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浅谈地铁杂散电流的防护策略   

浏览7次 时间:2022年6月22日 14:14
  (无锡地铁集团有限公司运营分公司,江苏 无锡 214000)
        摘 要:目前,我国地铁供电系统主要选用直流牵引供电模式,地铁在运行过程中,常常会出现杂散电流泄漏现象,对地下钢筋结构、金属管道线路造成严重腐蚀,降低地铁运行的安全性,降低地铁主体结构的强度、耐久性,不同程度影响地铁的经济效益。基于此,本文对地铁杂散电流的防护策略进行深入研究,具有重要意义。
  关键词:地铁;杂散电流;防护策略
  一、引言
  当前,我国地铁供电系统主要选用直流牵引供电模式,牵引变电所将牵引电流提供给地铁列车,通过利用接触轨或者架空线将直流电输送给地铁列车,然后通过走行轨,促使直流电向牵引变电所进行回流。从理论角度来说,钢轨对地进行绝缘安装,不过因受多种因素的影响,如绝缘材料性能、施工工艺等,要想实现钢轨对地进行完全绝缘,几乎是不可能的。与此同时,随着绝缘材料的不断老化,钢轨的绝缘性会随之不断下降,进而导致部分电流通过散流方式流入大地,无法回流到走行轨,然后从大地向走行轨进行回流,返回至牵引变电所,最终形成杂散电流。基于此,本文对地铁杂散电流的防护策略进行深入研究,具有重要意义。
  二、杂散电流导致腐蚀的产生原理
  地铁在进行一定时间的运营以后,常常会对道床造成一定程度的污染,同时导致道床、钢轨二者之间电阻值的降低。
  由于钢轨与道床并未充分绝缘,导致直流电在道床结构、车站、隧道、钢轨位置中发生泄漏,以上漏泄电流即为杂散电流。
  实际上,杂散电流腐蚀是一种氧化还原反应。由于沿线金属管线、道结构钢筋、走行钢轨属于导体,同时轨道交通直流供电系统走形轨内具有一定的电阻,再加上走形轨道不能完全做到绝缘,导致从走形轨道开始出现部分电流泄漏现象,而泄漏的电流通过结构缺陷位置处流入沿线金属管线、道床结构钢筋,进而产生阴极区,电子会从其他缺陷位置处流出来,然后返回到钢轨回流点。其中,电子流出部位,即为阳极区。
  当在阳极区有杂散电流流出来以后,便会发生氧化反应,出现杂散电流腐蚀现象,严重结影响腐蚀结构中钢筋的强度。
  三、地铁杂散电流的防护策略
  (一)排流保护策略
  通过采取排流保护策略,能够对金属导体进行有效保护,其中,具体原理为:利用导线连接走行轨的阳极区与被保护的金属导体,走行轨与金属导体之间发生短路现象,被保护的管道会变成阴极区,进而能够对金属发生阳极腐蚀起到有效防止作用。排流保护法大致分为两大类,即选择排流法、直接排流法。其中,直接排流法,就是指利用导线直接连接牵引变电所中的负极与被保护金属导体;选择排流法,就是指在将单向导通设备布设在直接排流法的连接线上。目前,大多数情况下会选用排流柜,将杂散电流监测系统检查出来的数据作为主要依据,排流柜进行逻辑判断,当检测数据为定值时,被保护导体的杂散电流便会流入走行轨;如果在杂散电流交替干扰区中具有被保护金属的导体,无论选用选择排流法或者直接排流法均无法将干扰电流排回到走行轨时,在这种情况下应选用强制排流法。
  (二)选用辅助阳极有效保护阴极
  选用辅助阳极,有效保护沿线重要结构与管线,对被保护物的电极电位进行提高,形成阴极性,以有效避免出现阳极腐蚀现象。不过,选用辅助阳极这种方法时,必须要将电极电位更低的辅助阳极埋设在被保护金属区。因为在地铁中安装辅助阳极的难度比较高,需要投入较多的成本,所以当前很少选用这种方法。
  (三)从源头上对杂散电流的出现进行有效控制1、对回流回路的阻值进行降低
  第一,降低钢轨回路电阻,对走行轨接头进行减少。因为地铁列车走行钢轨兼用于牵引列车的回流,所以随着钢轨阻抗的不断变小,则由钢轨向外流失的杂散电流会随之不断变小,通过选用焊长轨方式,能够对钢轨阻抗进行有效降低。
  目前,除了道岔地段、车辆段以外,地铁其他地段均已选用焊长轨方式,通过将走行轨构成一个整体,有助于钢轨阻抗的有效降低。
  第二,对变电所之间的距离进行缩短,选用双边供电模式。
  通过分析杂散电流的估算公式后,不难发现,供电距离的平方与杂散电流二者之间呈正比关系,因此为减少杂散电流的形成,可以对变电所之间的距离进行缩短。
  第三,对均流电缆进行安装。通过利用电缆连接走行轨的两条钢轨,然后利用电缆连接左右线钢轨,进而能够有效降低回路电阻。
  2、对杂散电流流通路径电阻进行增加
  第一,对轨道对地的过渡电阻进行增加。一定要绝缘处理木质轨枕、枕木的端面,保证接地回路与轨道二者之间具有较好的绝缘性。地铁系统选用二极管接地策略或者不接地策略,也可以提高轨道对地的过渡电阻。
  第二,在车辆段的停车库与检修库内,所有线路的走行轨均均应选用绝缘接头,以实现与车场线路的走行轨的有效隔离。
  第三,在部分非常重要的地段,两边均应布设绝缘结,同时在绝缘结处安装单向导通装置,促使在本地段中流出杂散电流,以有效减少对本地段钢轨的腐蚀。
  3、对埋地金属管线的阻值进行增加
  针对地铁沿线埋设的电缆,应选用防水绝缘护套的双塑绝缘垫层。在地铁隧洞内的金属结构,如水管、电缆等,应选用绝缘方式进行敷设;对于全部通向隧洞外的管线,一定要安装绝缘法兰或者绝缘接头。
  四、小结
  综上所述,在地铁进行运行过程中,杂散电流在极大程度上危害金属管线、主体结构,所以一定要将杂散电流的防护工作做好,这是极为重要的,因此在地铁工程施工过程中,一定要对走行轨、道床、杂散电流收集网进行有效绝缘,以促使地铁结构主体使用寿命的延长,确保地铁运营的安全性。
  参考文献:
  [1] 张春苗 , 王昌吉 . 地铁杂散电流腐蚀及其防护措施 [J].
  西部探矿工程 . 2019(09)
  [2]李威,王禹桥,王爱兵. 地铁杂散电流监测系统的研制[J].
  电气化铁道 . 2019(05)
  [3] 吴祥祖 , 张庆贺 , 高卫平 . 地铁杂散电流产生机理及其防护措施 [J]. 建筑安全 . 2019(05)
  [4] 王勇 . 深圳地铁的杂散电流防护措施分析 [J]. 铁道机车车辆 . 2019(05)
  作者简介:凌越(1991-),男,汉族,江苏无锡,本科,中级工程师,电气工程,单位:无锡地铁集团有限公司运营分公司。

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