軌道交通雜散電流分析及其防護技術研究

趙倩 屈寶麗

摘要：本文通過分析軌道交通雜散電流的形成及其危害，并對雜散電流的防護技術進行了論述，通過防護技術使得雜散電流盡可能完全回到牽引變電所負極，從而確保軌道交通的運營安全。

關鍵詞：軌道交通；雜散電流；防護措施

在城市軌道交通運輸系統中，通常采用DC電力牽引供電方式，接觸網（或第三軌）為正極，運行軌道為負回流線。驅動機車的牽引電機會在電力機車獲取動能后就將電能轉換為動能，然后經由與機車車輪相接觸的軌道回流至軌道交通牽引變電所。因大地也是導體且電位為零，所以在回流過程中會有一部分將流入大地，一部分會沿著大地流向牽引變電所；而此時將會一直留在大地中的電流就是雜散電流。軌道交通雜散電流對地鐵周圍地下金屬管道、主體結構中的鋼筋發生電化學腐蝕，這樣就會縮短金屬管線的壽命，降低地下鋼筋混凝土結構的強度和耐久度，甚至會造成重大人生事故的發生。因此我們必須通過采取防護措施來解決這個問題。

一、地下雜散電流的形成與危害

（一）地下雜散電流的形成

在直流牽引供電系統中，牽引變電站的正極與接觸網相連，以鋼軌作為負極回流導體，經過回流線與牽引變電站的負極相連。在軌道交通運營時，鋼軌中流過電流，在走行軌其自身電阻上會形成一個對地的電位分布，使走行軌中一部分電流通過過渡電阻向道床和主體結構鋼筋泄漏，并在某個地方將流回走行軌和牽引變電所負極。泄漏到道床及主體結構鋼筋的電流好像迷失方向一樣，哪里電位低，它就流向哪里，哪里電阻率低就從哪里流過，形成雜散電流，也稱迷流。軌道交通雜散電流形成原理圖如下圖所示。

軌道交通雜散電流形成原理圖

（二）雜散電流的危害

首先，雜散電流在流出主體結構鋼筋和城市自來水、煤氣及石油等其他金屬管線處時會產生電化學腐蝕，尤其城軌運行很多年后，走行軌與道床之間的絕緣扣件就會發生老化而且外表也會臟污，從而將會減小走行軌和排流網之間的過渡電阻，則雜散電流增大，日積月累，造成比較嚴重的腐蝕。

其次，軌道交通系統的鋼軌及其一些附件存在比較嚴重的腐蝕，特別是釘入道床的道釘不但經常會被雜散電流腐蝕，而且還會因為鋼釘已釘入地下而很難發現腐蝕狀態。

除以上兩個方面以外，雜散電流還會使鋼軌電位限制器發生誤動作，從而使得牽引變電所負極會被作為排流柜使用，這樣也會降低鋼軌電位限制器的使用壽命。

二、軌道交通防護雜散電流的防護技術措施

軌道交通線路雜散電流防護是一項系統工程。雜散電流防護系統應堅持“以堵為主，以排為輔；堵排結合，加強監視”的原則，采用先進的技術手段，使綜合防治效果達到現行國內和國際的有關標準的要求。為此采取下列措施：

（一）“堵”—源控制法

包含兩層意思：一是可以通過限制供電區段的長度、減小供電區段中負載和軌道電位、設置軌道均流線和軌道電位限制器來減小雜散電流。直流電源和回流軌道采用的是絕緣安裝，從而減少雜散電流。

二是走行軌與地絕緣越好，雜散電流也就越小，為此在軌道與軌枕之間、緊固螺栓與軌枕之間、扣件與軌枕之間采取絕緣措施，要求每公里軌道對雜散電流收集網的泄漏電阻值大于15歐姆。

（二）“排”—排流法

利用雜散電流的首次經過的通路—道床內的結構鋼筋，將鋼筋良好連通形成一道屏蔽網，不但防止雜散電流向道床外部漏泄，還可以避免危及市政公共設施。地鐵排流網由混凝土整體道床內的雜散電流收集鋼筋網和主體結構網構成。

（1）雜散電流收集網。除用來給鋼軌枕木穿孔固定用的鋼筋外，在枕木下方的混凝土道床內，我們要設置雜散電流收集鋼筋網。這樣就可以收集由走行軌泄露出的雜散電流了，并通過此方式可將雜散電流排送回到牽引變電所的負極，從而避免了雜散電流流入混凝土鋼筋和地下的其他金屬導體。

（2）主體結構排流網。我們對區間隧道混凝土主體結構和襯砌混凝土有比較高的要求：①混凝土主體結構必須具有性能良好的防水層；②襯砌混凝土必須具有較高的低透水性和電阻率。采用連續焊接使結構加固，同時主體結構應該在區間隧道變形縫中進行焊接。同時還要設置檢測雜散電流的端子，并且將鋼筋與變形縫處的端子相連在一起，為后期的排流措施就做好了充分的準備。

（三）“測”—監測法

地鐵系統雜散電流的泄漏受軌道電位的影響很大，所以軌道電位的測量檢測也是非常重要的。

在監測點處，上下行道床上各設兩個參比電極，側墻設兩個參比電極，并穿越洞壁打入土壤，穿越部位應做好防水處理。將參比電極以及道床，隧道洞體、走行軌測量端子通過測量導線引入當地接線盒的傳感器，測量信號再經測試電纜引入車站變電所內的數據處理單元。該單元一方面具備當地測量功能，以便移動測試裝置隨時監測；另一方面具備測量信號傳輸功能，將信息通過上位機進入遠動系統向控制中心傳送。

三、結語

隨著網絡技術和軌道交通牽引供電技術的不斷提高與發展，使雜散電流監測系統不斷的向集中管理方向發展。由于雜散電流防護技術對軌道交通供電系統來說是一個非常重要的研究課題，其中監測技術是防護技術中比較重要的研究內容，因此雜散電流防護技術措施及新的監測技術將會進一步提高與完善。

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