南京地鐵2號線馬群車輛段雜散電流泄漏對附近燃?xì)夤艿烙绊懙姆治黾疤幚?/h1>
2019-03-25 08:23:56孟新心
中國科技縱橫 2019年2期
孟新心
摘 要：基于馬群車輛段既有雜散電流防護(hù)措施，通過對現(xiàn)場燃?xì)夤艿郎蠘O化電位的測試，分析產(chǎn)生雜散電流腐蝕的原因，以防止雜散電流流經(jīng)車輛段，進(jìn)而減少對附近燃?xì)夤艿赖挠绊?，為主要指?dǎo)思路，提出了切實(shí)可行的處理方案，以確保燃?xì)夤艿赖倪\(yùn)行安全。
關(guān)鍵詞：雜散電流防護(hù);單向?qū)ㄑb置;燃?xì)夤艿?極化電位
中圖分類號：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0132-02
近期，港華燃?xì)夤景l(fā)現(xiàn)埋于馬群段滬蓉高速繞城內(nèi)側(cè)綠化帶下方，與南京地鐵二號線工程馬群車輛段平行敷設(shè)的管道，管地電位正向偏移均值大于100mV，且強(qiáng)弱與地鐵運(yùn)行時間有較強(qiáng)相關(guān)性。根據(jù)行業(yè)規(guī)范《SY/T0017-2006埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，當(dāng)管道任意點(diǎn)的管地電位正向偏移均值大于100mV時，必須實(shí)施排流保護(hù)或其他防護(hù)措施。為此，對馬群地鐵站和馬群車輛段進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，將測量數(shù)據(jù)與燃?xì)夤艿罃?shù)據(jù)分析對比，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，提出了加強(qiáng)地鐵雜散電流防護(hù)的建議方案。
1 工程現(xiàn)狀及雜散電流泄漏調(diào)查
1.1 工程現(xiàn)狀
1.1.1 馬群站車站
車站為高架車站，設(shè)置有雜散電流監(jiān)測裝置及排流柜，用于監(jiān)測車站附近雜散電流泄漏情況，并結(jié)合測量數(shù)據(jù)判斷是否采取排流措施。
1.1.2 區(qū)間
地鐵線路與燃?xì)夤艿澜徊嫣帪楦呒軈^(qū)間，軌道按照要求采用絕緣安裝，限制雜散電流的泄漏，道床設(shè)置有雜散電流收集網(wǎng)。
1.1.3 馬群車輛段
在馬群車輛段出入段線與車輛段、庫外與庫內(nèi)分界處設(shè)置有單向?qū)ㄑb置，用來限制被保護(hù)區(qū)段的鋼軌電流方向，從而減少被保護(hù)區(qū)段雜散電流對結(jié)構(gòu)鋼筋及金屬管線的電腐蝕，保證檢修人員的人身安全。
1.2 雜散電流泄漏調(diào)查
經(jīng)現(xiàn)場勘查、調(diào)研發(fā)現(xiàn)馬群車輛段原單向?qū)ㄑb置的工作原理，無法限制車輛段流向正線的雜散電流，導(dǎo)致該雜散電流對燃?xì)夤艿栏g。
2 雜散電流腐蝕分析
2.1 燃?xì)夤艿老鄬ξ恢?/p>
燃?xì)夤艿拦苤睆?00mm，管中心距地面最小2m，最大6m，燃?xì)夤艿牢挥诔鋈攵尉€正線引出點(diǎn)位置下方，此段地鐵線路為高架線路。
2.2 雜散電流腐蝕分析
2.2.1 雜散電流的產(chǎn)生
城市軌道交通采用直流牽引供電，主要由架空的接觸網(wǎng)供電，以走行軌作為負(fù)極回流導(dǎo)體。因此回流軌道中的電流是由高電位流向低電位，即從車輛通過車輪、軌道回到牽引變電所的負(fù)極，車輛所在處為高電位，牽引變電所為低電位，軌道對地有一定的過渡電阻，這樣因電位差和過渡電阻存在，就形成對地的泄漏電流，一些回流電流從鐵軌漏出通過埋設(shè)在軌道附近的金屬管道等回到牽引變電所或其他低電位處，這樣就形成電流回路。電流從土壤流入路軌或埋地管的地方帶有負(fù)電荷為陰極區(qū)，在陰極區(qū)的金屬管道一般不受影響;電流從路軌或管道防腐絕緣層破損處流出，此處管道帶正電，為陽極區(qū)，以鐵離子形式溶入周圍的電解質(zhì)中，從而使陽極區(qū)的金屬管道腐蝕。直接埋在地下的鋼筋、金屬物體更容易受到腐蝕。通常把這一部分從走行軌泄露到大地的電流稱為雜散電流，俗稱迷流。
2.2.2 現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)分析
（1）在原單導(dǎo)柜長期運(yùn)行的設(shè)置定值—晶閘管導(dǎo)通閾值為12V時燃?xì)夤艿罍y量的數(shù)據(jù)曲線圖1所示。（2）為了驗(yàn)證晶閘管導(dǎo)通閾值對雜散電流的影響，將晶閘管閾值設(shè)為70V，次日08：30閾值調(diào)為12V時燃?xì)夤艿罍y量的數(shù)據(jù)曲線圖2所示。（3）在單導(dǎo)柜晶閘管完全退出時燃?xì)夤艿罍y量的數(shù)據(jù)曲線圖3所示。（4）在單導(dǎo)柜接線斷開，次日5點(diǎn)恢復(fù)時燃?xì)夤艿罍y量的數(shù)據(jù)曲線圖4所示。（5）測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。
極化電位測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如表1所示。
綜合上表燃?xì)夤艿罃?shù)據(jù)，通過提高晶閘管的動作電壓值能夠減小晶閘管導(dǎo)通頻率，雜散電流雖有所減小，但依然不符合燃?xì)夤艿罉?biāo)準(zhǔn)《SY/T0017-2006埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，即管道任意點(diǎn)上管地電位較自然電位正向偏移小于100mV。而斷開單導(dǎo)柜接線，雜散電流有了明顯的減小，并完全符合燃?xì)夤艿罉?biāo)準(zhǔn)。
由此可判斷，由車輛段流向正線的電流是燃?xì)夤艿朗艿诫s散電流影響的主要因素，由正線流向車輛段的電流是次要因素。由于目前車輛段到正線方向使用二極管，且一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以車輛段有持續(xù)的較大電流流向正線，產(chǎn)生對附近燃?xì)夤艿栏g的雜散電流。
3 雜散電流腐蝕處理
3.1 雜散電流泄漏路徑分析
（1）單向?qū)ㄑb置二極管回路、消弧回路等各回路工作正常。當(dāng)絕緣節(jié)兩端電位差大于消弧裝置啟動值后，正線電流方可通過回流軌流向車輛段，此措施減少了運(yùn)營時正線電流流入車輛段造成雜散電流的泄漏。（2）燃?xì)夤艿赖碾s散電流主要由車輛段軌道流向正線軌道的電流所導(dǎo)致。控制二極管的導(dǎo)通，可減少車輛段流向正線的電流引起的雜散電流泄漏。（3）雜散電流路徑初步分析為：正線雜散電流經(jīng)由大地，再由車輛段處大地流至車輛段軌道，最后通過軌道流回至對應(yīng)正線牽引所。
3.2 主要原因分析
（1）高架區(qū)間鋼軌絕緣由于長時間暴露在外，絕緣水平降低，鋼軌泄漏電阻減小，正線雜散電流泄漏增大。（2）車輛段庫外線路暴露于自然環(huán)境中，粉塵、雨雪、霜凍對其軌地間的泄漏電阻影響很大，導(dǎo)致碎石道床的絕緣降低。（3）車輛段與正線絕緣節(jié)兩側(cè)存在較大電位差，設(shè)置的單向?qū)ㄑb置車輛段至正線方向采用二極管，無法限制車輛段流向正線的電流。
3.3 限制雜散電流泄漏建議方案
（1）將二極管優(yōu)化為晶閘管，控制車輛段至正線方向的導(dǎo)通。在無列車進(jìn)出車輛段時，將正向晶閘管關(guān)斷，隔斷此方向的電流通路，可大幅改善燃?xì)夤艿赖碾s散電流。（2）正向、反向晶閘管在無列車通過時，閥值設(shè)置為高于絕緣節(jié)兩端大部分電位差，使得晶閘管基本處于關(guān)斷狀態(tài)。（3）單向?qū)ㄑb置兩側(cè)各設(shè)置一套傳感器，以判斷是否有列車通過，解決列車通過時打火問題。
3.4 單向?qū)ㄑb置優(yōu)化方案后測量數(shù)據(jù)
優(yōu)化后單向?qū)ㄑb置正常運(yùn)行時燃?xì)夤艿罍y量的數(shù)據(jù)曲線圖5所示。通過以上數(shù)據(jù)可知，采用優(yōu)化后單向?qū)ㄑb置時，燃?xì)夤艿赖臉O化電位出現(xiàn)大幅度降低，基本處于50mV水平，極化電位平均值較優(yōu)化前下降約75%，有效地減小了雜散電流對燃?xì)夤艿赖母g。
4 結(jié)論與建議
結(jié)合以上分析，根據(jù)工程實(shí)際情況，對于出入段線與場段分界處（咽喉區(qū)）的單向?qū)ㄑb置，一般方案為場段至正線方向設(shè)置二極管，正線至場段方向設(shè)置晶閘管，雖然可以減少正線對場段的影響，但由于高架區(qū)間鋼軌對地、橋梁對橋墩的絕緣效果較差，仍存在正線雜散電流通過大地，集中由場段回流至對應(yīng)牽引所，過程中所形成的較大雜散電流對附近管線產(chǎn)生腐蝕。
因此，針對附近設(shè)有危化管線的車輛段建議咽喉區(qū)單向?qū)ㄑb置中場段至正線方向、正線至場段方向均采用晶閘管，同時增加傳感器，以保證在車輛通過時晶閘管可靠導(dǎo)通，避免打火現(xiàn)象。相應(yīng)正線道床結(jié)構(gòu)鋼筋與車站、區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋通過絕緣支架、絕緣涂覆或絕緣綁帶進(jìn)行電氣隔離，限制雜散電流的泄漏。
參考文獻(xiàn)
[1] CJJ49-94 地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.
[2] SY/T0017-2006埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).北京：石油工業(yè)出版社，2006.
孟新心
摘 要：基于馬群車輛段既有雜散電流防護(hù)措施，通過對現(xiàn)場燃?xì)夤艿郎蠘O化電位的測試，分析產(chǎn)生雜散電流腐蝕的原因，以防止雜散電流流經(jīng)車輛段，進(jìn)而減少對附近燃?xì)夤艿赖挠绊?，為主要指?dǎo)思路，提出了切實(shí)可行的處理方案，以確保燃?xì)夤艿赖倪\(yùn)行安全。
關(guān)鍵詞：雜散電流防護(hù);單向?qū)ㄑb置;燃?xì)夤艿?極化電位
中圖分類號：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0132-02
近期，港華燃?xì)夤景l(fā)現(xiàn)埋于馬群段滬蓉高速繞城內(nèi)側(cè)綠化帶下方，與南京地鐵二號線工程馬群車輛段平行敷設(shè)的管道，管地電位正向偏移均值大于100mV，且強(qiáng)弱與地鐵運(yùn)行時間有較強(qiáng)相關(guān)性。根據(jù)行業(yè)規(guī)范《SY/T0017-2006埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，當(dāng)管道任意點(diǎn)的管地電位正向偏移均值大于100mV時，必須實(shí)施排流保護(hù)或其他防護(hù)措施。為此，對馬群地鐵站和馬群車輛段進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，將測量數(shù)據(jù)與燃?xì)夤艿罃?shù)據(jù)分析對比，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，提出了加強(qiáng)地鐵雜散電流防護(hù)的建議方案。
1 工程現(xiàn)狀及雜散電流泄漏調(diào)查
1.1 工程現(xiàn)狀
1.1.1 馬群站車站
車站為高架車站，設(shè)置有雜散電流監(jiān)測裝置及排流柜，用于監(jiān)測車站附近雜散電流泄漏情況，并結(jié)合測量數(shù)據(jù)判斷是否采取排流措施。
1.1.2 區(qū)間
地鐵線路與燃?xì)夤艿澜徊嫣帪楦呒軈^(qū)間，軌道按照要求采用絕緣安裝，限制雜散電流的泄漏，道床設(shè)置有雜散電流收集網(wǎng)。
1.1.3 馬群車輛段
在馬群車輛段出入段線與車輛段、庫外與庫內(nèi)分界處設(shè)置有單向?qū)ㄑb置，用來限制被保護(hù)區(qū)段的鋼軌電流方向，從而減少被保護(hù)區(qū)段雜散電流對結(jié)構(gòu)鋼筋及金屬管線的電腐蝕，保證檢修人員的人身安全。
1.2 雜散電流泄漏調(diào)查
經(jīng)現(xiàn)場勘查、調(diào)研發(fā)現(xiàn)馬群車輛段原單向?qū)ㄑb置的工作原理，無法限制車輛段流向正線的雜散電流，導(dǎo)致該雜散電流對燃?xì)夤艿栏g。
2 雜散電流腐蝕分析
2.1 燃?xì)夤艿老鄬ξ恢?/p>
燃?xì)夤艿拦苤睆?00mm，管中心距地面最小2m，最大6m，燃?xì)夤艿牢挥诔鋈攵尉€正線引出點(diǎn)位置下方，此段地鐵線路為高架線路。
2.2 雜散電流腐蝕分析
2.2.1 雜散電流的產(chǎn)生
城市軌道交通采用直流牽引供電，主要由架空的接觸網(wǎng)供電，以走行軌作為負(fù)極回流導(dǎo)體。因此回流軌道中的電流是由高電位流向低電位，即從車輛通過車輪、軌道回到牽引變電所的負(fù)極，車輛所在處為高電位，牽引變電所為低電位，軌道對地有一定的過渡電阻，這樣因電位差和過渡電阻存在，就形成對地的泄漏電流，一些回流電流從鐵軌漏出通過埋設(shè)在軌道附近的金屬管道等回到牽引變電所或其他低電位處，這樣就形成電流回路。電流從土壤流入路軌或埋地管的地方帶有負(fù)電荷為陰極區(qū)，在陰極區(qū)的金屬管道一般不受影響;電流從路軌或管道防腐絕緣層破損處流出，此處管道帶正電，為陽極區(qū)，以鐵離子形式溶入周圍的電解質(zhì)中，從而使陽極區(qū)的金屬管道腐蝕。直接埋在地下的鋼筋、金屬物體更容易受到腐蝕。通常把這一部分從走行軌泄露到大地的電流稱為雜散電流，俗稱迷流。
2.2.2 現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)分析
（1）在原單導(dǎo)柜長期運(yùn)行的設(shè)置定值—晶閘管導(dǎo)通閾值為12V時燃?xì)夤艿罍y量的數(shù)據(jù)曲線圖1所示。（2）為了驗(yàn)證晶閘管導(dǎo)通閾值對雜散電流的影響，將晶閘管閾值設(shè)為70V，次日08：30閾值調(diào)為12V時燃?xì)夤艿罍y量的數(shù)據(jù)曲線圖2所示。（3）在單導(dǎo)柜晶閘管完全退出時燃?xì)夤艿罍y量的數(shù)據(jù)曲線圖3所示。（4）在單導(dǎo)柜接線斷開，次日5點(diǎn)恢復(fù)時燃?xì)夤艿罍y量的數(shù)據(jù)曲線圖4所示。（5）測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。
極化電位測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如表1所示。
綜合上表燃?xì)夤艿罃?shù)據(jù)，通過提高晶閘管的動作電壓值能夠減小晶閘管導(dǎo)通頻率，雜散電流雖有所減小，但依然不符合燃?xì)夤艿罉?biāo)準(zhǔn)《SY/T0017-2006埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的要求，即管道任意點(diǎn)上管地電位較自然電位正向偏移小于100mV。而斷開單導(dǎo)柜接線，雜散電流有了明顯的減小，并完全符合燃?xì)夤艿罉?biāo)準(zhǔn)。
由此可判斷，由車輛段流向正線的電流是燃?xì)夤艿朗艿诫s散電流影響的主要因素，由正線流向車輛段的電流是次要因素。由于目前車輛段到正線方向使用二極管，且一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，所以車輛段有持續(xù)的較大電流流向正線，產(chǎn)生對附近燃?xì)夤艿栏g的雜散電流。
3 雜散電流腐蝕處理
3.1 雜散電流泄漏路徑分析
（1）單向?qū)ㄑb置二極管回路、消弧回路等各回路工作正常。當(dāng)絕緣節(jié)兩端電位差大于消弧裝置啟動值后，正線電流方可通過回流軌流向車輛段，此措施減少了運(yùn)營時正線電流流入車輛段造成雜散電流的泄漏。（2）燃?xì)夤艿赖碾s散電流主要由車輛段軌道流向正線軌道的電流所導(dǎo)致。控制二極管的導(dǎo)通，可減少車輛段流向正線的電流引起的雜散電流泄漏。（3）雜散電流路徑初步分析為：正線雜散電流經(jīng)由大地，再由車輛段處大地流至車輛段軌道，最后通過軌道流回至對應(yīng)正線牽引所。
3.2 主要原因分析
（1）高架區(qū)間鋼軌絕緣由于長時間暴露在外，絕緣水平降低，鋼軌泄漏電阻減小，正線雜散電流泄漏增大。（2）車輛段庫外線路暴露于自然環(huán)境中，粉塵、雨雪、霜凍對其軌地間的泄漏電阻影響很大，導(dǎo)致碎石道床的絕緣降低。（3）車輛段與正線絕緣節(jié)兩側(cè)存在較大電位差，設(shè)置的單向?qū)ㄑb置車輛段至正線方向采用二極管，無法限制車輛段流向正線的電流。
3.3 限制雜散電流泄漏建議方案
（1）將二極管優(yōu)化為晶閘管，控制車輛段至正線方向的導(dǎo)通。在無列車進(jìn)出車輛段時，將正向晶閘管關(guān)斷，隔斷此方向的電流通路，可大幅改善燃?xì)夤艿赖碾s散電流。（2）正向、反向晶閘管在無列車通過時，閥值設(shè)置為高于絕緣節(jié)兩端大部分電位差，使得晶閘管基本處于關(guān)斷狀態(tài)。（3）單向?qū)ㄑb置兩側(cè)各設(shè)置一套傳感器，以判斷是否有列車通過，解決列車通過時打火問題。
3.4 單向?qū)ㄑb置優(yōu)化方案后測量數(shù)據(jù)
優(yōu)化后單向?qū)ㄑb置正常運(yùn)行時燃?xì)夤艿罍y量的數(shù)據(jù)曲線圖5所示。通過以上數(shù)據(jù)可知，采用優(yōu)化后單向?qū)ㄑb置時，燃?xì)夤艿赖臉O化電位出現(xiàn)大幅度降低，基本處于50mV水平，極化電位平均值較優(yōu)化前下降約75%，有效地減小了雜散電流對燃?xì)夤艿赖母g。
4 結(jié)論與建議
結(jié)合以上分析，根據(jù)工程實(shí)際情況，對于出入段線與場段分界處（咽喉區(qū)）的單向?qū)ㄑb置，一般方案為場段至正線方向設(shè)置二極管，正線至場段方向設(shè)置晶閘管，雖然可以減少正線對場段的影響，但由于高架區(qū)間鋼軌對地、橋梁對橋墩的絕緣效果較差，仍存在正線雜散電流通過大地，集中由場段回流至對應(yīng)牽引所，過程中所形成的較大雜散電流對附近管線產(chǎn)生腐蝕。
因此，針對附近設(shè)有危化管線的車輛段建議咽喉區(qū)單向?qū)ㄑb置中場段至正線方向、正線至場段方向均采用晶閘管，同時增加傳感器，以保證在車輛通過時晶閘管可靠導(dǎo)通，避免打火現(xiàn)象。相應(yīng)正線道床結(jié)構(gòu)鋼筋與車站、區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)鋼筋通過絕緣支架、絕緣涂覆或絕緣綁帶進(jìn)行電氣隔離，限制雜散電流的泄漏。
參考文獻(xiàn)
[1] CJJ49-94 地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.
[2] SY/T0017-2006埋地鋼質(zhì)管道直流排流保護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).北京：石油工業(yè)出版社，2006.
