摘　要:地鐵主體結(jié)構(gòu)鋼筋、電氣設(shè)備、地鐵附近的埋地管線經(jīng)常遭受地鐵雜散電流的電化學(xué)腐蝕。這種雜散電流腐蝕減少埋地管線使用壽命,降低地鐵主體結(jié)構(gòu)的耐久性和強度,有時甚至造成災(zāi)難性的事故;同時造成一定的 經(jīng)濟 損失。討論了地鐵雜散電流的危害,并給出了較為詳細(xì)的減少雜散電流及其防護的 方法 。關(guān)鍵詞:地鐵;雜散電流;防護;監(jiān)測
    1 概述
     地鐵具有運量大、安全舒適、運輸成本低等優(yōu)點,且與地面的 交通 工具互不干涉,因此成為解決城市交通擁擠緊張狀態(tài)的有效途徑。 目前 地鐵列車牽引動力一般用直流電,由設(shè)置在沿線的牽引變電所通過架空線或第三軌向列車饋送電量,并利用走形軌作為回流線路。直流供電的地鐵系統(tǒng)的走形軌本身具有電阻且走形軌對地做不到完全絕緣,所以有一部分電流從走形軌泄漏到大地。這部分從走形軌漏出的電流被稱為雜散電流又叫迷流。
     雜散電流從走形軌漏出后,經(jīng)過地鐵的道床流入大地,然后從大地流回鋼軌回流點。若地鐵附近有導(dǎo)電性能較好的埋地金屬管線(如自來水管、煤氣管道、電纜等),則有一部分雜散電流選擇電阻率較低的埋地金屬管線作為流通路徑,在變電所附近從金屬管線中流出流回變電所。對于走形軌雜散電流是在遠(yuǎn)離變電所的地方流出,對于埋地金屬管線雜散電流是從變電所附近的部位流出,由于土壤或其它介質(zhì)的作用,金屬體有電流流出的部位發(fā)生電解,使金屬體遭受電化學(xué)腐蝕。這種電化學(xué)反應(yīng)易腐蝕地鐵鋼軌、地鐵主體結(jié)構(gòu)鋼筋、地鐵線路附近的埋地金屬管線,減少埋地管線使用壽命,降低地鐵主體結(jié)構(gòu)的耐久性和強度,有時甚至造成災(zāi)難性的事故。鋼軌埋設(shè)在地表面,易于發(fā)現(xiàn)損壞狀況,且便于更換,所以雜散電流腐蝕對其的危害不是很大;但由于地鐵主體結(jié)構(gòu)鋼筋和埋地金屬管線埋設(shè)在地下,其腐蝕情況不易察覺,所以雜散電流腐蝕對地鐵主體結(jié)構(gòu)鋼筋和埋地金屬管線的腐蝕危害是很大的。例如從20世紀(jì)70年代開始運行的北京地鐵一期工程的主體機構(gòu)中的鋼筋已發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的雜散電流腐蝕;北京、天津地鐵都有水管被侵蝕穿孔的情況;香港也曾因雜散電流腐蝕煤氣管道引起煤氣泄漏;在一些地鐵運行 歷史 較長的發(fā)達(dá)國家,雜散電流腐蝕同樣嚴(yán)重,如英國曾發(fā)生過因為雜散電流腐蝕而發(fā)生的鋼筋混泥土塌方事故。可見,尋求減少雜散電流腐蝕危害的方法是非常重要的。目前又是我國建設(shè)地鐵的高潮時期,因此全面考慮雜散電腐蝕 問題 ,設(shè)計合理的雜散電流防護方案具有一定的現(xiàn)實意義。
    2 雜散電流的防護
     從系統(tǒng)上來講,目前雜散電流防護設(shè)計方法可分為3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。二是對已產(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。
    2.1 從源頭上控制雜散電流產(chǎn)生
    2.1.1 降低回流回路的阻值
     鋼軌本身具有電阻,當(dāng)電流流過鋼軌時在電阻上就產(chǎn)生電位差,因鋼軌對地絕緣電阻不可能是無窮大,故產(chǎn)生有電位差和產(chǎn)生雜散電流。所以要降低雜散電流的數(shù)量就要減小鋼軌壓降,降低鋼軌壓降的方法有如下幾點:
     ① 增加走形軌的長度,減小鋼軌的電阻:地鐵列車走行鋼軌同時作為牽引列車回流用,因此鋼軌阻抗越小,從鋼軌向外流失的雜散電流也越小,減少鋼軌阻抗的有效辦法是采用長鋼軌,鋼軌越長,鋼軌接頭就越少,鋼軌的阻抗也就越小。
     ② 各鋼軌之間應(yīng)有暢通的電氣連接以保證低阻值的回流路徑。
     ③ 縮短變電所之間的距離,采用雙邊供電:從雜散電流的估算公式來看,雜散電流與供電距離的平方成正比,所以縮短供電距離是減少雜散電流數(shù)量非常有效的方法。
    2.1.2 增加雜散電流流通路徑的電阻
     增加雜散電流流通路徑的電阻具體的有2點措施:
     ①增加軌道對地的過渡電阻:木質(zhì)軌枕、枕木的端面和道釘必須經(jīng)過絕緣處理或設(shè)置專門的絕緣層,軌道和接地回路之間應(yīng)具有良好的絕緣,走行鋼軌采用點支承等。增加雜散電流泄漏路徑電阻的另一個方法是地鐵系統(tǒng)采用不接地或二極管接地策略。
     ②在車輛段的檢修與停車庫中,每一條線路的走形軌均應(yīng)使用絕緣接頭與車場線路的走形軌相隔離。
    2.1.3 增加埋地金屬管線的阻值
     敷設(shè)在地鐵沿線的電力、通訊及控制測量電纜,應(yīng)采用防水絕緣護套的雙塑絕緣墊層;地鐵中各種電纜,在隧洞中的電纜、水管等金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)以絕緣方式敷設(shè);所有通向隧洞外的管線,必須裝有絕緣接頭或絕緣法蘭。
    2.2 排流保護措施
     所謂排流法就是將金屬結(jié)構(gòu)中的雜散電流人為地使之直接回流到鋼軌或變電所負(fù)極,其連接導(dǎo)線稱為排流線。排流法又可分為直接排流法、極性排流法、強制排流法3種(如圖1所示)。其中極性排流法方法在地鐵系統(tǒng)中 應(yīng)用 最為廣泛有效。雖然極性排流在防止雜散電流腐蝕上起到了很好的效果,但是排流也會帶來一些副作用。其一是排流會使雜散電流的數(shù)量增加,這使那些沒有接排流設(shè)備的結(jié)構(gòu)物的腐蝕加劇。Ｐｉｇｎａ ｔｅｌｌｉｐ詳細(xì)考察了美國費城內(nèi)地鐵雜散電流對地下公共設(shè)施的 影響 時發(fā)現(xiàn)排流引起了嚴(yán)重的干擾,拆除若干排流接頭后,反而使大地雜散電流減少2000Ａ。
     其二使鋼軌電位升高,其電位有可能超過容許安全電壓(規(guī)定為65Ｖ)。
     其三排流量過大還會帶來如下的危害:當(dāng)一氯化亞汞電極為基準(zhǔn),埋地管道的對地電位低于-2.5Ｖ時,埋地管道的保護曾被破壞的危險增大。當(dāng)?shù)刂泻宣}份時,鉛不僅在陽極區(qū)受到腐蝕,而且在陰極區(qū)也受到腐蝕。當(dāng)排流量過大時,鉛皮電位變的更低,這種腐蝕會加劇。
    2.3 其他雜散電流防護 方法
     陰極保護:陰極保護是指向金屬結(jié)構(gòu)物提供電流,有外加電源法和犧牲陽極法;陽極保護法:即使被保護物的電位提高到鈍態(tài)電位,從而阻止雜散電流腐蝕。青木敏雄發(fā)明了一種裝置,控制鋼軌電壓恒定,切斷雜散電流產(chǎn)生的源頭,使雜散電流減至最小。這種設(shè)備把其所在鋼軌對地電壓疊加到鋼軌上,使鋼軌上各處電壓相同,從而消除鋼軌電位差。
     三木邦敏發(fā)明的是利用向埋地電極施加支流電流的方法來吸收雜散電流,從而達(dá)到減輕雜散電流腐蝕危害的目的。易友祥等提出了一種可以對雜散電流進(jìn)行自動跟蹤補償,目的是減少雜散電流數(shù)量的積極的防護方案。
    3 雜散電流的監(jiān)測
     為了地鐵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。地鐵結(jié)構(gòu)與設(shè)備受雜散電流腐蝕的危險性指標(biāo),應(yīng)由結(jié)構(gòu)表面向周圍電解質(zhì)漏泄的電流密度和由此引起的電位極化偏移來確定。由于電流密度難以直接測量,所以一般是通過測量腐蝕危險性的間接指標(biāo)即由雜散電流引起的結(jié)構(gòu)的電位極化偏移值來判斷設(shè)備受雜散電流腐蝕的情況。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。
     雜散電流測量點應(yīng)設(shè)置在地鐵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、地鐵橋梁兩段、地鐵的盡頭線和線路與車輛段的連接坡道處,并定期對監(jiān)測點進(jìn)行檢查維護?？赏ㄟ^傳感器將各測量點所采集的參比電極對結(jié)構(gòu)鋼筋及軌道對結(jié)構(gòu)鋼筋的電壓的模擬量及時轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,再由安裝在牽引變電所控制室內(nèi)的監(jiān)測裝置傳送到 計算 機系統(tǒng),以供操作人員隨時查詢。
    4上海地鐵、深圳地鐵雜散電流防護 分析
    4.1上海明珠線雜散電流防護系統(tǒng)
    　 為防止雜散電流的干擾,上海明珠線采取的主要措施是建立暢通的牽引負(fù)極回路、回流軌采用絕緣墊、對地鐵的各種管線及設(shè)備采取絕緣措施、利用整體道床內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋構(gòu)成雜散電流收集網(wǎng)。上海明珠線的監(jiān)測系統(tǒng)是由雜散電流收集網(wǎng)測量端子、埋置式參比電極、測量信號電纜、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱以及微機監(jiān)測裝置構(gòu)成。每個車站有3對測量端子,分別與地鐵沿線測量端子和參比電極連接后經(jīng)過電流排架引到變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱。微機與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱連接,對各監(jiān)測點的電位進(jìn)行實時監(jiān)測。
    4.2 深圳地鐵的雜散電流防護系統(tǒng)
     深圳地鐵雜散電流防護系統(tǒng)的防護原則是“以堵為主,以排為輔,防排結(jié)合,加強監(jiān)測”。堵的措施有鋼軌下加絕緣墊、使用絕緣扣件、枕軌下加絕緣墊、道岔處加強絕緣等。排流的措施是將每個道床結(jié)構(gòu)段內(nèi)部的縱向鋼筋搭接處以焊接方式焊接,形成可靠電氣連接,形成主要的雜散電流收集網(wǎng);同時將隧道結(jié)構(gòu)鋼筋實現(xiàn)可靠焊接,形成輔助雜散電流收集網(wǎng);車輛段引入線與正線間、停車庫內(nèi)鋼軌與庫外鋼軌間設(shè)單向?qū)ㄔO(shè)備。深圳地鐵雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)是由 參考 電極、整體道床測量端子、車站隧道測量端子、信號電纜、信號測量端子箱、信號盒及微機綜合測試裝置構(gòu)成。
    參加 文獻(xiàn) :
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