城市轨道杂散电流的危害与防治

张同心

摘 要：城市轨道地下区段中，因回流轨与大地不能绝对绝缘，导致有部分电流渗入地下形成杂散电流。本文介绍了杂散电流的成因，并论述了杂散电流的危害以及目前常用的防治措施。

关键词：地铁 杂散电流 防治措施

中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（a）-0119-01

城市轨道交通具有运量大，节能环保，安全舒适，不占用地面空间等特点，因此成为许多城市在发展的过程中用以缓解交通压力的一种有效途径。现行的轨道交通主要采用直流供电。牵引变电所通过接触网或第三轨向机车供电，利用走行轨作为电流的返回线。但是，由于走行轨与地面之间不可能做到绝对绝缘，会用部分电流渗入大地，这部分电流就成为杂散电流，也叫做迷流。杂散电流是一种有害电流，会对地下结构内部钢筋、金属管线等设备造成电化学腐蚀，降低结构强度。相关资料表明，在自然条件下，大小为1 A的电流可以在1年内腐蚀掉9.13 kg钢铁或33.5 kg铅。对北京地铁的实测结果表明，列车在启动和运行时流入地下的杂散电流一般要大于100 A。历史上也出现过一些因为杂散电流造成的地铁事故，例如北京地铁一期工程的主体机构中的钢筋已发现有严重的杂散电流腐蚀；北京、天津地铁都有水管被侵蚀穿孔的情况；香港也曾因杂散电流腐蚀煤气管道引起煤气泄漏；英国曾发生过因为杂散电流腐蚀而发生的钢筋混泥土塌方事故。可见，杂散电流对于地铁的危害还是相当大的。

1 杂散电流的危害

杂散电流对地下结构的危害主要表现在以下几方面：轨道结构：因钢轨与列车相连，处在阳极区，杂散电流会对轨道结构造成腐蚀，缩短轨道结构的使用寿命。据相关资料介绍，这种现象在道岔区和隧道内尤为明显，在有些地区，每隔2～3年就要对轨道进行更换。地下结构中的钢筋：杂散电流本身对混凝土并不会造成损伤，但当杂散电流通过混凝土结构中的钢筋时，会腐蚀钢筋。钢筋发生电化学腐蚀进而生成体积膨胀，往往造成混凝土的开裂。由于结构物的钢筋一旦施工完成就很难更换，这种腐蚀尤其应该引起注意。埋地管线：因地铁建设于地下，杂散电流容易对各种埋于地下的金属管线造成腐蚀，例如自来水管，煤气管线，石油管线等。若在设计的时候没有考虑杂散电流对其的影响，可能会出现较为严重的后果。其他不利影响：根据有关研究，杂散电流流入大地会导致大地的接地电位升高，可能导致地铁某些设备无法正常使用，给地铁运营的安全带来不利的影响，危及乘客的安全，也可能导致通信系统的故障。

2 杂散电流的防治原则

杂散电流的防护原则为“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”。“防”指的是防止杂散电流流入大地，因为是从源头对杂散电流进行控制，是一种主动的防治方法，应当以其作为主要的防治手段。“排”指的是建立连续的杂散电流收集网，使泄漏的杂散电流通过排流网可以返回到牵引变电所，以减少其危害。因为是在杂散电流已经形成后再进行防治，所以只能作为一种辅助手段。在运营的过程中，应合理的运用两种防治手段，并注重杂散电流的监测。

3 杂散电流的防治方法

杂散电流的防治方法有很多，按照杂散电流的防治原则可以分为主动防治和被动防治两类。

3.1 主动防治

该类方法的主导思想是在源头上尽力消除杂散电流的泄漏，如：（1）降低钢轨的阻抗：因钢轨本身具有电阻，在电流回流的时候会产生电压降，继而与大地电势出现电势差，形成杂散电流。因而在允许的情况下，走行轨应尽可能选用重型轨，并确保钢轨接头的电气连接可靠，使回流路径的阻值尽可能低，以降低钢轨的阻抗，减少杂散电流的可靠。（2）缩短变电所之间的距离：根据杂散电流的估算公式，杂散电流的大小与供电距离的平方成正比，所以在可能的情况下，尽量缩短两所变电所之间的距离可以有效地降低杂散电流的泄漏。（3）保证钢轨与道床的良好绝缘：对从钢轨向大地泄漏的部分均采取隔离措施，也可以有效的减少杂散电流的泄露。例如可以在钢轨钢轨下加绝缘垫，并使用绝缘扣件。由于杂散电流在道岔处的危害更大，所以在道岔处应加强绝缘。（4）加强养护：在日常的养护过程中，也要注意对道床的定期清洗，以及时去除油污，对轨道内的积水也应及时排出，以保证道床的干燥，确保钢轨与道床的良好绝缘。

3.2 被动防治

（1）利用结构内钢筋构成杂散电流收集网。针对已经泄露的杂散电流，为了避免其对城市轨道地下结构的腐蚀，可以利用隧道，车站，整体道床内，隧道纵壁内的结构钢筋构成连续的回路，形成杂散电流的收集网，使泄漏的电流沿着收集网返回牵引变电所再通过电缆将排流网引出端子与排流柜连接，通过排流柜进行极性排流，使杂散电流及时地回到牵引所整流器的负极，从而减少杂散电流的危害。

（2）针对埋地管线的防治措施。对于一些处在杂散电流影响区域内的重要管线，如煤气管线，自来水管线，石油管线等，也可以通过采用以下措施来降低杂散电流的危害。如：隔离法：在管道外壁涂绝缘涂料，进而将管道与外界杂散电流隔离开。但由于涂料的密闭性不好，经过一段时间后会开裂，从而使保护效果降低。排流法：将被保护的管道与轨道阳极区直接相连，使管道处于阴极电位来避免被杂散电流侵害，但这一措施使得地下管道也成为杂散电流的流出点，对未被保护的设施的损害会加剧。外加电流法：通过额外的电源将被保护管道与电源的负极相连，电源的正极则与耐腐蚀材料相连，可以有效地保护管道，但因需要额外设置保护设施，维护与施工较为复杂，且工程造价较高。牺牲阳极法：将一些比管道金属活泼的牺牲金属与管道进行电气连接，根据原电池原理，牺牲金属会先腐蚀，从而起到保护管道的作用。

4 结语

地铁运行的过程中常有杂散电流的泄漏。杂散电流会导致轨道内结构物的钢筋腐蚀，混凝土开裂等，从而影响相关设施的使用寿命，严重时甚至造成灾难性的事故。因此在地铁的设计与施工以及日常的维护过程中，应加强对杂散电流的防治。做到：“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”，从而保障地铁的安全运营。

参考文献

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