城市轨道交通中杂散电流的危害及防护

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　杂散电流被称为迷流，是在城市轨道交通直流牵引供电回流中产生的。其对城市轨道交通系统内外金属设备、沿途管线会导致一定的影响及危害，特别会对道床钢筋、走行轨、各种金属管线、结构钢筋等有着极强的腐蚀作用，为此，杂散电流防护为轨道交通建设以及运营过程中一项极为主要的内容。
　　一、杂散电流的防护原则
　　轨道交通直流牵引供电系统中，只要用走行兼做回流导体，杂散电流的产生是不可避免的。为了减少杂散电流的危害，就应当设法减少杂散电流量。这就需要采取有效的防杂散电流措施，使杂散电流量控制在允许的范围内。杂散电流的防护工程基本上采用/以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测的原则。
　　（1）以防为主
　　控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入轨道交通系统的主体结构、设备以及沿线附近相关设施的结构钢筋。具体实施时，由于涉及到的专业多，各专业、各工种必须紧密配合，尤其在施工设计阶段更要考虑综合防治措施，尽量减少直流系统与其他建筑物的电气连接。可采取的措施有：牵引变电所内和区间的直流供电设备在安装时与结构钢筋和结构主体绝缘安装；走行轨道在施工时，采用与轨道道床绝缘的安装方式；由外界引入轨道交通内部或由轨道交通内部引出的金属管线均应进行绝缘处理后方可引入和引出；在轨道交通线内部设立结构钢筋电气连通，把所有结构钢筋和接地点连接在一起，将泄漏的杂散电流排流回直流系统。
　　（2）以排为辅
　　设置杂散电流的收集系统。此收集系统为杂散电流从回流轨上泄漏后遇到的第一道小电阻的回流通道，可以将杂散电流尽量限制在本系统内部，防止杂散电流向本系统以外泄漏。
　　二、杂散电流的产生机理及危害
　　杂散电流是一种在规定电路或意图电路之外流动的电流，主要来源于铁路运输电力牵引系统、阴极保护系统和高压输变电系统。目前，地铁列车牵引动力系统一般采用直流供电系统，供电电压多为DC750V或DC1500V。以电力为驱动动力，由设置在沿线的牵引变电所经过接触网或第三轨向列车馈送电量。机车通过受电弓与接触网或导电轨连接受电。利用走行轨实现回流，如图1所示。直流供电系统由于其走形轨本身具有一定的电阻，且走形轨对地不能做到完全绝缘，因此在回流电流流经走行轨时，在走行轨上会产生电压降，并存在对地电位差，该电位差促使走行轨中有一些电流泄漏到土壤，这部分从走形轨泄漏的电流被称为杂散电流。
　　杂散电流具有局部集中特征，当土壤中有杂散电流流动时，会通过隧道结构、整体道床、车站结构或其他建筑物的结构钢筋及附近敷设金属管线或电缆的金属护套等导体而流至回流点，再经土壤重新归入回流轨。根据电解池原理回流轨附近这些金属导体在杂散电流流出处会产生激烈的电解腐蚀，破坏结构钢的强度，大大降低其使用寿命。若杂散电流流入电气接地装置，将会提高接地电位，导致某些设备无法正常工作，更严重时会危及人身安全。在运营过程中，若杂散
　　电流增大，促使钢轨电位发生变化，可能造成某处的轨电位异常，甚至超过正常允许值，给乘客安全带来严重威胁。　　
　　三、杂散电流的防护措施设计
　　杂散电流的防护一般都是以防为主，以排为辅，两者结合，加强监护的原则。杂散电流防护设计方法可分为三类：一是控制杂散电流产生的源头，减少杂散电流产生的数量，即是“堵”的方法，隔离、控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减小杂散电流进入轨道交通的主体结构、设备、金属管线及其他相关设施的可能性。二是通过杂散电流的收集及排流系统，提供杂散电流返回牵引变电所的金属通路，以限制杂散电流向外泄漏，减少杂散电流对金属管线及金属构件的腐蚀。对已产生的杂散电流采取排流或其它方法减少其腐蚀危害，即“排流法”。三是建立完备的杂散电流监测系统，监视、测量杂散电流的大小，为运营维护提供依据对杂散电流进行实时监测，一旦发现杂散电流过高则采取一定的对策来减轻其危害，即“测”的方法。
　　3.1 建立杂散电流监测系统
　　为了检测线路牵引回流泄漏的情况和地下金属结构受杂散电流腐蚀的程度，必须进行专门的测量工作并且要建立杂散电流监测系统。杂散电流测量点应设置在线路沿线的车站站台的两侧进出站信号附近、每一个回流点处及需要进行测试的走形轨分断点处、线路桥梁两段、线路的尽头线和线路与车辆段的连接坡道处，监测点还要定期进行检查维护。系统一般由参考电极、整体道床测防端子、地下结构测防端子（或高架桥轨道梁测防端子）、接线盒、测量电缆、变电所监测装置、便携式计算机及管理系统组成。所需监测的参数有轨道电压、地下金属结构的极化电位、轨道过渡电阻和轨道纵向电阻等。将整条线路车站变电所划分为若干个监测分区，每个监测分区在车站变电所设置一台杂散电流数据采集和统计处理装置，杂散电流测试及数据处理装置通过变电所内通信网络与综合自动化系统接口，并将处理和统计后的数据传至监控中心。
　　3.2 建立有效杂散电流的收集网
　　为限制杂散电流对线路结构钢筋及金属管线的腐蚀及向线路外扩散，利用整体道床内结构钢筋的可靠电气连接，形成主要的杂散电流收集网。在条件允许情况下，尽可能增强整体道床结构与隧道（车站）结构间的绝缘措施。在工程可行情况下，利用隧道（车站）结构钢筋的可靠电气连接，形成辅助杂散电流收集网，以限制杂散电流向线路外扩散。牵引变电所设排流装置，以便将来轨道绝缘降低，杂散电流增大时，使收集网（主收集网、辅助收集网）中杂散电流有畅通的电气回路，限制杂散电流对金属构件的腐蚀和向道床外、线路外的扩散。在盾构区
　　间隧道，车站间通过电缆连接起来，以形成隧道内杂散电流收集网。车辆段出入段线与正线间，停车库内线路与库外线间，电化线路与非电化线路之间，电化线路尽头等设绝缘轨缝，并根据实际情况设单向导通装置。各类管线设备应从材质或其它方面采取绝缘措施，减少杂散电流对其腐蚀及通过其向线路外部泄漏。
　　3.3 减少杂散电流的产生
　　供电模式上采用双边供电的模式，缩短供电距离。增加走形轨的长度以来减少
　　钢轨阻抗。同时通过均流电缆的适当设置及对回流电缆、回流钢轨提出一定的要求，确保畅通的牵引回流系统。直流供电设备和回流轨系统采用绝缘法安装，尽可能减少杂散电流。
　　结束语
　　在城市轨道交通建设过程中，杂散电流问题是一个不可以忽略的问题，随着运营时间的推移，杂散电流的危害会日渐显现，因此必须在建设过程中重视此问题。现在全国地铁大都采用“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监护”这一原则，例如，天津地铁，深圳地铁等。

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