城市軌道雜散電流的危害與防治

張同心

摘 要：城市軌道地下區段中，因回流軌與大地不能絕對絕緣，導致有部分電流滲入地下形成雜散電流。本文介紹了雜散電流的成因，并論述了雜散電流的危害以及目前常用的防治措施。

關鍵詞：地鐵 雜散電流 防治措施

中圖分類號：TU856 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）06（a）-0119-01

城市軌道交通具有運量大，節能環保，安全舒適，不占用地面空間等特點，因此成為許多城市在發展的過程中用以緩解交通壓力的一種有效途徑。現行的軌道交通主要采用直流供電。牽引變電所通過接觸網或第三軌向機車供電，利用走行軌作為電流的返回線。但是，由于走行軌與地面之間不可能做到絕對絕緣，會用部分電流滲入大地，這部分電流就成為雜散電流，也叫做迷流。雜散電流是一種有害電流，會對地下結構內部鋼筋、金屬管線等設備造成電化學腐蝕，降低結構強度。相關資料表明，在自然條件下，大小為1 A的電流可以在1年內腐蝕掉9.13 kg鋼鐵或33.5 kg鉛。對北京地鐵的實測結果表明，列車在啟動和運行時流入地下的雜散電流一般要大于100 A。歷史上也出現過一些因為雜散電流造成的地鐵事故，例如北京地鐵一期工程的主體機構中的鋼筋已發現有嚴重的雜散電流腐蝕；北京、天津地鐵都有水管被侵蝕穿孔的情況；香港也曾因雜散電流腐蝕煤氣管道引起煤氣泄漏；英國曾發生過因為雜散電流腐蝕而發生的鋼筋混泥土塌方事故。可見，雜散電流對于地鐵的危害還是相當大的。

1 雜散電流的危害

雜散電流對地下結構的危害主要表現在以下幾方面：軌道結構：因鋼軌與列車相連，處在陽極區，雜散電流會對軌道結構造成腐蝕，縮短軌道結構的使用壽命。據相關資料介紹，這種現象在道岔區和隧道內尤為明顯，在有些地區，每隔2～3年就要對軌道進行更換。地下結構中的鋼筋：雜散電流本身對混凝土并不會造成損傷，但當雜散電流通過混凝土結構中的鋼筋時，會腐蝕鋼筋。鋼筋發生電化學腐蝕進而生成體積膨脹，往往造成混凝土的開裂。由于結構物的鋼筋一旦施工完成就很難更換，這種腐蝕尤其應該引起注意。埋地管線：因地鐵建設于地下，雜散電流容易對各種埋于地下的金屬管線造成腐蝕，例如自來水管，煤氣管線，石油管線等。若在設計的時候沒有考慮雜散電流對其的影響，可能會出現較為嚴重的后果。其他不利影響：根據有關研究，雜散電流流入大地會導致大地的接地電位升高，可能導致地鐵某些設備無法正常使用，給地鐵運營的安全帶來不利的影響，危及乘客的安全，也可能導致通信系統的故障。

2 雜散電流的防治原則

雜散電流的防護原則為“以防為主，以排為輔，防排結合，加強監測”。“防”指的是防止雜散電流流入大地，因為是從源頭對雜散電流進行控制，是一種主動的防治方法，應當以其作為主要的防治手段。“排”指的是建立連續的雜散電流收集網，使泄漏的雜散電流通過排流網可以返回到牽引變電所，以減少其危害。因為是在雜散電流已經形成后再進行防治，所以只能作為一種輔助手段。在運營的過程中，應合理的運用兩種防治手段，并注重雜散電流的監測。

3 雜散電流的防治方法

雜散電流的防治方法有很多，按照雜散電流的防治原則可以分為主動防治和被動防治兩類。

3.1 主動防治

該類方法的主導思想是在源頭上盡力消除雜散電流的泄漏，如：（1）降低鋼軌的阻抗：因鋼軌本身具有電阻，在電流回流的時候會產生電壓降，繼而與大地電勢出現電勢差，形成雜散電流。因而在允許的情況下，走行軌應盡可能選用重型軌，并確保鋼軌接頭的電氣連接可靠，使回流路徑的阻值盡可能低，以降低鋼軌的阻抗，減少雜散電流的可靠。（2）縮短變電所之間的距離：根據雜散電流的估算公式，雜散電流的大小與供電距離的平方成正比，所以在可能的情況下，盡量縮短兩所變電所之間的距離可以有效地降低雜散電流的泄漏。（3）保證鋼軌與道床的良好絕緣：對從鋼軌向大地泄漏的部分均采取隔離措施，也可以有效的減少雜散電流的泄露。例如可以在鋼軌鋼軌下加絕緣墊，并使用絕緣扣件。由于雜散電流在道岔處的危害更大，所以在道岔處應加強絕緣。（4）加強養護：在日常的養護過程中，也要注意對道床的定期清洗，以及時去除油污，對軌道內的積水也應及時排出，以保證道床的干燥，確保鋼軌與道床的良好絕緣。

3.2 被動防治

（1）利用結構內鋼筋構成雜散電流收集網。針對已經泄露的雜散電流，為了避免其對城市軌道地下結構的腐蝕，可以利用隧道，車站，整體道床內，隧道縱壁內的結構鋼筋構成連續的回路，形成雜散電流的收集網，使泄漏的電流沿著收集網返回牽引變電所再通過電纜將排流網引出端子與排流柜連接，通過排流柜進行極性排流，使雜散電流及時地回到牽引所整流器的負極，從而減少雜散電流的危害。

（2）針對埋地管線的防治措施。對于一些處在雜散電流影響區域內的重要管線，如煤氣管線，自來水管線，石油管線等，也可以通過采用以下措施來降低雜散電流的危害。如：隔離法：在管道外壁涂絕緣涂料，進而將管道與外界雜散電流隔離開。但由于涂料的密閉性不好，經過一段時間后會開裂，從而使保護效果降低。排流法：將被保護的管道與軌道陽極區直接相連，使管道處于陰極電位來避免被雜散電流侵害，但這一措施使得地下管道也成為雜散電流的流出點，對未被保護的設施的損害會加劇。外加電流法：通過額外的電源將被保護管道與電源的負極相連，電源的正極則與耐腐蝕材料相連，可以有效地保護管道，但因需要額外設置保護設施，維護與施工較為復雜，且工程造價較高。犧牲陽極法：將一些比管道金屬活潑的犧牲金屬與管道進行電氣連接，根據原電池原理，犧牲金屬會先腐蝕，從而起到保護管道的作用。

4 結語

地鐵運行的過程中常有雜散電流的泄漏。雜散電流會導致軌道內結構物的鋼筋腐蝕，混凝土開裂等，從而影響相關設施的使用壽命，嚴重時甚至造成災難性的事故。因此在地鐵的設計與施工以及日常的維護過程中，應加強對雜散電流的防治。做到：“以防為主，以排為輔，防排結合，加強監測”，從而保障地鐵的安全運營。

參考文獻

[1] 林江，唐華，于海學.地鐵迷流腐蝕及防護技術[J].建筑材料學報，2002（1）.

[2] 李威.地鐵雜散電流的監測與防治[J].城市軌道交通研究，2003（4）.

[3] 譚冬華.地鐵雜散電流的危害與防護[J].都市快軌交通，2007（2）：86-89.

[4] 周順華.城市軌道交通設備系統[M].人民交通出版社，2009.endprint