外擴散，利用整體道床內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋的可靠電氣連接，形成主要的雜散電流收集網(wǎng)。在條件允許情況下，盡可能增強整體道床結(jié)構(gòu)與隧道（車站）結(jié)構(gòu)間的絕緣措施。在工程可行情況下，利用隧道（車站）結(jié)構(gòu)鋼筋的可靠電氣連接，形成輔助雜散電流收集網(wǎng)，以限制雜散電流向線路外擴散。牽引變電所設(shè)排流裝置，以便將來軌道絕緣降低，雜散電流增大時，使收集網(wǎng)（主收集網(wǎng)、輔助收集網(wǎng)）中雜散電流有暢通的電氣回路，限制雜散電流對金屬構(gòu)件的腐蝕和向道床外、線路外的擴散。在盾構(gòu)區(qū)
間隧道，車站間通過電纜連接起來，以形成隧道內(nèi)雜散電流收集網(wǎng)。車輛段出入段線與正線間，停車庫內(nèi)線路與庫外線間，電化線路與非電化線路之間，電化線路盡頭等設(shè)絕緣軌縫，并根據(jù)實際情況設(shè)單向?qū)ㄑb置。各類管線設(shè)備應(yīng)從材質(zhì)或其它方面采取絕緣措施，減少雜散電流對其腐蝕及通過其向線路外部泄漏。
3.3 減少雜散電流的產(chǎn)生
供電模式上采用雙邊供電的模式，縮短供電距離。增加走形軌的長度以來減少
鋼軌阻抗。同時通過均流電纜的適當(dāng)設(shè)置及對回流電纜、回流鋼軌提出一定的要求，確保暢通的牽引回流系統(tǒng)。直流供電設(shè)備和回流軌系統(tǒng)采用絕緣法安裝，盡可能減少雜散電流。
結(jié)束語
在城市軌道交通建設(shè)過程中，雜散電流問題是一個不可以忽略的問題，隨著運營時間的推移，雜散電流的危害會日漸顯現(xiàn)，因此必須在建設(shè)過程中重視此問題。現(xiàn)在全國地鐵大都采用“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)護(hù)”這一原則，例如，天津地鐵，深圳地鐵等。
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