【文章內(nèi)容簡介】 離其自 然電位的數(shù)值來表示的。對于鋼筋混凝土中的地鐵主體結(jié)構(gòu)鋼筋，上述極化電壓的正向偏移平均值不應(yīng)超過 O． 5V。 直接埋設(shè)在土壤中的金屬外鎧裝電纜，受雜散電流腐蝕的危險電壓不應(yīng)大于表2． 2 所列數(shù)值。 表 2． 2 電纜金屬外鎧裝危險電壓 危險電壓（ V） 土壤電阻率 /Ω .m 鐵接地電極 硫酸銅測量參比電極 0 ＜ 100 100500 5001000 ＞ 1000 地鐵雜散電流腐蝕的危害 雜散電流會引起地鐵設(shè)施、地鐵附近的鋼筋混 凝土結(jié)構(gòu)物以及埋地管線發(fā)生腐蝕，造成嚴(yán)重后果，主要表現(xiàn)在以下幾個方面： (1)鋼軌及其附件的腐蝕 在列車下部，列車處于陽極區(qū)，容易發(fā)生腐蝕。文獻(xiàn) [12]表明，鋼軌的雜散電流腐蝕在隧道內(nèi)及道岔等部位尤為顯著。道釘也有雜散電流腐蝕現(xiàn)象，從地上難以發(fā)現(xiàn)。 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 15 (2)鋼筋混凝土金屬結(jié)構(gòu)物的腐蝕 雜散電流通過混凝土?xí)r對混凝土本身并不產(chǎn)生影響。但若有鋼筋存在，則鋼筋起匯集電流的作用并把電流引導(dǎo)到排流點(diǎn)處。在雜散電流由混凝土進(jìn)入鋼筋之處，鋼筋呈陰極。若陰極析氫且氫氣不能從混凝土內(nèi)逸出，就會形成等靜壓力，使鋼筋與混凝土脫開 。在電流離丌鋼筋返回混凝土的部位，鋼筋呈陽極并發(fā)生腐蝕。腐蝕產(chǎn)物在陽極處的堆積會以機(jī)械作用排擠混凝土而使之開裂。若結(jié)構(gòu)物中的鋼筋與鋼軌有電接觸，更易受到雜散電流腐蝕。地鐵運(yùn)營一段時間后，要對由于雜散電流腐蝕鋼筋而發(fā)生破壞的混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修和更換將是十分困難的。 (3)埋地管線的腐蝕 雜散電流對埋地管線也會產(chǎn)生電流腐蝕。在設(shè)計(jì)和建造地鐵時不考慮此問題會產(chǎn)生及其嚴(yán)重的后果。地鐵系統(tǒng)內(nèi)的埋地管線主要有自來水管線、石油管線、蒸汽管線、煤氣管線等公共事業(yè)管線以及各種電纜管線等。據(jù)調(diào)查，這些管線不同程度的存在雜 散電流腐蝕問題，有些鐵管數(shù)年內(nèi)甚至數(shù)月內(nèi)即發(fā)生點(diǎn)腐。 (4)異常腐蝕 在把線路引入修理庫、交檢庫及運(yùn)轉(zhuǎn)庫等建筑物時，如絕緣施工不良，可使鋼軌與建筑物發(fā)生某種程度的電連接，從而使泄露電流增大，產(chǎn)生異常激烈的雜散電流腐蝕。 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 16 從源頭上控制雜散電流的產(chǎn)生 降低回流回路的阻值 鋼軌本身具有電阻 ,當(dāng)電流流過鋼軌時在電阻上就產(chǎn)生電位差 ,因鋼軌對地絕緣電阻不可能是無窮大 ,故產(chǎn)生有電位差和產(chǎn)生雜散電流。所以要降低雜散電流的數(shù)量就要減小鋼軌壓降 ,降低鋼軌壓降的方法有如下幾點(diǎn) : ① 增加走形軌的長度 ,減小鋼軌的電阻 :地鐵列車走行鋼軌同時作為牽引列車回流用 ,因此鋼軌阻抗越小 ,從鋼軌向外流失的雜散電流也越小 ,減少鋼軌阻抗的有效辦法是采用長鋼軌 ,鋼軌越長 ,鋼軌接頭就越少 ,鋼軌的阻抗也就越小。 ② 各鋼軌之間應(yīng)有暢通的電氣連接以保證低阻值的回流路徑。 ③ 縮短變電所之間的距離 ,采用雙邊供電 :從雜散電流的估算公式來看 ,雜散電流與供電距離的平方成正比 ,所以縮短供電距離是減少雜散電流數(shù)量非常有效的方法。 增加雜散電流流通路徑的電阻 增加雜散電流流通路徑的電阻具體的有 2 點(diǎn)措 施 : ① 增加軌道對地的過渡電阻 :木質(zhì)軌枕、枕木的端面和道釘必須經(jīng)過絕緣處理或設(shè)置專門的絕緣層 ,軌道和接地回路之間應(yīng)具有良好的絕緣 ,走行鋼軌采用點(diǎn)支承等。增加雜散電流泄漏路徑電阻的另一個方法是地鐵系統(tǒng)采用不接地或二極管接地策略。 ② 在車輛段的檢修與停車庫中 ,每一條線路的走形軌均應(yīng)使用絕緣接頭與車場線路的走形軌相隔離。 增加埋地金屬管線的阻值 敷設(shè)在地鐵沿線的電力、通訊及控制測量電纜 ,應(yīng)采用防水絕緣護(hù)套的雙塑絕緣墊層 。地鐵中各種電纜 ,在隧洞中的電纜、水管等金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)以絕緣方式敷設(shè) 。所有通向隧洞外 的管線 ,必須裝有絕緣接頭或絕緣法蘭。 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 17 排流保護(hù)措施 所謂排流法就是將金屬結(jié)構(gòu)中的雜散電流人為地使之直接回流到鋼軌或變電所負(fù)極 ,其連接導(dǎo)線稱為排流線。排流法又可分為直接排流法、極性排流法、強(qiáng)制排流法 3 種。其中極性排流法方法在地鐵系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛有效。雖然極性排流在防止雜散電流腐蝕上起到了很好的效果 ,但是排流也會帶來一些副作用。其一是排流會使雜散電流的數(shù)量增加 ,這使那些沒有接排流設(shè)備的結(jié)構(gòu)物的腐蝕加劇。Ｐｉｇｎａ ｔｅｌｌｉｐ詳細(xì)考察了美國費(fèi)城內(nèi)地鐵雜散電流對地下公共設(shè)施的 影響 時發(fā)現(xiàn)排流引起了嚴(yán) 重的干擾 ,拆除若干排流接頭后 ,反而使大地雜散電流減少 2020Ａ。 其二使鋼軌電位升高 ,其電位有可能超過容許安全電壓 (規(guī)定為 65Ｖ )。 其三排流量過大還會帶來如下的危害 :當(dāng)一氯化亞汞電極為基準(zhǔn) ,埋地管道的對地電位低于 ,埋地管道的保護(hù)曾被破壞的危險增大。當(dāng)?shù)刂泻宣}份時 ,鉛不僅在陽極區(qū)受到腐蝕 ,而且在陰極區(qū)也受到腐蝕。當(dāng)排流量過大時 ,鉛皮電位變的更低 ,這種腐蝕會加劇。 其他雜散電流防護(hù)方法 陰極保護(hù) :陰極保護(hù)是指向金屬結(jié)構(gòu)物提供電流 ,有外加電源法和犧牲陽極法 。陽極保護(hù)法 :即使被保護(hù)物的 電位提高到鈍態(tài)電位 ,從而阻止雜散電流腐蝕。青木敏雄發(fā)明了一種裝置 ,控制鋼軌電壓恒定 ,切斷雜散電流產(chǎn)生的源頭 ,使雜散電流減至最小。這種設(shè)備把其所在鋼軌對地電壓疊加到鋼軌上 ,使鋼軌上各處電壓相同 ,從而消除鋼軌電位差。 三木邦敏發(fā)明的是利用向埋地電極施加支流電流的方法來吸收雜散電流 ,從而達(dá)到減輕雜散電流腐蝕危害的目的。易友祥等提出了一種可以對雜散電流進(jìn)行自動跟蹤補(bǔ)償 ,目的是減少雜散電流數(shù)量的積極的防護(hù)方案。 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 18 雜散電流的監(jiān)測 為了地鐵牽引回流泄漏的情況和地下金屬結(jié)構(gòu)受雜散電流腐蝕的程度 ,必須進(jìn)行專門的測 量工作。地鐵結(jié)構(gòu)與設(shè)備受雜散電流腐蝕的危險性指標(biāo) ,應(yīng)由結(jié)構(gòu)表面向周圍電解質(zhì)漏泄的電流密度和由此引起的電位極化偏移來確定。由于電流密度難以直接測量 ,所以一般是通過測量腐蝕危險性的間接指標(biāo)即由雜散電流引起的結(jié)構(gòu)的電位極化偏移值來判斷設(shè)備受雜散電流腐蝕的情況。所需監(jiān)測的參數(shù)有軌道電壓、地下金屬結(jié)構(gòu)的極化電位、軌道過渡電阻和軌道縱向電阻等。 雜散電流測量點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在地鐵沿線的車站站臺的兩側(cè)進(jìn)出站信號附近、每一個回流點(diǎn)處及需要進(jìn)行測試的走形軌分?jǐn)帱c(diǎn)處、地鐵橋梁兩段、地鐵的盡頭線和線路與車輛段的連接坡道處 ,并定期對監(jiān)測點(diǎn) 進(jìn)行檢查維護(hù)?？赏ㄟ^傳感器將各測量點(diǎn)所采集的參比電極對結(jié)構(gòu)鋼筋及軌道對結(jié)構(gòu)鋼筋的電壓的模擬量及時轉(zhuǎn)化為數(shù)字量 ,再由安裝在牽引變電所控制室內(nèi)的監(jiān)測裝置傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ,以供操作人員隨時查詢。 上海地鐵、深圳地鐵雜散電流防護(hù)分析 上海明珠線雜散電流防護(hù)系統(tǒng) 為防止雜散電流的干擾 ,上海明珠線采取的主要措施是建立暢通的牽引負(fù)極回路、回流軌采用絕緣墊、對地鐵的各種管線及設(shè)備采取絕緣措施、利用整體道床內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋構(gòu)成雜散電流收集網(wǎng)。上海明珠線的監(jiān)測系統(tǒng)是由雜散電流收集網(wǎng)測量端子、埋置式參比電 極、測量信號電纜、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱以及微機(jī)監(jiān)測裝置構(gòu)成。每個車站有 3對測量端子 ,分別與地鐵沿線測量端子和參比電極連接后經(jīng)過電流排架引到變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱。微機(jī)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換箱連接 ,對各監(jiān)測點(diǎn)的電位進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。 深圳地鐵的雜散電流防護(hù)系統(tǒng) 深圳地鐵雜散電流防護(hù)系統(tǒng)的防護(hù)原則是 “ 以堵為主 ,以排為輔 ,防排結(jié)合 ,加強(qiáng)監(jiān)測 ” 。堵的措施有鋼軌下加絕緣墊、使用絕緣扣件、枕軌下加絕緣墊、道岔處加強(qiáng)絕緣等。排流的措施是將每個道床結(jié)構(gòu)段內(nèi)部的縱向鋼筋搭接處以焊接方式焊接 ,形成可靠電氣連接 ,形成主要的雜散電流收集網(wǎng) 。同時將隧道結(jié)構(gòu)鋼筋實(shí)現(xiàn)可靠湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 19 焊接 ,形成輔助雜散電流收集網(wǎng) 。車輛段引入線與正線間、停車庫內(nèi)鋼軌與庫外鋼軌間設(shè)單向?qū)ㄔO(shè)備。深圳地鐵雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)是由 參考 電極、整體道床測量端子、車站隧道測量端子、信號電纜、信號測量端子箱、信號盒及微機(jī)綜合測試裝置構(gòu)成。 地鐵雜散電流的分析 地鐵雜散電流會對地下金屬結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的腐蝕，為了減小雜散電流的泄漏，必須進(jìn)行排流，然而排流前后相關(guān)運(yùn)行參數(shù)會發(fā)生什么樣變化呢 ?研究地鐵雜散電流分布特性，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行相關(guān)分析是非常必要的。由于地質(zhì)條件不同，軌道對地 的過渡電阻和土壤電阻也是不同的，鑒于許多因素的不確定性，嚴(yán)格意義上的地鐵雜散電流泄露的理論公式是很難推導(dǎo)的，即使進(jìn)行了復(fù)雜的推導(dǎo)計(jì)算，最終結(jié)果的精度也不可能很高。為簡化所研究的問題，而同時不會給所要解決的問題帶來明顯的誤差，我們采取理想的假定條件來推導(dǎo)確定軌道的電位與電流以及雜散電流的分布，然后再根據(jù)求得的各個參數(shù)的分布圖來分析地鐵雜散電流的分布情況，為地鐵雜散電流腐蝕的監(jiān)測和防護(hù)提供理論依據(jù)。 為了簡化模型，取供電臂長約 1— 3km 的直線區(qū)間，區(qū)間中只有一臺牽引機(jī)車在運(yùn)行，且鐵路沿線道床均勻敷設(shè)排流 網(wǎng)，建立這一系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。為了便于分析，我們做出如下的假設(shè)： 1)過渡電阻在軌道和排流網(wǎng)問均勻分布； 2)軌道電阻沿線均勻分布； 3)雜散電流全部被排流網(wǎng)收集起來。 3． 雜散電流分布數(shù)學(xué)模型 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 20 圖 31單邊供電模式軌道一排流網(wǎng)一大地電阻分布示意圖 設(shè)為軌道對排流網(wǎng)的過渡電阻，Ω㎞； sR 為走行軌的電阻，Ω /㎞； R 為排流網(wǎng)縱向電阻，Ω㎞； ??xu 為走行軌在 x處的電壓， V； ??xi 為走行軌 在 X處的的電流， A： ??xiR 為在 x處的軌道泄漏的雜散電流， A； x為距變電所的距離，㎞；L為列車距變電所的距離， km； I為列車取流電流， A。 圖 3． 2軌道電壓及電流分布原 理圖 通過前面的論述，我們已經(jīng)看到了雜散電流危害的嚴(yán)重性。那么如何減少和降低雜散電流對我們的軌道交通系統(tǒng)以及臨近線路的其它金屬構(gòu)件的危害呢？ 雜散電流的大小與走行軌的單位電阻成正比；與走行軌對地的過渡電阻成反比；與軌道的長度的平方成正比。從前面的分析也可以看出，雜散電流是途經(jīng)走行軌 —鐵墊板 —固定螺栓道釘 —進(jìn)入道床以及相關(guān)金屬構(gòu)件的。在此回路中將會形成若干湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 21 陽極區(qū)域，從而導(dǎo)致部分金屬的腐蝕，此中腐蝕危害的嚴(yán)重點(diǎn)均是由于局部腐蝕引起的，這包括走行軌、螺栓道釘以及局部的金屬構(gòu)件。為了更好的實(shí)施雜散電流防護(hù)，首先在設(shè) 計(jì)階段，在滿足整個系統(tǒng)的要求的同時，應(yīng)盡可能考慮減小雜散電流的可能，如盡可能的延長牽引變電所間距，采用合理的方式增大對地過渡電阻等；其次在系統(tǒng)的建設(shè)過程中，應(yīng)針對軌道絕緣實(shí)施嚴(yán)格的施工和質(zhì)量控制，使得新建系統(tǒng)的走行軌對地過渡電阻滿足《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的不小于 的要求；再次在系統(tǒng)的運(yùn)營過程中，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)營的檢測和維護(hù)，保持系統(tǒng)的清潔和干燥，及時更換老化失效的減震絕緣墊板，以保證軌道的絕緣水平，使得運(yùn)營系統(tǒng)的走行軌對地過渡電阻滿足《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的不小于 的要求，從而在根本上減少雜散電流的危害。 目前雜散電流的防護(hù)已被人們所熟悉，并日益 受 到人們的重視 。我們 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。 雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)組成 由圖 31 可知，檢測系統(tǒng)主要是由上位機(jī)系統(tǒng)和自動監(jiān)測裝置兩部分組成。自動監(jiān)測裝置是以 ARM7 處理器為核心的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，完成模擬量、開關(guān)量的采集和存儲。如參比電極的本體電位、結(jié)構(gòu)鋼的極化電位等，并對它們在液晶屏幕上進(jìn)行實(shí)時顯示 。當(dāng)檢測到結(jié)構(gòu)鋼極化電位超標(biāo)、鋼軌電壓超標(biāo)或接近 CJJ4992規(guī)定時，進(jìn)行超標(biāo)報(bào) 警 。同時根據(jù)結(jié)構(gòu)鋼筋極化電壓的情況，輸出控制量向智能排流柜發(fā)布控制命令，啟動排流柜進(jìn)行排流。上位機(jī)主要功能是通過 USB 接口與自動監(jiān)測裝置相連，通過系統(tǒng)軟件可實(shí)時顯示各種信息，可方便查詢歷史數(shù)據(jù)和故障記錄，同時達(dá)到遠(yuǎn)程修改自動監(jiān)測裝置的系統(tǒng)時間等功能。 湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣系畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 22 圖 31 系統(tǒng)組成框圖 3.. 設(shè)置雜散電流監(jiān)測系統(tǒng) 設(shè)計(jì)完整的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測雜散電流的大小 ,可為運(yùn)行維護(hù)和防止雜散電流提供數(shù)據(jù)依據(jù)。 電化學(xué)中的電位分析法是現(xiàn)階段雜散電流測量的原理。選取電位恒定的、提供測量電位標(biāo)準(zhǔn)的參比電極作為基本電位 ,以測量結(jié)構(gòu)鋼筋、排流銅排、鋼軌等的電位大小 ,來衡量軌道交通中雜散電流的多少。 雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)由參比電極、軌道電位測試端子、排流網(wǎng)測試端子、主體結(jié)構(gòu)鋼筋測試端子、電位測量箱以及雜散電流綜合測試裝置構(gòu)成 (見圖 4)。目前 ,上海市軌道交通雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)中 ,多采用ＤＱＵ 350 型系列ＣＵ ＣＵＳＯ 4 電極作 為參比電極 ,測量時通過數(shù)據(jù)采集儀收集數(shù)據(jù)。它接收來自電位測量箱的測量電位的信號 ,進(jìn)行記錄并保存 ,可以與計(jì)算機(jī)聯(lián)接同步監(jiān)測記錄 ,對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后若發(fā) 現(xiàn) 異常 ,則發(fā)出報(bào)警信號。此法便于對雜散電流的情況進(jìn)行掌握 ,并及時做 出處理 ,保護(hù)軌道建設(shè)工程。 雜散電流的監(jiān)測 雜散電流的監(jiān)測可是