雜散電流從走形軌漏出后,經(jīng)過地鐵的道床流入大地,然后從大地流回鋼軌回流點(diǎn)。若地鐵附近有導(dǎo)電性能較好的埋地金屬管線(如自來水管、煤氣管道、電纜等),則有一部分雜散電流選擇電阻率較低的埋地金屬管線作為流通路徑,在變電所附近從金屬管線中流出流回變電所。對(duì)于走形軌雜散電流是在遠(yuǎn)離變電所的地方流出,對(duì)于埋地金屬管線雜散電流是從變電所附近的部位流出,由于土壤或其它介質(zhì)的作用,金屬體有電流流出的部位發(fā)生電解,使金屬體遭受電化學(xué)腐蝕。這種電化學(xué)反應(yīng)易腐蝕地鐵鋼軌、地鐵主體結(jié)構(gòu)鋼筋、地鐵線路附近的埋地金屬管線,減少埋地管線使用壽命,降低地鐵主體結(jié)構(gòu)的耐久性和強(qiáng)度,有時(shí)甚至造成災(zāi)難性的事故。鋼軌埋設(shè)在地表面,易于發(fā)現(xiàn)損壞狀況,且便于更換,所以雜散電流腐蝕對(duì)其的危害不是很大;但由于地鐵主體結(jié)構(gòu)鋼筋和埋地金屬管線埋設(shè)在地下,其腐蝕情況不易察覺,所以雜散電流腐蝕對(duì)地鐵主體結(jié)構(gòu)鋼筋和埋地金屬管線的腐蝕危害是很大的。例如從20世紀(jì)70年代開始運(yùn)行的北京地鐵一期工程的主體機(jī)構(gòu)中的鋼筋已發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)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;在一些地鐵運(yùn)行 歷史 較長(zhǎng)的 發(fā)達(dá)國(guó)家,雜散電流腐蝕同樣嚴(yán)重,如英國(guó)曾發(fā)生過因?yàn)殡s散電流腐蝕而發(fā)生的鋼筋混泥土塌方事故�？梢�,尋求減少雜散電流腐蝕危害的方法是非常重要的。目前又是我國(guó)建設(shè)地鐵的高潮時(shí)期,因此全面考慮雜散電腐蝕 問題 ,設(shè)計(jì)合理的雜散電流防護(hù)方案具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。
下面我將從電的角度來解讀行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》關(guān)于第四章 “地鐵雜散電流值的限制”的內(nèi)容。
第一節(jié)地鐵牽引供電系統(tǒng)
第4.1.1條在采用走行軌回流的直流牽引供電系統(tǒng)中接觸網(wǎng)應(yīng)與牽引變電站的正母線相連接回流走行軌應(yīng)與負(fù)母線連接。
解讀：為保護(hù)金屬導(dǎo)體而采取的直接將排流網(wǎng)導(dǎo)體與軌道短接來排放電流到負(fù)母線，稱之為“排流”。實(shí)際運(yùn)行顯示排流量的大小對(duì)地鐵系統(tǒng)有著直接的影響，因此工程上采用的排流法是在牽引變電所回流點(diǎn)處將走行軌與負(fù)母線之間相連并加設(shè)排流裝置，排流量控制在一定范圍內(nèi)，使得雜散電流盡可能完全流回牽引變電所負(fù)極。
第4.1.2條新建地鐵線路的牽引供電系統(tǒng)宜選用較高的牽引電壓和分布式的牽引供電方案應(yīng)縮短直流牽引饋電距離。
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解讀：雜散電流與列車到牽引變電所距離的平方成正比，牽引變電所之間的距離越長(zhǎng)，雜散電流越大。在滿足供電負(fù)荷、供電質(zhì)量等前提下，可以適當(dāng)調(diào)整牽引變電所的數(shù)量和位置，盡量使?fàn)恳冸娝鶆虿贾谩?/SPAN> |
第4.1.3條在正常運(yùn)行情況下地鐵接觸網(wǎng)應(yīng)實(shí)行雙邊供
電饋電區(qū)間兩側(cè)牽引變電站直流母線上的空載電壓值應(yīng)保持一致不應(yīng)出現(xiàn)越區(qū)供電現(xiàn)象。
從以上經(jīng)驗(yàn)公式不難發(fā)現(xiàn)，雜散電流與列車牽引電流I、走行軌縱向電阻R、走行軌對(duì)地過渡電阻R、牽引變電所與列車之間距離L有直接關(guān)系。從影響雜散電流的這些源頭出發(fā)進(jìn)行防護(hù)控制，稱謂源控法。
第4.1.4條不得從一個(gè)牽引變電站向不同的地鐵線路實(shí)行
牽引供電。
解讀：出于對(duì)供電質(zhì)量和供電穩(wěn)定性的考慮。
第4.1.6條地鐵結(jié)構(gòu)鋼筋自來水管及電纜金屬外鎧裝等金屬管線結(jié)構(gòu)與回流走行軌和電源負(fù)極間不應(yīng)有直接的電氣連接。
可經(jīng)過論證設(shè)置極性排流防護(hù)系統(tǒng)。
解讀：雜散電流由混凝土進(jìn)入結(jié)構(gòu)鋼筋的地方鋼筋呈陰極，如果陰極析氫并且氫氣不能從混凝土內(nèi)逸出，就會(huì)形成靜壓力，使結(jié)構(gòu)鋼筋與混凝土分離。如果混凝土中有鈉或鉀的化合物，則電流的通過會(huì)在結(jié)構(gòu)鋼筋與混凝土的交界面處產(chǎn)生可溶的堿式硅酸鹽或鋁酸鹽，使結(jié)合強(qiáng)度降低。另外，腐蝕產(chǎn)物的體積比原來鐵的體積大3~4倍，鋼筋周圍的混凝土受擠壓，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的破壞。
第4.1.8條地鐵車輛段中的牽引供電網(wǎng)，應(yīng)具有來自本段牽引變電站的主電源及來自正線的備用牽引電源。在兩電源的接合處接觸網(wǎng)和回流軌應(yīng)分別實(shí)現(xiàn)電氣分?jǐn)嗖⒎謩e裝設(shè)相應(yīng)的斷路器與隔離開關(guān)兩者應(yīng)能實(shí)現(xiàn)同步操作。
解讀：設(shè)置備用牽引電源是為了在主電源因故障退出運(yùn)行后通過備用電源能繼續(xù)可靠持續(xù)地進(jìn)行供電。而加裝斷路器則是在故障時(shí)保護(hù)設(shè)備和電路，使用隔離開關(guān)在分段時(shí)不會(huì)產(chǎn)生大電弧。
第二節(jié)地鐵走行軌回流系統(tǒng)
第4.2.1條 兼用作回流的地鐵走行軌與隧洞主體結(jié)構(gòu)（或大地）之間的過渡電阻值（按閉塞區(qū)間分段進(jìn)行測(cè)量并換算為1km長(zhǎng)度的電阻值），對(duì)于新建線路不應(yīng)小于15Ω·km，對(duì)于運(yùn)行線路不應(yīng)小于3Ω·km。
解讀：過渡電阻的大小由走行軌對(duì)地電位和走行軌對(duì)地電阻決定，走行軌對(duì)地過渡電阻越大，雜散電流越小。
第4.2.2條 木質(zhì)軌枕必須先用絕緣防腐劑進(jìn)行防腐處理。 枕木的端面和螺紋道釘孔，必須經(jīng)過絕緣處理，或設(shè)置專門的絕緣層。螺紋道釘孔不應(yīng)貫通。軌底部與道床之間的間隙值不得小于30mm。
解讀：該項(xiàng)措施可以看成是加大走行軌的對(duì)地絕緣�？梢缘刃С稍龃笞咝熊墝�(duì)地電阻。
第4.2.4條走行軌回路中的扼流變壓器、道岔等與線路的路基，路面混凝土及主體結(jié)構(gòu)之間，應(yīng)具有良好的絕緣。道岔轉(zhuǎn)撤裝置控制電纜的金屬外鎧裝與道岔本體之間亦應(yīng)具有良好絕緣。
扼流變壓器的塑料連接電纜、股道間均流線用塑料電纜的絕緣要求，應(yīng)與負(fù)回流電纜相同。
解讀:加大走行軌的對(duì)地絕緣。
第4.2.6條地鐵隧洞內(nèi)及沿線的各種金屬設(shè)施和設(shè)備、臨時(shí)存放洞內(nèi)的鋼 軌、備用材料及設(shè)備等與走行軌之間不得有金屬連接。
解讀：盡量增強(qiáng)走行軌對(duì)地及對(duì)其他鄰近的金屬器件、金屬管線絕緣，消除可能出現(xiàn)的雜散電流回路，防止雜散電流向外擴(kuò)散，腐蝕金屬構(gòu)筑物、走行軌等。所以對(duì)于可能與走行軌構(gòu)成雜散電流回路的構(gòu)建必須嚴(yán)密防范。
第4.2.7條位于鋼軌下面的道床素混凝土層的厚度，不宜小于0.4m。
解讀:合理設(shè)置道床混凝土。為有效防止雜散電流對(duì)主體結(jié)構(gòu)鋼筋進(jìn)行腐蝕，雜散電流道床收集網(wǎng)鋼筋與走行軌之前需要進(jìn)行絕緣處理，混凝土層需要一定的厚度。
第4.2.8條地鐵線路的結(jié)構(gòu)，應(yīng)能保證道床、線路上部建筑及軌道不受水流和積水的浸蝕，不污染。隧洞結(jié)構(gòu)不得漏水和積水，且應(yīng)具有良好的排水系統(tǒng)。嚴(yán)禁采用直排廢水入隧洞的設(shè)計(jì)與運(yùn)行方式。
解讀：保證道床、線路上部建筑及軌道的干燥，是為了避免上述設(shè)備因?yàn)槭艹睂?dǎo)致對(duì)地絕緣水平下降，從而引起雜散電流增大。
第4.2.9條回流走行軌應(yīng)焊接成長(zhǎng)鋼軌，其連接質(zhì)量應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，且能滿足相應(yīng)等級(jí)鋼軌縱向電阻值的要求。
解讀：減少鋼軌阻抗的有效辦法是采用長(zhǎng)鋼軌,鋼軌越長(zhǎng),鋼軌接頭就越少,鋼軌的阻抗也就越小。
第4.2.10條地鐵線路中的道岔與撤岔的連接部位應(yīng)設(shè)置銅引連接線，其截面面積不應(yīng)小于120，銅引線與鋼軌之間應(yīng)焊接，接頭電阻不應(yīng)超過1m長(zhǎng)完整軌道的電阻值
解讀：所以，電纜與鋼軌的連接方式應(yīng)保證接頭處的接觸電阻處于規(guī)范要求的范圍內(nèi)，從而降低鋼軌電位。
第4.2.14條地鐵走行軌的下述部位，應(yīng)實(shí)現(xiàn)電氣隔離。
一、所有的電氣化與非電氣化區(qū)段之間；
二、地鐵的運(yùn)行線路與正在建設(shè)的線路區(qū)段之間；
三、地鐵與地面鐵道線路之間；
四、盡頭線每條軌道的車檔裝置與電氣化軌道之間。
心得體會(huì)：對(duì)地鐵區(qū)間雜散電流防護(hù)而言，由于選擇排流法成本低、工作可靠，應(yīng)優(yōu)先采用。排流法可以對(duì)需要保護(hù)的金屬導(dǎo)體提供可靠保護(hù)，但需要注意的是，排流法也有缺點(diǎn)。首先，被保護(hù)的陽極區(qū)與鋼軌(負(fù)饋線)連接之后，實(shí)質(zhì)上減小了原雜散電流路徑的電阻，。因而使雜散電流增大，這無疑會(huì)使臨近未采取保護(hù)措施的地下金屬埋設(shè)物受到更強(qiáng)的腐蝕。
地鐵雜散電流腐蝕的防護(hù)，是地鐵設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)中必須考慮的問題，而雜散電流的腐蝕是一個(gè)長(zhǎng)期積累的結(jié)果，給研究工作帶來一定難度。在地鐵工程建設(shè)中，應(yīng)把地鐵雜散電流防護(hù)系統(tǒng)盡可能做到完善，減少雜散電流的產(chǎn)生及限制雜散電流的擴(kuò)散。在運(yùn)營(yíng)維護(hù)中，按照設(shè)置的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方案，定期測(cè)試及維護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)處理。盡管地鐵雜散電流的腐蝕性大，但只要采取科學(xué)合理的措施，一定能有效地降低雜散電流腐蝕的損失，防止危及地鐵主體結(jié)構(gòu)及管線結(jié)構(gòu)，確保地鐵長(zhǎng)期運(yùn)行使用的安全。
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