{首页主词},&

地鐵雜散電流腐蝕問題解決方案研究

2021-09-14 15:14:35 作者：腐蝕與防護來源：腐蝕與防護分享至：

地鐵牽引供電系統的安全可靠是地鐵運營的重要保證。城市的地下管道系統非常錯綜復雜，煤氣管道、輸油管道、排水管道、通信管道等相互交叉，它們跟地鐵軌道相互交叉是不可避免的。雜散電流會引起這些管道的電化學腐蝕，國內就曾出現過水管被雜散電流迅速蝕穿，石油、燃氣管道被腐蝕引起管道泄漏等事故。徹底解決雜散電流腐蝕問題是地鐵項目始終存在的一個工程難題。

雜散電流的成因及危害

由于城市軌道交通供電線路位于城市建筑物內，供電電壓過高不太合適，所以城市軌道交通運營一般采用直流供電，減少電壓損失。地鐵牽引變電所將10kV電能降壓、整流后經過牽引變電所為地鐵列車提供電能。牽引變電所提供電客車運行所需電流，母線通過接觸軌或接觸網吸收電流，電流通過接觸軌返回牽引變電所負極。具體路徑為：牽引變電所正極-接觸網-受電弓-車輛荷載-輪對-軌道-地下回流線-牽引變電所負極。

由于運營環境、經濟等方面的限制，運行軌道和道床結構不能完全絕緣。隨著地鐵運營時間的推移，隧道污染、潮濕、滲水等問題將逐漸增多，將大大降低地鐵車站和區間隧道的軌地絕緣性能。許多初始保護措施的效果也會隨著時間的推移而降低，各種因素的不斷積累，增加了運行鋼軌對周圍介質的漏電流。因此地鐵或輕軌列車在地下運行時，牽引回流電流的回流路徑不可避免地會有部分電流經走行軌向道床及其它結構泄漏到道床及其周圍大地土壤介質中，再由大地流回走行軌返回牽引變電所，形成雜散電流。牽引電流的大小和鋼軌對地面的絕緣性能，直接決定這雜散電流的大小。

雜散電流腐蝕特點如下：

1、雜散電流的腐蝕往往是地域性的，在某一區域內，所有埋地金屬構筑物均會受到影響，而且干擾有交互作用，干擾體也是一個干擾源；

2、雜散電流的腐蝕比較嚴重，腐蝕多集中于局部位置腐蝕，它會提升金屬構筑物的電位，使更大的電流流過金屬構筑物或金屬管線；

3、有防腐層時，往往腐蝕集中在防腐層的缺陷位置，防腐層的剝離、破裂和穿孔等使絕緣電阻大幅下降，將會使大量的雜散電流流過該區域。

基于以上特點，雜散電流的腐蝕主要有以下三種危害：

一是腐蝕軌道交通主體結構的鋼筋，影響主體結構的使用壽命和安全；

二是腐蝕軌道交通的金屬管道，提高軌道交通的運營風險和成本；

三是腐蝕軌道交通沿線城市公共管線和結構鋼筋，降低軌道交通沿線公共設施的可靠、安全性。

雜散電流的防控

地鐵雜散電流保護的原則是“以防為主，以排為輔，防排結合，加強監測”。為防止雜散電流的產生，在地鐵設計階段必須設計嚴格、完善的雜散電流保護措施，在施工過程中必須嚴格施工，盡量限制或減少雜散電流的產生和泄漏，并提供雜散電流的回流路徑，如增加雜散電流的收集和排放系統，盡可能減少雜散電流的泄漏，加強監測，就是要有一個完善的雜散電流監測系統。地鐵線路參數的實時監測，使維護人員能夠及時處理，保證地鐵系統的安全穩定運行。

地鐵線路雜散電流保護是一項系統工程。目前常用的保護措施大致可分為以下兩類：

01. 源頭控制

源頭控制主要是指在地鐵建設中，采取必要措施，限制雜散電流向地鐵外側擴散，使軌道內的電流回到牽引變電所的負極，而不是向地下泄漏。因此，應根據實際經驗和雜散電流的仿真計算，盡可能提高鋼軌與地面的絕緣性能，以控制和減少雜散電流的來源，隔離所有可能的雜散電流泄漏，可見雜散電流與列車牽引電流成正比，與牽引變電所之間的距離成反比，與回流軌的縱向電阻成正比，與鋼軌對結構鋼筋的過渡電阻成反比，所以，可以通過以下途徑控制雜散電流的源頭：

（1）提高列車的牽引電壓，減小列車牽引電流

根據功率公式P=UI，直流牽引電壓越高，牽引回路電流越小。由于雜散電流與牽引回路電流成正比，增加直流牽引電壓可有效降低雜散電流。目前，DC750V和DC1500V是我國地鐵牽引供電系統的主要供電電壓。DC1500V產生的雜散電流小于DC750V產生的雜散電流。

（2）合理設置變電所，縮短供電距離，降低鋼軌電位

因雜散電流值與牽引變電所的距離成正比，牽引變電所的整定距離不宜過長。在地鐵線路運行中，單邊供電方式會增加牽引變電所之間的補償電流，從而導致雜散電流也隨之增大；雙邊供電模式下，牽引變電所之間的補償電流會明顯降低，雜散電流也會隨之明顯降低，所以，供電區間內應盡量采用雙邊供電模式。

（3）盡量減小鋼軌的縱向電阻

當鋼軌縱向電阻較大時，鋼軌回流引起的壓降也較大，鋼軌與地面的電位差也會增大，從而增大雜散電流泄漏。因此，鋼軌的縱向阻力需要最小化。在保護設計中，應首先選用低阻材料，以增大鋼軌的截面積。短鋼軌與長鋼軌焊接時，應盡量減少鋼軌焊接接頭的縱向高電阻率。目前，為了降低軌道接頭電阻，為雜散電流提供一條低電阻路徑，減小雜散電流，通常采用長軌道和附加電纜連接兩條回流軌道，另外，還可以從道床設計方面加強鋼軌的絕緣，可以采用膠支撐浮制板式道床形式。

（4）增大軌道對地的過渡電阻

由于雜散電流與軌道對結構鋼筋的過渡電阻成反比，增大軌道對結構鋼筋的過渡電阻可以有效地減小雜散電流。隨著地鐵運營時間的增加，軌地過渡電阻減小，可通過嵌埋絕緣材料、加強鋼軌與軌枕的絕緣連接等方式增大過渡電阻，以減少雜散電流。

02. 排流控制

目前，在地鐵線路直流牽引供電系統初期，會采用多種防護措施，保證回流軌對地絕緣完好，不產生或產生很少的雜散電流。但隨著使用時間的增加，回流軌和絕緣扣件之間，回流軌與道床之間的絕緣墊片會不斷受外界環境的影響，如潮濕、滲水等，使絕緣性能下降，產生大量的泄漏電流。針對該情況，可以通過設置合理有效的排流網，將回流軌中向地下泄漏的電流引回到牽引變電所，從而減少雜散電流的產生。

漏電保護是一種保護金屬結構的無源電化學保護技術。其基本原理是減少走行軌，通過導線將受保護金屬結構的陽極區連接起來，使埋地金屬結構中的雜散電流通過導線從陽極區流回鋼軌，最后流回牽引變電所的負極。此時，受保護的金屬結構在極區變為負值，陰極區的金屬將被還原以保護金屬。

在地鐵系統設計初期，一般需要設置有效的排流網絡裝置，通過排流網絡收集泄漏的雜散電流，提供雜散電流的回流路徑，減少雜散電流的擴散。

鐵排流網一般由主體結構鋼筋網和混凝土整體道床內雜散電流收集鋼筋網組成。主體結構鋼筋排流網是隧道混凝土主體結構中結構鋼筋的縱向電氣連接，形成流經第二電氣通道的雜散電流，又稱輔助排流網。道床內排流網由沿隧道縱向鋪設的兩層鋼筋組成。縱向鋪設的鋼筋每隔50米左右通過鋼筋焊接在一起，同時用鋼筋使上下兩層排流網跨接，使兩層排流網縱向和橫向電氣連接。

免責聲明：本網站所轉載的文字、圖片與視頻資料版權歸原創作者所有，如果涉及侵權，請第一時間聯系本網刪除。