試析地鐵雜散電流防護方案

艾祖雄

摘要：雜散電流是指不按設計或規定回路進行流動的電流，也稱為“迷流”。在地鐵牽引供電系統中，無論是直流電還是交流電，都會產生雜散電流。雜散電流如果不能得到有效的處理，久而久之會造成鐵軌腐蝕，對地鐵行車安全構成嚴重的威脅。因此，必須要結合地鐵雜散電流的形成原因，制定針對性的防護方案，降低雜散電流產生的危害，維護地鐵運行安全。

關鍵詞：地鐵雜散電流；形成原因；防護現狀；技術措施

引言：

由于地鐵本身處于一個相對封閉的運行環境，一旦因為雜散電流干擾引發故障，不僅增加了檢查和維修工作的難度，而且更換被腐蝕的鐵軌需要花費高昂的成本，給鐵路部門帶來嚴重的經濟損失。地鐵作為現階段一種主要的出行工具，探究雜散電流防護方案，無論是在經濟效益還是人員安全方面，都具有重要的應用價值。文章首先對地鐵雜散電流的形成原因和危害進行了概述，隨后就當前雜散電流防護現狀的基礎上，提出了幾點優化方案。

一、地鐵雜散電流的成因分析

明確地鐵雜散電流的形成原因，可以為制定相應的預防和解決措施提供參考。按照雜散電流分布位置的不同，可以將其大致分為內部電流泄露和外界環境影響兩種形式。通過對以往地鐵雜散電流事故案例的分析，電流泄露是導致雜散電流的常見原因，尤其是在一些投入運行多年的地鐵中，由于地鐵長期高負荷運行，部分電器元件的老化速度、磨損速度超過了設計值。在這種情況下，絕緣設備損壞或是接觸不良，會導致部分電流泄露并經過鐵軌傳遞到地下。同時，由于電流持續泄露，導致自由電子發生定向移動，埋設在地下的一些金屬管線也會受到腐蝕。除了地鐵電流泄露外，像大地自然電流、電磁輻射等外部環境因素，也有很大概率引發地鐵雜散電流。

二、地鐵雜散電流帶來的危害

1、腐蝕地鐵鐵軌

在地鐵供電系統中，正常情況下牽引電流流經鐵軌后回到牽引變電所。但是如果鐵軌局部絕緣性能下降，則會導致牽引電流泄露。這些電流進入到大地后，構成了一個大型的通電回路，其中大地作為陰極，鐵軌作為陽極。陽極電子不斷的向陰極移動，從而造成了鐵軌材料的氧化腐蝕。如果鐵軌所在區域土壤的含水率較高，還會在一定程度上加速電子的移動，鐵軌腐蝕現象明顯加快。嚴重情況下，受到雜散電流危害的地鐵鐵軌在投入使用3-5年后，就會因為受到腐蝕、達不到安全標準而被迫進行更換。

2、破壞埋地管線

地鐵運行中配套使用的地下管線有給排水管道、天然氣管道和電纜等。這些管線分布在地鐵沿線的地下，滿足機車及地鐵站正常的運營需要。而受到地鐵雜散電流的影響，這部分地下管線也容易受到腐蝕。尤其是對于靠近地表的一些管線，由于直接與雜散電流接觸，腐蝕現象也會更加明顯。另外，一些鋪設在地下的通信線路，也可能由于受到雜散電流的干擾影響，導致通信信號受到污染，影響通信質量。

3、威脅人身安全

在牽引電流回流過程中，除了會出現電流泄露外，還有可能出現電壓異常升高的情況。由于地鐵鐵軌和結構鋼筋之間的電壓差過大，導致電流逸出。雖然經過大地電阻的削弱作用，雜散電流變小，但是站臺上或地鐵上的乘客也有可能感受到電流，對人員的健康構成威脅。

三、地鐵雜散電流的防護現狀

對于地鐵工程的牽引供電系統，防止牽引電流從鋼軌泄漏出去形成雜散電流，應該作為首要的防護舉措。被動型保護法即是以堵為主，也稱為源控制法，一般采取的措施有：對埋地金屬進行涂層和增加絕緣法蘭等鈍化防護、抬升供電牽引網電壓、優化調整變電所位置、減小回流走形鋼軌電阻、提高軌道對地的過渡電阻、合理設計混凝土鋼筋的截面積、保證全系統鋼筋的可靠連接等。

現階段國內許多城市地鐵采用的雜散電流防護措施還是以“源控制法”為主，在地鐵發展的早期，由于地鐵系統中電氣設備的數量較少，產生的雜散電流也相對較少，這種源控制法具有較高的應用優勢。但是近年來隨著地鐵中用電設備數量增加，這種單一化的雜散電流控制模式顯然難以滿足防護需求?；谶@一客觀情況，主動式的雜散電流防護措施開始得到了推廣應用。主動保護的基本原理是通過外加輔助設備（如外加電流、外界活潑金屬等），主動防治雜散電流對地鐵鐵軌、埋線金屬的腐蝕。

主動型保護措施在預防雜散電流時，也面臨一些問題，例如地鐵在不同的運營時段，由于運行負荷不同，或是地鐵運行環境干擾等，導致雜散電流的產生量較多，而主動型保護措施單次處理雜散電流的能力有限，防護效果可能會受到影響。另外，由于地鐵結構設置的特殊性，許多地鐵的鐵軌上沒有絕緣結，在進行雜散電流防護時，也可以每隔一定的距離設置絕緣結，從而達到預防雜散電流的目的。

四、地鐵雜散電流防護的幾種常見優化方案

1、陰極保護法

無論是在固態還是液態狀態下，通電后的外部電子總是按照從陽極流向陰極的原則進行定向移動。隨著電子在陰極的逐漸積累，金屬的腐蝕現象也就更加明顯。陰極保護方案的原理就是切斷電子的移動途徑，或是及時將陰極集聚的電子轉移出去。與此相對應的兩種陰極保護方案分別是外加電流保護法和犧牲陽極保護法。第一種方案可以在地鐵鐵軌的一側加裝持續放電的電源，由于電源放電是產生的電子遠遠超出雜散電流，從而起到保護作用；第二種方案則是在地鐵鐵軌一側安裝比鐵更活潑的金屬，如錫、鋁等，通過腐蝕錫塊、鋁塊，達到保護鐵軌的目的。

2、陽極保護法

將被保護物的電位提高到鈍態電位，從而阻止腐蝕，稱之為陽極保護。就是應用一種使金屬向著更為陽極方向的電流使金屬鈍化的一種技術，但是它只適用于表現活化-鈍化性能的金屬和合金。在地鐵系統中，即提高埋地金屬設施的電位。準確的維持整個埋地金屬設施所要求的電位的能力，在陽極控制中是至關重要的。如果電位過高或過低，將導致腐蝕加劇，適得其反。從實際應用效果上看，地鐵雜散電流的陽極保護方案，其應用范圍比陰極保護法更廣，而且不需要額外增加輔助電極，這樣就無形中減輕了防護成本。但是陽極保護法不適用與酸性土壤，由于酸性土壤中游離態的氯離子較多，可能會影響電子的流通性，達不到陽極保護的目的。

3、排流保護法

雜散電流對埋地金屬會產生嚴重的腐蝕，排流保護法的基本原理就是將埋地金屬和地鐵鐵軌連通起來，利用化學性質活潑的金屬代替陽極，避免地鐵鐵軌腐蝕。具體的保護方案如下：首先，將道床混凝土鋼筋做成電氣上的雜散電流排流網，其它有可能受到雜散電流腐蝕的埋地金屬做成輔助排流網，引至牽引變電所的負母排進行電氣連接。由于雜散電流總是走電阻最小的通路，則會選擇直接流回牽引變電所。在陽極區的范圍內，減小了雜散電流從混凝土鋼筋再泄露出去的可能，削弱了雜散電流流出鋼筋導致的腐蝕效果。

結語：地鐵雜散電流的存在，不僅會腐蝕鐵軌和地下金屬管線，給鐵路部門造成嚴重的經濟損失，而且還會影響地鐵行車安全，威脅人們的人身健康。近年來，我國地鐵通車里程數不斷增加，對于雜散電流防護的重視程度也應當與時俱進的提升。在分析雜散電流成因的基礎上，制定相應的防護方案，最大限度的降低雜散電流帶來的危害，保障地鐵行車安全。

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