论城市轨道交通杂散电流的防护

隽永杰

（徐州地铁运营有限公司  江苏徐州  221000）

摘要：杂散电流作为影响轨道交通正常运营的关键，如果不进行有效的防护与处理，不仅会影响车站、道床等建筑结构，导致安全事故发生，还会造成轨电位异常，给行车和乘车安全带来威胁。因此，如何更好的做好杂散电流的防护，已经成为摆在建设与运营单位面前亟需解决的问题。本文首先探讨了杂散电流的概念、特点、分布规律，产生机理及危害性，并对源控法、排流法及监测技术在城市轨道交通杂散电流防护中的应用进行研究与分析，为城市轨道交通杂散电流的防护提供资料参考。

关键词：轨道交通；杂散电流；危害性；防护策略

一、杂散电流概念、特点及分布规律

1.以走行轨回流的直流牵引供电系统，由于走行轨不能与道床结构完全绝缘，钢轨不可避免的向道床及其他结构泄漏电流，这种电流就是杂散电流。杂散电流对土建结构钢筋、设备金属外壳及其他地下金属管线产生的电化学腐蚀，即杂散电流腐蚀。

2.腐蚀特点：腐蚀集中于局部位置；有防腐层时，集中于防腐层缺陷部位。

3双边供电下杂散电流分布规律

牵引变电所负极附近的轨道电位为负的最大值，此处杂散电流从埋地金属结构流出，埋地金属结构为阳极，受杂散电流腐蚀最严重。列车下部走行轨为正的最大值，杂散电流从走行轨流出，走行轨为阳极，埋地金属为阴极，此处走行轨受杂散电流腐蚀最严重。

牵引电流越大，走行轨对地电位越高，杂散电流也越大。

牵引变电所之的距离增加，在牵引电流不变的情况下，走行轨对地电位和杂散电流也随之增加。

④轨地过渡电阻越小，杂散电流强度越大，过渡电阻越大，杂散电流强度越小。

⑤走行轨纵向电阻增加，走行轨纵向电位成比例增加，走行轨对地电位增加，杂散电流也增加。

⑥埋地金属结构的纵向电阻对走行轨电位和杂散电流的影响较小。

二、杂散电流的产生机理及危害性分析

1.产生机理

直流牵引的列车是通过架空的接触网和铁轨接触供电的，在这一供电体系内，由于车轮下部铁轨与大地或道床的绝缘电阻不可能无限大，因而在列车运行时牵引电流无法全部沿着轨道回到负极，这意味着部分电流泄露到道床和大地中，从而出现大量不规则的电流，这部分电流被成为杂散电流。

2、危害性分析

列车运行过程中所产生的杂散电流，会导致结构腐蚀速度加快，还会对钢轨、管线、混凝土结构钢筋等造成电腐蚀，导致轨道交通安全性受到威胁。主要表现在：一，杂散电流的汇聚作用会导致钢轨出现内部腐蚀，给列车运行埋下安全隐患。二，电腐蚀会降低道床基础混凝土结构钢筋的强度和韧性，导致混凝土结构受到破坏。三，埋地管线受电腐蚀作用，可能导致管道出现破损，造成不必要的财产损失。四，由于站台与车厢存在电位差，杂散电流可能导致乘客上车时遭受电击。五，杂散电流会烧毁地铁排流设备，影响地铁安全。除此之外，杂散电流还会对通信安全带来影响，尤其是雷雨天气其对通信的干扰更为剧烈，会给轨道交通运营安全带来威胁。

三、城市轨道交通杂散电流的防护

轨道交通杂散电流表的防护处理，可以在排和防两方面入手，这也是当前轨道交通杂散电流防护的主要设计思路。这两种防护策略各有优缺点，想要在保证经济性的前提下提高杂散电流防护质量，就需要采取“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的策略。

1、源控法

杂散电流产生的根本是铁轨与道床、大地间电阻不可能实现无限大，这意味着直流供电的模式，现有的技术无法根除杂散电流的产生。但通过有效的方法和策略，能够将杂散电流的电腐蚀降到最低。为了实现这一目的，可以适当降低回路电压，从而保持对地的良好绝缘，降低杂散电流。除此之外，还可以通过变电所距离的优化、双边供电、选用重型轨道等方式，降低杂散电流产生量，降低电腐蚀速率。目前我国城市轨道交通杂散电流防护技术中，根据这一原理所采取的最为有效的措施为建设杂散电流收集网。

杂散电流收集网通过在铁轨下埋设电流收集钢筋，从而降低杂散电流对土壤和道床混凝土结构的电腐蚀作用。杂散电流收集网已经成为城市轨道交通的关键杂散电流防护技术，在应用该技术的基础上，针对不同区段采取相应的其他杂散电流防护手段，能够使轨道交通杂散电流的影响降到最低。例如，在高架桥区段，可以通过在桥梁和桥墩之间加装绝缘垫，来降低杂散电流产生量。盾构区段，可以将盾构管内的钢筋连成网状，并将其与全部电气连通，实现对杂散电流的有效电气屏蔽的作用。

2、排流法——杂散电流被动防护方案

排流法的主要原理是通过加强对杂散电流的监控和收集力度，采用可靠、有效的方式将杂散电流疏导出去，从而降低杂散电流电腐蚀危害的一种方法。由于轨道交通投入运营一段时间后，其杂散电流危害会逐步加强，因而可以对超标的区段采用排流法，以保证轨道交通的运营安全。当前我国轨道交通杂散电流的预防，一般会采用排流柜技术。

排流柜主要由硅二极管、固定限流电阻、可调电阻、保护部分、显示部分和自动排流部分组成。硅二极管为主回路的核心元件，利用了二极管正向导通、反向截止的特性，从而实现了杂散电流的极性排流。

四、杂散电流的监测

杂散电流产生与走行轨和道床和土壤之间的电阻有关系，随着时间的推移，走行轨和道床、土壤之间的电阻会发生变化，这会导致杂散电流的产生量发生变化。因此，采取有效的监测手段，对杂散电流的产生量进行实时监测，为杂散电流处理措施的选择提供参考。杂散电流监测系统由传感器、转接器、监测装置和上位机组成。通过间接测定埋地金属的电位变化，来分析电流流动而引起金属电极电位偏离初始值的量，来量化杂散电流的产生量。

1.监测点设置原则

在车站两端以内50m左右的上、下行道床及主体结构钢筋上分别设置监测点，在区间的上、下行道床及主体结构钢筋上每250m至300m分别设置一处监测点。监测点出传感器和参比电极组成。传感器将采集的模拟信号转换成为数字信号，并送至牵引所监测装置进行信息处理。所内监测装置可对传感器实时发布指令进行监测，并将处理信息通过牵引所综合自动化装置送至控制中心，进行全线的信息处理。

2.监测防护系统构成-分布式结构框架

按供电分区监测，集中管理。

在每个供电分区内设置一个子系统，车辆段设置一个子系统（包括监测装置和单向导通装置），每个子系统的监测装置与所内的综合自动化联网，通过综合自动化通信通道与杂散电流监控主机通信。

杂散电流防护系统借用综合自动化通信传输通道，自成系统，通过对全线极化电位、接触电压，过渡电阻等杂散电流危险性指标的监控，可实现数据保存，查看、检索报表、曲线、分析、预测等功能。

④对综合自动化，采用以太网，TCP/IP通信协议或RS-485接口，MODBUS通信协议；对排流柜，采用RS-485接口，485通信协议；对传感器，采用RS-485接口，485/CAN总线；对单向导通装置，采用RS-485接口，485通信协议。

五、总结

杂散电流防护是一个十分复杂的问题，需要多专业之间的相互配合，并结合工程实际情况具体分析。虽然我国城市轨道交通技术已经比较完善，但受技术和经验的限制，无论是源控法还是排流法，其技术应用都存在一定缺陷。因而国内大多数轨道交通会采用“防排结合，以防为主”的策略，以源控法为主要防护策略，而排流法为辅助防护方法，以最大化的提高城市轨道交通杂散电流防护质量。相信随着技术的发展和进步，城市轨道交通杂散电流防护技术必然会得到进一步提高，为轨道交通的发展和城市建设作出更大贡献。

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