城市軌道交通中雜散電流的危害及防護(hù)
雜散電流被稱(chēng)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(duì)城市軌道交通系統(tǒng)內(nèi)外金屬設(shè)備、沿途管線(xiàn)會(huì)導(dǎo)致一定的影響及危害，特別會(huì)對(duì)道床鋼筋、走行軌、各種金屬管線(xiàn)、結(jié)構(gòu)鋼筋等有著極強(qiáng)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(yùn)營(yíng)過(guò)程中一項(xiàng)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(qiáng)監(jiān)測(cè)的原則。
?。?）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(xiàn)附近相關(guān)設(shè)施的結(jié)構(gòu)鋼筋。具體實(shí)施時(shí)，由于涉及到的專(zhuān)業(yè)多，各專(zhuān)業(yè)、各工種必須緊密配合，尤其在施工設(shè)計(jì)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。可采取的措施有：牽引變電所內(nèi)和區(qū)間的直流供電設(shè)備在安裝時(shí)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(shí)，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(xiàn)均應(yīng)進(jìn)行絕緣處理后方可引入和引出；在軌道交通線(xiàn)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(diǎn)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(jī)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(dòng)的電流，主要來(lái)源于鐵路運(yùn)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(chē)牽引動(dòng)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(dòng)動(dòng)力，由設(shè)置在沿線(xiàn)的牽引變電所經(jīng)過(guò)接觸網(wǎng)或第三軌向列車(chē)饋送電量。機(jī)車(chē)通過(guò)受電弓與接觸網(wǎng)或?qū)щ娷夁B接受電。利用走行軌實(shí)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(duì)地不能做到完全絕緣，因此在回流電流流經(jīng)走行軌時(shí)，在走行軌上會(huì)產(chǎn)生電壓降，并存在對(duì)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(chēng)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(dòng)時(shí)，會(huì)通過(guò)隧道結(jié)構(gòu)、整體道床、車(chē)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(xiàn)或電纜的金屬護(hù)套等導(dǎo)體而流至回流點(diǎn)，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(huì)產(chǎn)生激烈的電解腐蝕，破壞結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)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(huì)提高接地電位，導(dǎo)致某些設(shè)備無(wú)法正常工作，更嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及人身安全。在運(yùn)營(yíng)過(guò)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(guò)正常允許值，給乘客安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅?！ ?br /> 三、雜散電流的防護(hù)措施設(shè)計(jì)
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(qiáng)監(jiān)護(hù)的原則。雜散電流防護(hù)設(shè)計(jì)方法可分為三類(lèi)：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(xiàn)及其他相關(guān)設(shè)施的可能性。二是通過(guò)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(duì)金屬管線(xiàn)及金屬構(gòu)件的腐蝕。對(duì)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(cè)系統(tǒng)，監(jiān)視、測(cè)量雜散電流的大小，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供依據(jù)對(duì)雜散電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)雜散電流過(guò)高則采取一定的對(duì)策來(lái)減輕其危害，即“測(cè)”的方法。
3.1 建立雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
為了檢測(cè)線(xiàn)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(zhuān)門(mén)的測(cè)量工作并且要建立雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。雜散電流測(cè)量點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線(xiàn)路沿線(xiàn)的車(chē)站站臺(tái)的兩側(cè)進(jìn)出站信號(hào)附近、每一個(gè)回流點(diǎn)處及需要進(jìn)行測(cè)試的走形軌分?jǐn)帱c(diǎn)處、線(xiàn)路橋梁兩段、線(xiàn)路的盡頭線(xiàn)和線(xiàn)路與車(chē)輛段的連接坡道處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)防端子、地下結(jié)構(gòu)測(cè)防端子（或高架橋軌道梁測(cè)防端子）、接線(xiàn)盒、測(cè)量電纜、變電所監(jiān)測(cè)裝置、便攜式計(jì)算機(jī)及管理系統(tǒng)組成。所需監(jiān)測(cè)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(guò)渡電阻和軌道縱向電阻等。將整條線(xiàn)路車(chē)站變電所劃分為若干個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)，每個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)在車(chē)站變電所設(shè)置一臺(tái)雜散電流數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)處理裝置，雜散電流測(cè)試及數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)變電所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)接口，并將處理和統(tǒng)計(jì)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(duì)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)鋼筋及金屬管線(xiàn)的腐蝕及向線(xiàn)路外擴(kuò)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(qiáng)整體道床結(jié)構(gòu)與隧道（車(chē)站）結(jié)構(gòu)間的絕緣措施。在工程可行情況下，利用隧道（車(chē)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(xiàn)路外擴(kuò)散。牽引變電所設(shè)排流裝置，以便將來(lái)軌道絕緣降低，雜散電流增大時(shí)，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(duì)金屬構(gòu)件的腐蝕和向道床外、線(xiàn)路外的擴(kuò)散。在盾構(gòu)區(qū)
間隧道，車(chē)站間通過(guò)電纜連接起來(lái)，以形成隧道內(nèi)雜散電流收集網(wǎng)。車(chē)輛段出入段線(xiàn)與正線(xiàn)間，停車(chē)庫(kù)內(nèi)線(xiàn)路與庫(kù)外線(xiàn)間，電化線(xiàn)路與非電化線(xiàn)路之間，電化線(xiàn)路盡頭等設(shè)絕緣軌縫，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)單向?qū)ㄑb置。各類(lèi)管線(xiàn)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(duì)其腐蝕及通過(guò)其向線(xiàn)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(zhǎng)度以來(lái)減少
鋼軌阻抗。同時(shí)通過(guò)均流電纜的適當(dāng)設(shè)置及對(duì)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(yǔ)
在城市軌道交通建設(shè)過(guò)程中，雜散電流問(wèn)題是一個(gè)不可以忽略的問(wèn)題，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，雜散電流的危害會(huì)日漸顯現(xiàn)，因此必須在建設(shè)過(guò)程中重視此問(wèn)題?，F(xiàn)在全國(guó)地鐵大都采用“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)護(hù)”這一原則，例如，天津地鐵，深圳地鐵等。
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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(qiáng)監(jiān)測(cè)的原則。
?。?）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(xiàn)附近相關(guān)設(shè)施的結(jié)構(gòu)鋼筋。具體實(shí)施時(shí)，由于涉及到的專(zhuān)業(yè)多，各專(zhuān)業(yè)、各工種必須緊密配合，尤其在施工設(shè)計(jì)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。可采取的措施有：牽引變電所內(nèi)和區(qū)間的直流供電設(shè)備在安裝時(shí)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(shí)，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(xiàn)均應(yīng)進(jìn)行絕緣處理后方可引入和引出；在軌道交通線(xiàn)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(diǎn)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(jī)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(dòng)的電流，主要來(lái)源于鐵路運(yùn)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(chē)牽引動(dòng)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(dòng)動(dòng)力，由設(shè)置在沿線(xiàn)的牽引變電所經(jīng)過(guò)接觸網(wǎng)或第三軌向列車(chē)饋送電量。機(jī)車(chē)通過(guò)受電弓與接觸網(wǎng)或?qū)щ娷夁B接受電。利用走行軌實(shí)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(duì)地不能做到完全絕緣，因此在回流電流流經(jīng)走行軌時(shí)，在走行軌上會(huì)產(chǎn)生電壓降，并存在對(duì)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(chēng)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(dòng)時(shí)，會(huì)通過(guò)隧道結(jié)構(gòu)、整體道床、車(chē)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(xiàn)或電纜的金屬護(hù)套等導(dǎo)體而流至回流點(diǎn)，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(huì)產(chǎn)生激烈的電解腐蝕，破壞結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)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(huì)提高接地電位，導(dǎo)致某些設(shè)備無(wú)法正常工作，更嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及人身安全。在運(yùn)營(yíng)過(guò)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(guò)正常允許值，給乘客安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅?！ ?br /> 三、雜散電流的防護(hù)措施設(shè)計(jì)
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(qiáng)監(jiān)護(hù)的原則。雜散電流防護(hù)設(shè)計(jì)方法可分為三類(lèi)：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(xiàn)及其他相關(guān)設(shè)施的可能性。二是通過(guò)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(duì)金屬管線(xiàn)及金屬構(gòu)件的腐蝕。對(duì)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(cè)系統(tǒng)，監(jiān)視、測(cè)量雜散電流的大小，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供依據(jù)對(duì)雜散電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)雜散電流過(guò)高則采取一定的對(duì)策來(lái)減輕其危害，即“測(cè)”的方法。
3.1 建立雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
為了檢測(cè)線(xiàn)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(zhuān)門(mén)的測(cè)量工作并且要建立雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。雜散電流測(cè)量點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線(xiàn)路沿線(xiàn)的車(chē)站站臺(tái)的兩側(cè)進(jìn)出站信號(hào)附近、每一個(gè)回流點(diǎn)處及需要進(jìn)行測(cè)試的走形軌分?jǐn)帱c(diǎn)處、線(xiàn)路橋梁兩段、線(xiàn)路的盡頭線(xiàn)和線(xiàn)路與車(chē)輛段的連接坡道處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(cè)防端子、地下結(jié)構(gòu)測(cè)防端子（或高架橋軌道梁測(cè)防端子）、接線(xiàn)盒、測(cè)量電纜、變電所監(jiān)測(cè)裝置、便攜式計(jì)算機(jī)及管理系統(tǒng)組成。所需監(jiān)測(cè)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(guò)渡電阻和軌道縱向電阻等。將整條線(xiàn)路車(chē)站變電所劃分為若干個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)，每個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)在車(chē)站變電所設(shè)置一臺(tái)雜散電流數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)處理裝置，雜散電流測(cè)試及數(shù)據(jù)處理裝置通過(guò)變電所內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)接口，并將處理和統(tǒng)計(jì)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(duì)線(xiàn)路結(jié)構(gòu)鋼筋及金屬管線(xiàn)的腐蝕及向線(xiàn)路外擴(kuò)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(qiáng)整體道床結(jié)構(gòu)與隧道（車(chē)站）結(jié)構(gòu)間的絕緣措施。在工程可行情況下，利用隧道（車(chē)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(xiàn)路外擴(kuò)散。牽引變電所設(shè)排流裝置，以便將來(lái)軌道絕緣降低，雜散電流增大時(shí)，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(duì)金屬構(gòu)件的腐蝕和向道床外、線(xiàn)路外的擴(kuò)散。在盾構(gòu)區(qū)
間隧道，車(chē)站間通過(guò)電纜連接起來(lái)，以形成隧道內(nèi)雜散電流收集網(wǎng)。車(chē)輛段出入段線(xiàn)與正線(xiàn)間，停車(chē)庫(kù)內(nèi)線(xiàn)路與庫(kù)外線(xiàn)間，電化線(xiàn)路與非電化線(xiàn)路之間，電化線(xiàn)路盡頭等設(shè)絕緣軌縫，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)單向?qū)ㄑb置。各類(lèi)管線(xiàn)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(duì)其腐蝕及通過(guò)其向線(xiàn)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(zhǎng)度以來(lái)減少
鋼軌阻抗。同時(shí)通過(guò)均流電纜的適當(dāng)設(shè)置及對(duì)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(yǔ)
在城市軌道交通建設(shè)過(guò)程中，雜散電流問(wèn)題是一個(gè)不可以忽略的問(wèn)題，隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，雜散電流的危害會(huì)日漸顯現(xiàn)，因此必須在建設(shè)過(guò)程中重視此問(wèn)題?，F(xiàn)在全國(guó)地鐵大都采用“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)護(hù)”這一原則，例如，天津地鐵，深圳地鐵等。
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