地鐵雜散電流的危害及防護(hù)
摘 要：雜散電流給地鐵設(shè)備、設(shè)施的安全運(yùn)行和使用壽命造成影響，甚至?xí){乘客的安全，有必要對其采取防護(hù)和治理措施，以確保地鐵的安全運(yùn)營。
在地鐵系統(tǒng)中，牽引供電系統(tǒng)一般采用直流方式，會產(chǎn)生雜散電流。目前，地鐵的牽引供電方式一般采用直流供電方式。在理想的狀況下，牽引電流由牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由接觸網(wǎng)、電動列車和走行軌返回牽引變電所的負(fù)極。由于走行軌與大地之間的絕緣不良或不是完全絕緣，流經(jīng)走行軌的電流不能全部經(jīng)由走行軌流回牽引變電所的負(fù)極，有一部分電流會泄漏進(jìn)入大地，然后再流回變電所，這部分泄漏到大地中去的電流就是雜散電流，也稱作迷流。走行軌鋪設(shè)在軌枕、道碴或整體道床上，由于鋼軌與軌枕或整體道床之間不是完全絕緣狀態(tài)，鋼軌與大地間存在一定的過渡電阻，其阻值表示了軌道和大地之間的阻性耦合和電導(dǎo)性耦合。有關(guān)研究表明，鋼軌與大地之間的過渡電阻與通過走行軌中的電流無關(guān)，其阻值取決于軌枕和軌道緊固件的類型、軌枕下面的墊層、污染程度、氣象條件。也就是說，與走行軌流人大地的雜散電流與道床類型、軌枕和軌道緊固類型有關(guān)，并還隨污染程度、氣象條件的變化而變化。
一、雜散電流的危害
地鐵中的雜散電流是一種有害的電流，會對地鐵中的電氣設(shè)備、設(shè)施的正常運(yùn)行造成不同程度的影響，還會對隧道、道床的結(jié)構(gòu)鋼和附近的金屬管線造成不同程度的危害。
1．引起地鐵附近建筑物結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬管線腐蝕地鐵附近的地下金屬體埋于地下，周圍有電解質(zhì)存在，在沒有雜散電流通過時(shí)，這些金屬體所承受的滲透壓與溶解壓通常會保持平衡狀態(tài)，不會發(fā)生電化學(xué)腐蝕。但當(dāng)這些金屬體中流過雜散電流時(shí)，這些金屬體所承受的滲透壓與溶解壓的平衡狀態(tài)就會被打破，就要發(fā)生電化學(xué)腐蝕。在這些情況下，會有兩種過程同時(shí)發(fā)生。如果城軌隧道、道床或其他建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋及附近的金屬管線（如電纜、金屬管件等）長期受到雜散電流的腐蝕，就會嚴(yán)重?fù)p壞地鐵附近的各種結(jié)構(gòu)鋼筋和地下金屬管線，破壞結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度，降低其使用壽命。
2．使某些地鐵設(shè)備無法正常工作。雜散電流若流入電氣接地裝置，將引起過高的接地電位，使某些設(shè)備無法正常工作，甚至?xí)＜叭松戆踩?/FONT>
3．給地鐵的安全運(yùn)營帶來不利影響。若走行軌局部或整體對地的絕緣變差，則對大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大，會使鋼軌電位發(fā)生變化，進(jìn)而引起鋼軌與框架之間的電位差發(fā)生變化。當(dāng)鋼軌與框架的電位差達(dá)到框架保護(hù)整定一段值時(shí)，可引起電壓型框架保護(hù)報(bào)警；當(dāng)鋼軌與框架電位差達(dá)到或超過框架保護(hù)整定二段值時(shí)，根據(jù)比較情況，啟動某一段延時(shí)后，如果電壓信號一直達(dá)到或超過框架保護(hù)整定二段值時(shí)，就有可能引起牽引變電所的框架保護(hù)動作。無論是框架保護(hù)報(bào)警還是框架保護(hù)動作，都將給地鐵牽引供電的安全帶來不利影響，將直接威脅地鐵的正常的運(yùn)營。
4．危及地鐵乘客的安全。地鐵鋼軌除了作為牽引回流的通路與牽引變電所的負(fù)極相連外，還起屏蔽門框架保護(hù)作用而與屏蔽門相連。若走行軌某處或局部與大地間的絕緣比其他地方低，則該處的軌電位就會較低，而其他地方的軌電位會被抬高，造成部分地方的軌電位異常，甚至超過正常允許值。雖然在變電所內(nèi)安裝有軌電位限制裝置，當(dāng)走行軌的電位達(dá)到其整定值時(shí)，軌電位裝置會強(qiáng)行將走行軌接地，以限制軌電位繼續(xù)升高，但是這樣的電位仍然會對乘客的安全構(gòu)成威脅。
二、雜散電流的防護(hù)
雜散電流的防護(hù)有消極措施和積極措施之分，消極的防護(hù)措施主要包括在相關(guān)金屬裝置上添加絕緣材料或防腐金屬，下面主要討論積極的防護(hù)措施。
1．雜散電流的防護(hù)應(yīng)采取“以堵為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)測”的原則。以堵為主，就是隔離和控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進(jìn)入地鐵的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備及相關(guān)設(shè)施；以排為輔，就是通過雜散電流的收集及排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回至牽引變電所負(fù)母線的通路，防止其繼續(xù)向本系統(tǒng)外泄漏，以減少腐蝕；加強(qiáng)監(jiān)測，就是要有完備的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)視、測量雜散電流的大小，為運(yùn)營維護(hù)提供依據(jù)。
2．降低回路電壓，保持對地的良好絕緣在回流回路中，保持電壓降處于低值以及走行軌對地的良好絕緣，是限制雜散電流的最重要措施。為此，可以采取如下辦法：一是在可能的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)縮短變電所的位置。二是安裝平行加強(qiáng)回流線，也就是與走行軌并行的導(dǎo)線，并將其在較短距離間隔內(nèi)與走行軌連接。三是走行軌盡量選用重型軌，并焊接成長鋼軌。鋼軌接頭的電阻應(yīng)小于5 m長的回流鋼軌的電阻值，以減少回流電阻。若采用短鋼軌，則應(yīng)用魚尾板連接，并在道岔與轍岔的連接部位的兩根鋼軌之間加焊一根120 mm 及以上的絕緣銅電纜連接線，并應(yīng)做到焊接可靠。四是鋼軌與軌枕或整體道床間采用絕緣法安裝，保證鋼軌對軌枕或整體道床的泄漏電阻不小于15Ω•km。為了達(dá)到此要求，在鋼軌與混凝土軌枕之間，在緊固螺栓、道釘與混凝土軌枕之間，在扣件與混凝土軌枕之間，采取絕緣措施，加強(qiáng)軌道對道床的絕緣，以減少鋼軌對地的泄漏電流。具體做法是：鋼軌下加絕緣墊、使用絕緣扣件，鋼軌采用絕緣套管固定安裝，軌枕下加絕緣墊，道岔處加強(qiáng)絕緣，導(dǎo)軌與走行軌之間加絕緣等。
3．采用隔離法，減少雜散電流的漫延。一是在條件允許的情況下，盡可能增強(qiáng)整體道床結(jié)構(gòu)與隧道、車站間的絕緣。二是在高架橋區(qū)段，橋梁與橋墩之間加橡膠絕緣墊，實(shí)現(xiàn)橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋與橋墩結(jié)構(gòu)鋼筋絕緣，防止雜散電流對橋墩結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕。三是在盾構(gòu)區(qū)間隧道，采用隔離法對盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)鋼筋進(jìn)行保護(hù)。四是在過江隧道的軌道兩端設(shè)立單向?qū)ㄑb置，與其他線路單向隔離。
4．在牽引變電所。設(shè)置雜散電流排流裝置采取這種做法，可在軌道絕緣降低致使雜散電流增大時(shí)，及時(shí)通過排流裝置，使收集網(wǎng)中的雜散電流有暢通的電氣回路。但是，雜散電流排流裝置會使軌電位提高，雜散電流增大。
5．廣泛使用陰極保護(hù)，避免雜散電流的腐蝕。陰極保護(hù)是防止在被保護(hù)金屬上產(chǎn)生陽極反應(yīng)，從而保護(hù)這些金屬不受雜散電流的腐蝕。
6．在日常運(yùn)營中，采取各種有效措施。一是定期對全線軌道線路清掃，保持線路清潔干燥，尤其是軌道扣件及鋼軌絕緣墊，不能有易導(dǎo)電的物質(zhì)在鋼軌扣件和絕緣墊表面，避免由此而產(chǎn)生的軌道對地泄漏電阻的下降。二是定期檢查各雜散電流收集網(wǎng)之間的連接線、負(fù)回流電纜及均流電纜的連接是否良好，連接螺栓是否生銹等。如果這些連接部件狀態(tài)不良，則應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。三是定期利用雜散電流綜合測試裝置，監(jiān)測整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋、車站隧道結(jié)構(gòu)鋼筋、高架橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋相對周圍混凝土介質(zhì)的平均電位是否超標(biāo)，以便決定是否對鋼軌回路及鋼軌泄漏電阻進(jìn)行測試檢查，然后結(jié)合測試結(jié)果進(jìn)行維護(hù)。
三、結(jié)語
雜散電流是一種有害的電流，在直流牽引供電系統(tǒng)中會給地鐵系統(tǒng)的設(shè)備、設(shè)施造成多方面的危害，必須對其采取防護(hù)和治理措施，以確保地鐵的安全運(yùn)營。
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