摘　要:地铁主体结构钢筋、电气设备、地铁附近的埋地管线经常遭受地铁杂散电流的电化学腐蚀。这种杂散电流腐蚀减少埋地管线使用寿命,降低地铁主体结构的耐久性和强度,有时甚至造成灾难性的事故;同时造成一定的经济损失。讨论了地铁杂散电流的危害,并给出了较为详细的减少杂散电流及其防护的方法。

　　1 概述

　　地铁具有运量大、安全舒适、运输成本低等优点,且与地面的交通工具互不干涉,因此成为解决城市交通拥挤紧张状态的有效途径。目前地铁列车牵引动力一般用直流电,由设置在沿线的牵引变电所通过架空线或第三轨向列车馈送电量,并利用走形轨作为回流线路。直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地做不到完全绝缘,所以有一部分电流从走形轨泄漏到大地。这部分从走形轨漏出的电流被称为杂散电流又叫迷流。

　　杂散电流从走形轨漏出后,经过地铁的道床流入大地,然后从大地流回钢轨回流点。若地铁附近有导电性能较好的埋地金属管线(如自来水管、煤气管道、电缆等),则有一部分杂散电流选择电阻率较低的埋地金属管线作为流通路径,在变电所附近从金属管线中流出流回变电所。对于走形轨杂散电流是在远离变电所的地方流出,对于埋地金属管线杂散电流是从变电所附近的部位流出,由于土壤或其它介质的作用,金属体有电流流出的部位发生电解,使金属体遭受电化学腐蚀。这种电化学反应易腐蚀地铁钢轨、地铁主体结构钢筋、地铁线路附近的埋地金属管线,减少埋地管线使用寿命,降低地铁主体结构的耐久性和强度,有时甚至造成灾难性的事故。钢轨埋设在地表面,易于发现损坏状况,且便于更换,所以杂散电流腐蚀对其的危害不是很大;但由于地铁主体结构钢筋和埋地金属管线埋设在地下,其腐蚀情况不易察觉,所以杂散电流腐蚀对地铁主体结构钢筋和埋地金属管线的腐蚀危害是很大的。例如从20世纪70年代开始运行的北京地铁一期工程的主体机构中的钢筋已发现有严重的杂散电流腐蚀;北京、天津地铁都有水管被侵蚀穿孔的情况;香港也曾因杂散电流腐蚀煤气管道引起煤气泄漏;在一些地铁运行历史较长的发达国家,杂散电流腐蚀同样严重,如英国曾发生过因为杂散电流腐蚀而发生的钢筋混泥土塌方事故。可见,寻求减少杂散电流腐蚀危害的方法是非常重要的。目前又是我国建设地铁的高潮时期,因此全面考虑杂散电腐蚀问题,设计合理的杂散电流防护方案具有一定的现实意义。

　　2 杂散电流的防护

　　从系统上来讲,目前杂散电流防护设计方法可分为3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。二是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。

　　2.1 从源头上控制杂散电流产生

　　2.1.1 降低回流回路的阻值

　　钢轨本身具有电阻,当电流流过钢轨时在电阻上就产生电位差,因钢轨对地绝缘电阻不可能是无穷大,故产生有电位差和产生杂散电流。所以要降低杂散电流的数量就要减小钢轨压降,降低钢轨压降的方法有如下几点:

　　① 增加走形轨的长度,减小钢轨的电阻:地铁列车走行钢轨同时作为牵引列车回流用,因此钢轨阻抗越小,从钢轨向外流失的杂散电流也越小,减少钢轨阻抗的有效办法是采用长钢轨,钢轨越长,钢轨接头就越少,钢轨的阻抗也就越小。

　　② 各钢轨之间应有畅通的电气连接以保证低阻值的回流路径。

　　③ 缩短变电所之间的距离,采用双边供电:从杂散电流的估算公式来看,杂散电流与供电距离的平方成正比,所以缩短供电距离是减少杂散电流数量非常有效的方法。

　　2.1.2 增加杂散电流流通路径的电阻

　　增加杂散电流流通路径的电阻具体的有2点措施:

　　①增加轨道对地的过渡电阻:木质轨枕、枕木的端面和道钉必须经过绝缘处理或设置专门的绝缘层,轨道和接地回路之间应具有良好的绝缘,走行钢轨采用点支承等。增加杂散电流泄漏路径电阻的另一个方法是地铁系统采用不接地或二极管接地策略。

　　②在车辆段的检修与停车库中,每一条线路的走形轨均应使用绝缘接头与车场线路的走形轨相隔离。

　　2.1.3 增加埋地金属管线的阻值

　　敷设在地铁沿线的电力、通讯及控制测量电缆,应采用防水绝缘护套的双塑绝缘垫层;地铁中各种电缆,在隧洞中的电缆、水管等金属结构应以绝缘方式敷设;所有通向隧洞外的管线,必须装有绝缘接头或绝缘法兰。

　　2.2 排流保护措施

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