城市軌道交通雜散電流的防護
摘 要：雜散電流對供電系統(tǒng)周邊的環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施的危害很大。對雜散電流的防護應(yīng)采用“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測”的原則。結(jié)合多年的現(xiàn)場施工經(jīng)驗，從雜散電流的防護方法、技術(shù)原理及雜散電流的監(jiān)測等方面，對城市軌道交通雜散電流的防護進行探討。
1 雜散電流的防護原則
軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)中，只要用走行軌兼做回流導(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)。雜散電流的防護工程基本上采用“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測”的原則。
(1) 以防為主
控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進入軌道交通系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備以及沿線附近相關(guān)設(shè)施的結(jié)構(gòu)鋼筋。具體實施時，由于涉及到的專業(yè)多，各專業(yè)、各工種必須緊密配合，尤其在施工設(shè)計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，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)部引出的金屬管線均應(yīng)進行絕緣處理后方可引入和引出；在軌道交通線內(nèi)部設(shè)立結(jié)構(gòu)鋼筋電氣連通，把所有結(jié)構(gòu)鋼筋和接地點連接在一起，將泄漏的雜散電流排流回直流系統(tǒng)。
(2) 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。
2 不同區(qū)段的雜散電流排流系統(tǒng)
具體實施中，不同區(qū)段應(yīng)采取相應(yīng)的排流措施。
2.1 高架區(qū)段雜散電流排流系統(tǒng)
軌道交通高架線路一般采用現(xiàn)澆混凝土簡支箱梁結(jié)構(gòu)形式，箱梁與橋墩之間通過板式橡膠支座安裝，起到絕緣安裝的效果。在雜散電流防護系統(tǒng)中，現(xiàn)澆混凝土簡支箱梁內(nèi)部的表面鋼筋網(wǎng)與主體結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)焊接，作為收集和排流的通道，是雜散電流防護的第一道防線。用銅排引出結(jié)構(gòu)表面作為排流銅端子，利用1×150ｍｍ2電纜把每段現(xiàn)澆混凝土簡支箱梁的排流銅端子連接起來，再通過安裝在變電所內(nèi)的排流系統(tǒng)，把散落在區(qū)間的雜散電流排流到直流供電系統(tǒng)，起到雜散電流的防護作用。同時，銅端子也可作為雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測點。
2.2 盾構(gòu)隧道區(qū)間雜散電流排流系統(tǒng)
盾構(gòu)隧道區(qū)間是由圓形管片一片一片通過螺栓連接在一起，每個盾構(gòu)管片內(nèi)有結(jié)構(gòu)鋼筋。在隧道內(nèi)安裝的管片是預(yù)制的。按雜散電流專業(yè)的要求，每個管片內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋成網(wǎng)狀，焊接在一起，使管片內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋電氣連通，通過鋼墊圈將電氣連接點良好引出。隧道管片拼裝作業(yè)時，通過螺栓和螺母將各隧道管片結(jié)構(gòu)鋼筋全部電氣連通，形成等電位體。環(huán)、縱兩向通過螺栓將每塊管片、每環(huán)管片連成一體，形成一個法拉第籠，對地鐵進行電氣屏蔽，以防止地鐵雜散電流對外泄漏，減少對地下環(huán)境的污染。
2.3整體道床雜散電流的防護
整體道床用于地下區(qū)間隧道內(nèi)時，由于整體道床位于走行軌的下面，與軌道距離最近，最容易直接收集軌道泄漏的雜散電流。因此，在盾構(gòu)隧道內(nèi)，利用整體道床內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋的電氣連接，建立主要雜散電流的收集網(wǎng)，最能從根本上解決雜散電流的防護問題。但整體道床的設(shè)計需考慮地震等自然條件的影響。在一定位置設(shè)沉降縫，在沉降縫位置引出道床鋼筋連接銅端子，用1×150ｍｍ2電纜將沉降縫兩側(cè)道床結(jié)構(gòu)鋼筋進行電氣連接，然后通過牽引變電所的排流系統(tǒng)將雜散電流排流回直流系統(tǒng)，起到雜散電流防護的作用。同時，引出的銅端子為雜散電流的監(jiān)測提供了直接監(jiān)測點。
整體道床用于高架區(qū)間時，由于現(xiàn)澆混凝土簡支箱梁形式的采用，雜散電流基本上得到控制，因此，在該整體道床內(nèi)部的結(jié)構(gòu)鋼筋不再做雜散電流防護電氣連接，只作為結(jié)構(gòu)主鋼筋起加固作用。
2.4 其他相關(guān)專業(yè)的要求
接觸網(wǎng)、電纜支架及給排水專業(yè)的排水管道等固定件的安裝，均需用膨脹螺栓進行固定。在隧道內(nèi)和高架區(qū)間安裝施工時，必須避開管片和箱梁結(jié)構(gòu)的主筋，在預(yù)留螺栓時應(yīng)設(shè)置遇水膨脹密封墊圈，既利于防水，又不至于和金屬螺栓預(yù)埋件接觸，隔斷雜散電流傳播的途徑。
3 設(shè)置雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)
設(shè)計完整的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測雜散電流的大小，可為運行維護和防止雜散電流提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
電化學(xué)中的電位分析法是現(xiàn)階段雜散電流測量的原理。選取電位恒定的、提供測量電位標(biāo)準(zhǔn)的參比電極作為基本電位，以測量結(jié)構(gòu)鋼筋、排流銅排、鋼軌等的電位大小，來衡量軌道交通中雜散電流的多少。
雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)由參比電極、軌道電位測試端子、排流網(wǎng)測試端子、主體結(jié)構(gòu)鋼筋測試端子、電位測量箱以及雜散電流綜合測試裝置構(gòu)成(見圖4)。目前，上海市軌道交通雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)中，ＣＵ-ＣＵＳＯ4電極作為參比電極，測量時通過數(shù)據(jù)采集儀收集數(shù)據(jù)。它接收來自電位測量箱的測量電位的信號，進行記錄并保存，可以與計算機聯(lián)接同步監(jiān)測記錄，對數(shù)據(jù)進行分析后若發(fā)現(xiàn)異常，則發(fā)出報警信號。此法便于對雜散電流的情況進行掌握，并及時做出處理，保護軌道建設(shè)工程�！�
通過上述防、排、監(jiān)測等方法的配合采用，基本上能防止雜散電流的危害，起到保護軌道交通及附近地下公共環(huán)境的作用。
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