地铁杂散电流的危害与防护措施分析

张健

摘 要：地铁杂散电流危害着地表的环境，渗入到大地的电流会腐蚀附近的建筑，加强分散电流的防腐性认识及防腐措施的研究显得尤为重要。本文主要就地铁杂散电流的危害与防护措施，进行了相关的分析，以供大家交流探讨。

关键词：地铁杂散电流；危害；防护措施

引 言：地铁在运营中所产生的杂散电流会通过钢轨泄漏到地上，它严重腐蚀地下金属管道线路和钢筋结构，影响地铁的安全运营。因此，全面考虑地铁杂散电流腐蚀问题，探讨更为有效的杂散电流腐蚀防护措施，对保证地铁安全运营具有十分重要的意义。

1 杂散电流的产生与危害

1.1 杂散电流的产生

目前，地铁牵引电源一般使用直流电源。在理想的状况下，牵引电流由牵引变电所的正极出发，经由接触网（轨）、电动列车和走行轨（即回流轨）返回牵引变电所的负极。由于走行轨与大地之间的绝缘不良或不是完全绝缘，流经走行轨的电流不能全部经由走行轨流回牵引变电所的负极，有一部分电流会泄漏进入大地，然后再流回变电所，这部分泄漏到大地中去的电流就是杂散电流，也称作迷流。走行轨铺设在轨枕、道碴或整体道床上，由于钢轨与轨枕或整体道床之间不是完全绝缘状态，钢轨与大地间存在一定的过渡电阻，其阻值表示了轨道和大地之间的阻性耦合和电导性耦合。有关研究表明，钢轨与大地之间的过渡电阻与通过走行轨中的电流无关，其阻值取决于轨枕和轨道紧固件的类型、轨枕下面的垫层、污染程度、气象条件。也就是说，与走行轨流入大地的杂散电流与道床类型、轨枕和轨道紧固类型有关，并还随污染程度、气象条件的变化而变化。

1.2 地铁杂散电流危害的分析

（1） 使某些地铁设备无法正常工作

杂散电流若流入电气接地装置，将引起过高的接地电位，使某些设备无法正常工作，甚至会危及人身安全。

（2） 杂散电流会逐渐的破坏混凝土结构

电流的特性可以说成是无孔不入，这也正是其可怕之处，杂散电流在经过混凝土进入到内部之后，会对钢筋支架造成腐蚀，并产生一系列的腐蚀物质，表现在我们面前的结果就是红锈、黑锈的产生等等。在产生这些锈迹之后，会使钢筋的体积变粗、增大，甚至可加粗到原钢筋的4倍左右，这样一来，就会将水泥撑开，形成裂缝，产生安全隐患。

（3） 杂散电流会逐渐的腐蚀金属材质

金属材质容易被自然界中存在的水分、灰尘等腐蚀，这是不可避免的情况，但是地铁系统中杂散电流对金属材质的腐蚀不是必然现象，可以有所限制，从而减少不必要的经济损失。杂散电流来源于地铁系统中的漏电点，电流强度要比自然腐蚀电流高出几十甚至几百倍，破坏效果严重。举个例子来说，1A的杂散电流在一年中可以毁坏掉15～18斤左右的钢材，再加上杂散电流的破坏模式具有集中于局部的现象，往往会使钢材穿孔，或是绝缘垫破损后的钢铁腐蚀，影响地铁钢铁的使用年限。

（4） 给地铁的安全运营带来不利影响。

若走行轨局部或整体对地的绝缘变差，则对大地的泄漏电流增大，地下杂散电流增大，会使钢轨电位发生变化，进而引起钢轨与框架之间的电位差发生变化。当钢轨与框架的电位差达到框架保护整定一段值时，可引起电压型框架保护报警；当钢轨与框架电位差达到或超过框架保护整定二段值时，根据比较情况，启动某一段延时后，如果电压信号一直达到或超过框架保护整定二段值时，就有可能引起牵引变电所的框架保护动作。无论是框架保护报警还是框架保护动作，都将给地铁牵引供电的安全带来不利影响，将直接威胁地铁的正常的运营。

2 杂散电流的防护

杂散电流给地铁设备、设施的安全运行和使用寿命造成影响，甚至会威胁乘客的安全，有必要对其采取防护和治理措施，以确保地铁的安全运营。杂散电流的防护有消极措施和积极措施之分，消极的防护措施主要包括在相关金属装置上添加绝缘材料或防腐金属，下面主要讨论积极的防护措施。

2.1 防护原则

杂散电流的防护应采取“以堵为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则。以堵为主，就是隔离和控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入地铁的主体结构、设备及相关设施；以排为辅，就是通过杂散电流的收集及排流系统，提供杂散电流返回至牵引变电所负母线的通路，防止其继续向本系统外泄漏，以减少腐蚀；加强监测，就是要有完备的杂散电流监测系统，监视、测量杂散电流的大小，为运营维护提供依据。

2.2 防护措施

2.2.1 降低回路电压，保持对地的良好绝缘

在回流回路中，保持电压降处于低值以及走行轨对地的良好绝缘，是限制杂散电流的最重要措施。为此，可以采取如下办法。

（1） 在可能的情况下，设计时可适当缩短变电所的供电距离。

（2） 安装平行加强回流线，也就是与走行轨并行的导线，并将其在较短距离间隔内与走行轨连接。

（3） 走行轨尽量选用重型轨（如60 kg/m型轨），并焊接成长钢轨。钢轨接头的电阻应小于5 m长的回流钢轨的电阻值，以减少回流电阻。若采用短钢轨，则应用鱼尾板连接，并在道岔与辙岔的连接部位的两根钢轨之间加焊一根120 mm2及以上的绝缘铜电缆连接线，并应做到焊接可靠。

2.2.2 利用杂散电流收集网，减少杂散电流

（1） 為保护整体道床结构钢筋不受杂散电流腐蚀，减少杂散电流扩散，利用整体道床内结构钢筋的可靠电气连接，建立主要的杂散电流收集网，收集由钢轨泄漏出来的杂散电流，在阴极区经钢轨流回牵引变电所。

（2） 对于需设置浮动道床的区段，浮动道床内的纵向钢筋也应电气连接，并和整体道床内的杂散电流收集网电气连接，使隧道内所有的道床收集网钢筋在电气上连为一体。

2.2.3 采用隔离法，减少杂散电流的漫延

（1） 在条件允许的情况下，尽可能增强整体道床结构与隧道、车站间的绝缘。

（2） 在高架桥区段，桥梁与桥墩之间加橡胶绝缘垫，实现桥梁内部结构钢筋与桥墩结构钢筋绝缘，防止杂散电流对桥墩结构钢筋的腐蚀。

2.2.4 在牵引变电所，设置杂散电流排流装置，采取这种做法，可在轨道绝缘降低致使杂散电流增大时，及时通过排流装置，使收集网（主收集网、辅助收集网）中的杂散电流有畅通的电气回路。

2.2.5 广泛使用阴极保护，避免杂散电流的腐蚀阴极保护是防止在被保护金属上产生阳极反应，从而保护这些金属不受杂散电流的腐蚀。

2.2.6 一些特殊区段防护，在盾构区间隧道内，管片采用绝缘隔离措施，控制杂散电流密度在腐蚀钝化状态。用电缆对盾构区间两端的隧道连接端子进行连接。在车辆段通过恰当设置回流点和均流电缆。车辆段内线路与正线之间以及停车场各种电化库内线路与库外线路之间设置绝缘轨缝并装设单向导通装置。车辆段内电化股道和非电化股道之间、电化股道尽头线与车档设备之间设置绝缘轨缝。在库内设置钢轨电位限制装置。

3 结束语

总之，地铁杂散电流给地铁主体结构钢筋、电气设备设施及地铁周边管线和设备造成多方面的危害，必须对其采取积极有效地防护和治理措施，以确保地铁的安全运营。

参考文献：

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[3]李坚.城市轨道交通供电系统设备监理要点[J].现代城市轨道交通，2006（3）.