城市轨道交通杂散电流监测
地铁杂散电流监测系统的构成及其施工方法探究 张国
地铁杂散电流监测系统的构成及其施工方法探究张国摘要：地铁杂散电流监测系统是保证地铁正常运行的基础，灵活利用系统自身的传感器、参比电极、检测装置以及信号转接器等部件进行监测，充分发挥出部件自身的功能与优势，保证地铁稳定的运行。
基于此，本文从地铁杂散电流检测系统的构成入手，深入进行分析，明确其系统各部件的功能与施工方法，以供参考。
关键词：地铁；杂散电流；监测系统；传感器；系统构成；施工方法引言：随着时代不断发展，地铁逐渐成为城市重要的交通方式，灵活利用自身的优势为人们提供优质的出行服务，实现城市的合理化发展。
广东省地铁为例，其某线路在建设过程中，对工程的杂散电流防护主要采取正线走行轨绝缘方式，灵活利用先进的技术进行综合防护，利用杂散电流监测系统实现线路的保护。
一、地铁杂散电流监测系统的构成广东省在上世纪就已经开始建立地铁并投入运营，属于我国最早建立地铁的省份之一。
本文以广东省为例，明确其地铁在建设过程中建立的杂散电流检测系统，深入分析其构成，以促使我国地铁飞速发展。
地铁杂散电流监测系统主要是利用控制中心集中检测与车站监测共同组成，形成完善的二级监测系统，充分发挥出自身的功能优势，满足实际的需求。
实际上，地铁杂散电流监测系统包含的内容较多，如整体道床测防端子、参比电极、测量线、地下结构测防端子、通信电缆、传感器、信号转接器以及变电所装置等多个部分共同组成，在实际应用过程中充分利用自身的功能优势进行监测，以保证地铁稳定的运行[1]。
二、地铁杂散电流监测系统的构成及施工方法分析在地铁杂散电流监测系统构成时，根据实际的需求设置合理的杂散电流监测装置，并将其设置在变电所内，并且保证其数量的合理。
设置合理的监测装置后，应充分利用该装置自身的功能进行整体的监测优化，为线路的稳定运行奠定良好的基础。
通过通信电缆，将当前的检测装置灵活利用通信电缆将该站以及该站两端各半个区间内的转接器进行合理的连接，并保证转接器与传感器进行合理的联合，以测量线为基础，将各个监测点的传感器与结构钢以及整体道床测防端子对应的参比电极进行合理的连接，充分利用其自身的优势进行优化，从而实现对该分区结构、整体道床结构钢筋的极化电位数据进行合理的采集，将数据收集后转接至当前的转接器，并经过各个过程将数据进行合理的整合，最终上传至终端监测装置，实现合理的监控。
城市地铁动态杂散电流检测技术
城市地铁动态杂散电流检测技术马柯，肖超波，周杨飞，陈成，贺肖（广州特种承压设备检测研究院， 广东 广州 510663）[摘 要] 介绍了地铁动态杂散电流的来源及其对埋地油气管道的腐蚀机理，对比分析了目前国内检验检测行业常用的杂散电流检测方法及优缺点，重点介绍了SCM杂散电流检测技术及优势，对SCM技术的推广应用给出了合理建议。
[关键词] 城市地铁；杂散电流；SCM技术；管道腐蚀；阴极保护作者简介：马柯（1983—），男，贵州黔西人，硕士研究生，工程师。
广州特种承压设备检测研究院安全阀项目主任工程师。
图1 地铁杂散电流流动示意图为缓解不断增长的交通压力，近年来国内城市纷纷上马地铁建设项目。
地铁作为城市地下土壤杂散电流的最大来源之一，会对埋地油气管道的阴极保护系统产生强烈干扰[1]。
杂散电流在管道敷设的管道土壤中流动，使得管地电位发生发生偏移，当保护电位不足时，达不到相应的保护效果；反之当保护电位过负时，金属表面析氢，防腐层遭剥离破坏[2]。
杂散电流还会通过防腐层破损点流入和流出管道，电流流出位置的金属将发生阳极化并加剧腐蚀速度，严重影响油气管道的运行安全[3]。
按照杂散电流的变化特性分类，杂散电流可分为静态杂散电流与动态杂散电流。
静态杂散电流大小在时间轴上基本保持稳定，变化范围小，一般来自其它金属结构的阳极保护地床、固定电力设施泄漏点等。
而动态杂散电流在时间轴上并不稳定，电流大小甚至方向会在时间轴上发生有序或无序的变化，一般来自城市轨道交通、电气化铁路、焊接施工等。
静态杂散电流对管道阴极保护系统的干扰后果容易检测评估，整治措施相对简单，而动态杂散电流对阴极保护系统的干扰结果呈现随时间变化而变化的特点。
开展动态杂散电流检测，除了需要覆盖电流变化的完整周期（地铁动态杂散电流检测时间一般需24小时以上），充分考虑不同时间区段杂散电流的强弱以外，还需要考虑在特定时间区段上电流流动的方向和变化特性，方可提高检测的准确性，作出有效的整治措施[4]。
地铁杂散电流监测系统传感器检查及故障排除方法
地铁杂散电流监测系统传感器检查及故障排除方法摘要：本文简要分析了地铁杂散电流的产生、危害，指出杂散电流检测系统的重要性，简述杂散电流检测系统的工作原理，即通过在正线隧道埋设测量端子，并将传感信号由传感器搜集后反馈至变电所数据处理装置。
在杂散电流检测系统中，传感器作为设置在线路上的精密设备，由于线路环境较差、传感器电路敷设距离长，其故障率较高，如何检查并排除传感器的故障，是本文讨论的重点。
关键词：杂散电流监测系统；传感器；检查；故障排除引言随着我国城市轨道交通的大力建设和飞速发展，如何保证轨道系统的正常运行是整个系统工程的重点。
地铁系统地下线路一般采用盾构式钢结构建筑，在线路中存在钢结构网络。
城市轨道交通电动列车供电多采用直流电，钢轨回路属于列车牵引供电系统回路中的重要组成部分，自身存在较高的电位（即“轨电位”）。
根据设计要求，钢轨需要与隧道结构互相绝缘，防止钢轨回流回路接地导致牵引供电系统跳闸，同时也能防止回流电荷流入隧道结构，流入钢结构网络的电流就是所谓的“杂散电流”（如图1）。
杂散电流是一种有害的电流，会对轨道交通中的电气设备、设施的正常运行造成不同程度的影响，以及对隧道、道床的的钢结构和附近的金属管线造成危害。
图1 地铁回馈电路与杂散电流的产生然而，目前由于施工工艺水平限制，世界铁道施工尚无法保证钢轨与隧道结构的完全绝缘，为保证结构安全使用，城市轨道交通供电专业引入杂散电流腐蚀防护及监测系统，对流入隧道结构内的杂散电流进行检测，防止出现异常杂散电流，保证隧道钢结构的相对稳定。
因此，一套良好的杂散电流监测系统是列车在地下线路安全运行的保障，牵引供电专业需要对杂散电流监测系统加以重视，由于隧道内潮湿、多尘等不利因素，杂散电流监测系统中的传感器一端故障较为频发，本文就传感器故障的检查与排除开展讨论。
1 杂散电流监测系统的组成杂散电流监测系统采用相对集中式监测系统，由参比电极、测量端子（道床收集网测试端子、隧道收集网测试端子）、杂散电流测量电缆、传感器及变电所数据采集及统计处理装置、综合监测装置组成，具体构成方式如图1-1所示。
地铁杂散电流测量方案与数据采集系统的设计
下钢铁类金属设施时 ， 一年 可使之腐蚀 ９ ． １ ｋ ｇ 见下图：
ｃ ｈ ａ （ ｘ － Ｊ ｊ ＝ ， ——— 一
ｃ ｈ
（ ２ ）
悸，
圈１ 金属管受杂散 电流腐蚀状况
Ｆｉ ｇ １ Ｍｅ ｔ ａ ｌ ｐｉ ｐｅ ｃ ｏｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ ｓ ｔ ｒ ａ ｙ ｃｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ
设 为轨道对地的过渡电阻 ， 力・ ｋ ｍ； Ｒ为走行轨 的电阻 ， ［ ２ ￣ ｋ ｎ； ｉ Ｕ （ ｘ ） 为走行轨在 ｘ处的电压 ， ； ｉ （ ｘ ） 为走行轨在 ｘ处的电流 ， Ａ； 为在 ｘ 处 的杂散 电流 ， Ａ； ｘ为距 变电所 的距 离 ， ｍ； Ｌ为 列车距 变 电所 的距
由于两路输 入电压信号范围差别较 大． 则系统对两路信号进行了
作者简介 ： 战强 ， 男， 福州大学在读硕士研究生。 陈凌 凌 ， 女， ９ ４ ８ １ ６部 队 ， 助理工程师， 研 究方 向 为信 息化 。
１ ８ ６
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２ ０ １ ３ 年３ ２ 期
轨 道～ 结 构 钢 一 １ ０ ０ Ｖ —— １ ０ ０ Ｖ Ｄ Ｃ
走
图 ２ 轨道一 地的电阻分布网络
Ｆｉ ｇ ２ ｒ ａｉ ｌ ｔ ｏ ｅａｒ ｔ ｈ ｒ ｅｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏｎ ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ
２ ０ １ ３ 年３ ２ 期
科技 一向导
◇ 科技论 坛◇
地铁杂散电流测量方案与数据采集系统的设计
Ｉ １ ． 福 州 大学
【 摘
福建
战 强 ， 陈凌凌 ２ 福 州 ３ ５ ０ ０ ０ ２ ； ２ ． 中 国人 民解 放 军 ９ ４ ８ １ ６部 队
地铁杂散电流监测系统的构成及其施工方法
地铁杂散电流监测系统的构成及其施工方法内容摘要：摘要：结合北京地铁十号线对杂散电流监测系统的构成进行介绍，对监测系统参比电极、传感器、信号转接器、监测装置等主要部件的功能进行说明，并针对该线设备现场安装具体情况对监测系统主要部件的施工方法进行介绍，为今后地铁杂散电流监控系统的施工和运营管理提供了参考。
关键词：杂散电流；参比电极；传感器；信号转接器；监测装置0概述北京地铁十号线一期工程是北京轨道交通线网中一条先东西走向，后南北走向的半环线。
线路起点在北京市西北部的海淀区万柳车站，终点到达劲松车站。
线路全长24.585km，全部为地下线路，共设22个车站。
地铁十号线一期工程杂散电流防护采取了正线走行轨绝缘安装，利用道床设置杂散电流收集网、变电所设置排流柜的综合防护措施。
设置杂散电流监测系统通过监测道床和地下结构杂散电流收集网极化电位等数据，实现对地铁十号线一期工程的杂散电流分布的综合监测，为运营维护部门判断杂散电流防护系统状况提供依据。
1系统构成地铁十号线杂散电流监测系统采用车站（变电所）监测和控制中心集中监测二级监测系统。
杂散电流防护系统主要由参比电极、整体道床测防端子、地下结构测防端子、测量线、传感器、通信电缆、信号转接器、变电所监测装置组成。
2系统各部分部件功能及施工方法全线在各车站混合变电所内分别设置1台杂散电流监测装置，全线共13台。
该装置经过通信电缆与该站及该站两端各半个区间内的转接器相连，转接器下连传感器，各监测点传感器经由测量线与该点结构钢和整体道床测防端子（地下结构测防端子）对应的参比电极相连，实现对该分区结构和整体道床结构钢筋的极化电位数据采集，数据统计并上传至转接器，再由转接器将数据整合后上传至监测装置处理。
杂散电流监测装置通过变电所内通信网络与电力监控系统接口，将处理和统计后的数据传至监控中心。
在每个车站的有效站台两端以及车站边缘约200m的隧道外墙及道床上设置杂散电流测量端子，上下行各16处。
全面加强地铁杂散电流腐蚀的监测与防护——专访北京地铁标准化工作组组长宋杰
内，结 构钢 筋任 意两点 的纵 向 电压 高
峰 小 时平 均 值 应 控 制 在 ０．１Ｖ 以 下 ；为 了将 结 构 钢 筋处 于 一１．５～０．５Ｖ的 防 护 电位范 围 内，当测算 杂散 电流引起 的结 构钢 筋对地 电位平 均值 大于设计 允许 值时 ，结 构钢 筋对 地 电位 高峰 小 时平 均值 超 过 ０．１Ｖ或 含有 １０％ 峰值 的平均值超 过 ０．５Ｖ时 ，防护系统应 采 取排 流防 护措施 。走行 轨 因同时担 负 着 回流工作 ，设计 时是不 允许 直接接 地 的，地 铁其 他无 回流要 求 的系统也 不应 与走行 轨有 任何 电气连 通 ，以最 大的可能避免事故 的发生 。
我 国城市轨 道交通 多采用直 流牵 引供 电、走 行轨 （钢轨 ）回流的供 电 制 式 ，不 可 避 免 地 会 产 生 杂 散 电流 和 电腐蚀 。北 京地铁标 准化 工作组组 长 宋 杰指 出 ， “城市轨 道交通 中的杂散 电流俗称 ‘迷流 ’，即指弥散 流动 的 电流 ，但 实际上它并不是无序地乱流 ， 而是 哪里 的阻抗小 就往 哪里流。”
宋杰 指 出 ， “目前 ，我 国地 铁在 试运 营阶段 和运 营期 ，定 期对 杂散 电 流相关 参 数进行 监测 ，以利于 对 防护 工程质 量 和运 营中的 防护 情况 进行监 督 管 理 。 测 试 的 主 要 参 数 包 括 轨 道 电 位 、埋地 金属 结构 的极 化 电位 、结构 钢筋 对地 电位 、结 构钢筋 对地 过渡 电 阻值 、回流走 行轨对 结构 钢筋过 渡 电 阻值 、回流走 行轨对 地过 渡 电阻值 和 回流走 行轨纵 向电阻值 等。对 杂散 电 流的测 试时 间 ，应从 有利 于掌握数 据 分 析 和 判 定 的 准 确 性 角 度 出 发 进 行 界 定 。 根 据 以 往 监 测 的 实 践 经 验 ，建 议 取 列 车 运 行 高 峰 时 间 内 的小 时 平 均 值 或 ｌ小时 内 １０％峰值 的平均值 。”
城市轨道交通供电杂散电流。知识分享
杂散电流腐蚀机理<4>
▪ 杂散电流的腐蚀危险可按金属表面的泄漏 电流密度（直接判据）计算，也可按周围 介质的相对电位（间接判据）计算。电腐 蚀危险最大，土壤活性又最高的地下设施 区段腐蚀最为严重。
▪ 电腐蚀的防护标准，是金属表面上没有泄 漏电流或对大地的阳极电位降低到零值， 在达到一定负电位时，同时还能保证对土 壤腐蚀的防护。
▪ 阳极区和阴极区的长度和宽度 在电气化铁路运行中，各个极区的范
围尺寸不是固定不变的，而是根据负荷的 分布位置不同而经常变化的。因此，出现 一个变极区，在这个变极区内，可能有不 同的符号。
在采用再生制动时，在整个区段长度内， 阳极区和阴极区可能相互交替分布。
6.2 杂散电流的分析计算<1>
-
+
I
L I
6.1 杂散电流分布的一般规律
➢ 定义 ➢ 分布特点 ➢ 表示杂散电流的参数 ➢ 阴极区和阳极区
杂散电流定义
牵引电流沿接触网送给电动车辆(组)，然后经轨道(走 行轨)流回牵引变电所，有少量电流不沿回流轨回到牵引 变电所的负极，而流向电位低、电阻率低的位置（如流入 大地），形成杂散电流，或称为迷流。
杂散电流分布的特点<1>
（1）沿轨道的电流先是多，后是少，最后是 多；地中电流则先是少，后是多，最后是 少。
杂散电流分布的特点<2>
（2）接近轨道的杂散电流密度大，远离轨 道的杂散电流密度小
杂散电流分布的特点<3>
（3）杂散电流的分布在变电所附近发生畸 变 在实际应用中，变电所变压器牵引侧的 接地端通常一边与岔线轨道焊接，一边又 接入变电所接地网。
表示杂散电流的参数<3>
▪ 在杂散电流的理论中，除了一次参数rg和rt 外，还使用二次参数——衰减系数和特性 阻抗。
杂散电流监测装置要求
1、用户需求书的响应以及技术方案一、杂散电流监测系统技术规格书的响应1. 总则1.1 适用范围本技术规格书适用于武汉市轨道交通四号线一期工程杂散电流防护系统。
应答：我公司将针对武汉市轨道交通四号线一期工程杂散电流防护系统的各项技术指标进行应答。
1.2 工程概况4 号线一期工程联系两大重要交通枢纽武昌站和武汉站。
一期工程线路起于首义路站东端，下穿中山路和铁路站场，经紫阳东路、傅家坡一路、中南路、洪山广场、中北路、岳家嘴、中北路延长线、罗家港、武青四干道至终点武汉火车站。
4 号线一期工程线路全长16.482km，均为地下线，设站15 座。
4 号线一期工程在青山落步嘴设青山车辆段与综合基地一座，在铁机村站西侧设线网管理服务中心及主变电所一座，同时与2号线共用中南主变。
4 号线一期工程采用集中式供电方式，利用2号线中南路主变电站，新建1座铁机村110/35kV主变电站。
一期工程共设10 座牵引变电所，其中正线9座，车辆段1座。
每座车站和车辆段均设降压变电所（有牵引变电所的车站合建为牵引降压混合变电所）向各种用电设备供电。
中压供电网络采用 AC35kV 牵引供电和动力照明供电混合网络，牵引网采用 DC 750V 接触轨下部授电，走行轨回流方式,允许电压波动范围500～900VDC。
牵引供电系统电压为750V.DC，武汉市轨道交通4号线一期工程电力负荷为一级负荷，变电所采用双路电源供电，当一路电源失电时由另一路电源带全部一、二级负荷。
4 号线一期工程初、近、远为6辆车编组（4动 2 拖），远景年为8辆车编组（6动 2 拖）车辆型式为变压变频交流传动车。
供电系统按“无人值班”设计，杂散电流防护系统也必须满足“无人值班”条件。
本技术规格书适用于武汉轨道交通4号线一期工程杂散电流监测系统，并作为卖方制定投标技术文件和供货设备的技术依据。
应答：我方已知并满足以上要求。
1.3本招标采购范围杂散电流防护系统一套，含杂散电流防护系统、单向导通装置和排流柜。
城市轨道交通直流牵引供电系统杂散电流研究
城市轨道交通直流牵引供电系统杂散电流研究城市轨道交通直流牵引供电系统杂散电流研究近年来，随着城市发展和人口增长的需求，城市轨道交通日益成为一种重要的交通方式。
而轨道交通的牵引供电系统则是其核心技术之一。
然而，由于线路的复杂性和电气设备运行中的因素，城市轨道交通直流牵引供电系统中存在着许多杂散电流现象，给系统运行稳定性和安全性带来了一定的挑战。
首先，我们需要了解什么是杂散电流。
杂散电流是指在直流牵引供电系统中流动的无害电流，它通常是由于系统中存在的电气设备散流部分或者泄漏部分引起的。
这些电流可能会导致牵引系统的运行异常或者损坏其他设备，因此对杂散电流进行深入的研究和分析是非常重要的。
城市轨道交通作为一种重要的公共交通工具，运营期间需要保持高可靠性和安全性。
然而，由于线路和车辆的复杂性，以及城市环境的复杂性，轨道交通系统中的杂散电流问题较为突出。
这些杂散电流主要来源于系统中的载流导线以及地面电缆之间的漏电和谐波电流。
对杂散电流的研究旨在找出其产生原因，并采取相应的措施保证系统的正常运行。
首先，我们需要对轨道交通系统中可能产生杂散电流的因素进行详细的分析。
这些因素包括但不限于牵引变压器的设计和制造质量、接触网的接地情况、地下导体和设备的绝缘性能等。
对这些因素进行全面的检测和分析，可以帮助我们找出杂散电流产生的根本原因。
其次，为了解决杂散电流问题，我们需要对系统进行有效的监测和控制。
系统监测可以通过安装杂散电流传感器和监测设备来实现。
一旦杂散电流超出正常范围，监测设备将立即发出警报并采取相应的措施，以避免系统发生故障。
此外，对系统进行有效的控制也是解决杂散电流问题的关键。
通过合理设计和优化供电系统的结构，可以降低杂散电流的产生并提高系统的稳定性和安全性。
最后，需要注意的是，杂散电流问题不仅仅是技术问题，还涉及到管理和维护。
在城市轨道交通系统的日常运营中，需要建立完善的管理机制和维护制度，定期对供电系统进行检修和维护，及时处理可能引发杂散电流的问题。
城市轨道交通供电系统—杂散电流
① 若地下杂散电流流入
些设备
；
，将引起过高的接地电位，使某
2.杂散电流的危害
杂散电流会对城市轨道交通中的电气设备设施的正常运行造成不同程度 的影响，对隧道、道床的结构钢和附近的金属管线造成危害，其流的危害
杂散电流会对城市轨道交通中的电气设备设施的正常运行造成不同程度 的影响，对隧道、道床的结构钢和附近的金属管线造成危害，其表现如 下：
电池Ⅰ：A钢轨（阳极区）——B道床、土壤——金属管线C（阴极区）； 电池Ⅱ：D金属管线（阳极区）——E土壤、道床——F钢轨（阴极区）。 当杂散电流钢轨（A）和金属管线（D）部位流出时，该部位的金属便遭到腐蚀。
5.杂散电流的防护
杂散电流的防护设计应采取“以堵为主，以排为辅，防排结合，加强 监测”的原则。
目录
CONTENTS
01 杂散电流的形式
02
03 杂散电流的防护
学习目标
了解：杂散电流的形成原因； 了解：杂散电流的危害及防护措施。
杂散电流
杂散电流也被称为迷流，是在城市轨道交通直流牵引供
电回流中产生的
。
1.杂散电流的产生
• 在直流牵引供电系统中 的状况下，牵引电流由牵引变电所的正极出 发，经由接触网、电动车组、走行轨、回流线返回牵引变电所的负极。
• 但走行轨与隧道或道床等结构钢之间的
，这样势必
造成流经接触网的牵引电流不能全部经由钢轨流回牵引变电所的负极，
有一部分牵引电流会
等结构钢上，然后经过结构钢和
牵引变电所的负极，这部分
1.杂散电流的产生
2.杂散电流的危害
杂散电流会对城市轨道交通中的电气设备设施的正常运行造成不同程度 的影响，对隧道、道床的结构钢和附近的金属管线造成危害，其表现如 下：
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关键词：轨道交通；杂散电流：监测系统
西南交通大学硕士研究生学位论文
第１ｌ页
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｉｎ ＤＣ ｒａｉｌ ｔｒａｎｓｉｔ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｒａｉｌｓ ａｒｅ ｕｓｕａｌｌｙ ｕｓｅｄ ａＳ ｔｈｅ ｒｅｔｕｒｎ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｏｒ ｔｒａｃｔｉｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔｈｉｓ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｍａｉｎｌｙ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｅｃｏｎｏｍｉｃ
西南交通大学硕士研究生学位论文
第２页
杂散电流的危害很大，主要是对地铁周围的埋地金属管道、通讯电缆外 皮以及车站和区间隧道主体结构中的钢筋发生电化学腐蚀，它不仅能缩短金 属管、线的使用寿命，而且还会降低钢筋混凝土主体结构的强度和耐久性， 甚至酿成灾难性的事故。如香港曾因地铁杂散电流引起煤气管道的腐蚀穿孔， 造成煤气泄漏的事故：北京地铁第一期工程投入运营数年后，其主体结构钢 筋发现严重腐蚀；其隧道内水管腐蚀穿孔，仅东段部分区段更换穿孔水管就 达５４处【３】；此外，天津地铁也存在着水管被杂散电流迅速蚀穿的情况。在国 外，如日本、美国、法国、意大利、英国、加拿大和俄罗斯等国的地铁也存在 地铁杂散电流腐蚀的问题。在我国，地铁和轻轨作为城市重要的交通工具正 得到迅速发展。除北京、上海、香港、天津和广州地铁已投入运营外，目前 青岛、南京地铁也正在规划之中。由于地铁和轻轨是一种复杂的地下工程， 其结构在施工完成后已定型。经若干年运营后，要对主体结构因杂散电流腐 蚀而进行更换或翻修是十分艰难的。而对杂散电流腐蚀机理和危害加以研究； 设计一行之有效的杂散电流监测系统，实时地监测杂散电流的大小与分布， 用以预警有关部门提前采取措施来抑制杂散电流的危害，就显得尤为重要。
ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｉｐｉｎｇ ｉｎ ＭＲＴ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｏ ａｄｊａｃｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｉｐｉｎｇ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｏｓｅ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｏｉｌ，ｇａｓ ａｎｄ
杂散电流会对轨道交通的道床、高架桥等梁体内部的金属结构，以及地 下输油、输气管道，甚至邻近的外部建筑物的钢筋结构及其相关金属设备产 生腐蚀，导致建筑物的强度降低，设备的使用寿命降低，威胁着运输安全， 造成严重的经济损失。因此城市轨道交通系统杂散电流的防护和监测逐渐被 人们认识并重视。
本文分析了国内外杂散电流防护和监测的现状；分析了杂散电流的腐蚀 机理；建立了杂散电流的数学模型，提出了求解方法，并分析各种因素对杂 散电流防护效果的影响。在此基础上本文还运用单片机设计了杂散电流极化 电压监测模块，并自定义通信协议，编制了上层杂散电流极化电压的采集和 分析软件。通过试验证明，杂散电流极化电压采集模块能很好的采集电压数 据；并能将数据上传到上层监测工作站。而上层杂散电流极化电压采集和分 析软件能接收数据并自动存储到极化电压数据库中。此外，上层软件还能分 析杂散电流的分布情况和变化趋势，为城市轨道交通的杂散电流防护提供参 考。本文中杂散电流监测系统的实现为杂散电流的监测提供了一种思路和方 法，对该系统进行进一步的功能扩展和优化设计为其投入实际应用打下了良 好基础。
ｃａｕｓｅ ｌａｒｇｅｒ ｓｔｒａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｏｐｅｒａｔｅｓ ｉｎ ｈｅａｖｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｓｓ ｒａｉｌ ｔｒａｎｓｉｔ（ＭＲＴ）ｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｗｉｌｌ ｂｅ ｑｕｉｔｅ ｌａｒｇｅ ｕｐ ｔｏ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｈｏｕｓａｎｄ ａｍｐｅｒｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｒａｉｌ ｗｉｌｌ ｂｅ ａｂｏｕｔ
西南交通大学
研究生学位论文
城市轨道交通杂散电流 监测系统的设计
年
级
－０ ０四丝
姓
名
王华荣
申请学位级别
硕
士
专
业 电力系统及其自动化
指导教师 陈小川教授
二ｏ ｏ七年一月
西南交通大学硕士研究生学位论文
摘要
第１页
城市轨道交通的供电系统一般采用直流供电，并以轨道作为回流的通路。 正因为是直流供电，随着城市轨道交通的运营，轨道不可能与地绝对的绝缘， 从而有部分电流从轨道下泄到地层中去。而这部分电流即被称之为杂散电流。
１．２国内外研究现状
自从有直流电力牵引的地铁诞生以来，杂散电流腐蚀及防护在发达国家 一直受到较高度的重视，美国、德国、臼本和苏联在此课题上都投入了巨大 的财力和人力，取得了丰硕的成果。而且到目前为止，还在不断地研究新的 防护方法和防护手段。我国在２０世纪９０年代以前只有北京地铁和天津地铁 的小段在投入运行，有关地铁杂散电流腐蚀和防护的研究很少，为了证明地 铁里杂散电流的情况，１９７９年北京地铁科研所进行了大规模的测量调查。测 量结果表明北京地铁确实存在杂散电流，从而引起了各方面的广泛关注ｆｌｏ］。
。
ｗａｔｃｈ
Ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｐｏｓｅ ａ
ｍｏｄｕｌｅ ｏｆ ｓｔｒａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｆｒｏｍ ｗｈｉｃｈ ｗｅ ｋｎｏｗ ｗｈａｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｔ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｈｏｗ ｌａｒｇｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｕｎｔｓ．Ｂａｓｉｓ ｏｎ ｔｈｏｓｅ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ｗｅ ｕｓｅｄ ｃｈｉｐ ｍｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ａ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｔｏ ｍｏｎｉｔｏｒ ｔｈｅ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｆｏｒｔｈｅｒ ｍｏｒｅ，ｗｅ ａｌｓｏ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ ａ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｕｓｅ ｔｈｅ ＰＣ ｔＯ ｒｅｃｅｉｖｅ ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｃａｎ ｓｔｏｒｅ ｔｈｅ ｄａｔａ ｉｎｔｏ ｄａｔａｂａｓｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃｌｙ．Ａｎｄ ｔｈｅ ＳＯｆｌｗａｒｅ ｃａｎ ａｌｓｏ ａｎａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｄａｔａ ｗｈｉｃｈ ｓｔｏｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄａｔａｂａｓｅ ｔｏ ｓｅｅ ｔｈｅ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｏｆ ａ ｓｐｅｃｉａｌ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｕｒｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｔｒａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｔｈｅｎ ｗｅ ｋｎｏｗ ｗｈａｔ ｔｏ ｄｏ ｔｏ ｌｉｍｉｔ ｔｈｅ ｕｍｐｌｉｔｕｄｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｏ ｍｉｎｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ．Ｉ ｂｅｔ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｌｌ ｒｅｌｉｅｖｅ ｔｈｅ ｈａｒｄ ｗｏｒｋ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｎｉｔｏｒ ｏｆ ｓｔｒａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｗｉｌｌ ｓａｖｅ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｍｏｎｅｙ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： Ｕｒｂａｎ ｒａｉｌ ｔｒａｎｓｉｔ ｓｙｓｔｅｍ；Ｓｔｒａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ；Ｍｏｎｉｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ
ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ，ｓｉｎｃｅ ｉｔ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ｒｅｑｕｉｒｅ ｔｈｅ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｌ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｒｅｔｕｒｎ
ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ．Ｔｈｅ ｒａｉｌｓ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｒａｉｌｗａｙ，ｗｈｉｃｈ ｌｉｅ ｅｘｐｏｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ，ｗｉｌｌ ｅａｓｉｌｙ
ｓｅｖｅｒａｌ ｍｉｌｌｉｏｈｍｓ ｔｏ ｔｅｎｓ ｏｆ ｍｉｌｌｉｏｈｍｓ ｐｅｒ ｋｉｌｏｍｅｔｅｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｒｏｐ ｏｎ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｒａｉｌ ｗｉｌｌ ｂｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ．Ｔｈｉｓ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｒｏｐ ｗｉｌｌ ｆｏｒｃｅ
杂散电流（Ｓｔｒａｙ ｃｕｒｒｅｎｔ）主要是指由采用直流供电牵引方式的地铁或轻 轨列车在地下铁道运行时泄漏到道床及其周围土壤介质中的电流【２Ｉ。国内北 京，天津、上海、广州和香港地铁均采用直流电力牵引的方式。在这种供电 方式当中，列车直流牵引系统采用正极接接触网，而走行轨兼作负回流线。 在地铁建成并投入运营的初期，走行轨与道床之间的绝缘程度较高，即轨、地 过渡电阻值较大，由走行轨泄漏到土壤介质中的杂散电流也较少。但是随着 地铁运营时间的推移，由于受到不可避免的污染、潮湿、渗水、漏水和高地 应力作用等因素的影响，使地铁车站以及区间隧道中的轨、地绝缘性能降低 或先期防护措施失效，势必增大由走行轨泄漏到土壤介质中的杂散电流。如 北京地铁一期工程ｌ线中的木樨地至崇文门段，其轨、地过渡电阻值最高为 ７４．１ Ｑｋｍ，而最低为０．１６Ｑ ｋｍ，后者仅是前者的０．２２％，二期工程环线中最 高区段为５８．９Ｑｋｍ，最低区段为０．８４９Ｑｋｍ，后者仅是前者的１．４４％，很显 然如此低的过渡电阻区段必然会泄漏很大的杂散电流１３】。ｊＥ京地铁采用 ＤＣ７５０Ｖ直流电压牵引，实测结果表明，列车在启动和运行时流入地下的杂散 电流值一般要大于ＩＯＯＡ。而上海地铁采用额定电压为ＤＣｌ５００Ｖ的直流供电系 统，额定牵引电流可高达３０００Ａ，如此强大的牵引电流也必然也会泄漏很高 的杂散电流。
西南交通大学硕士研究生学位论文
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就我国地铁运行的情况来看，由于测量工作比较麻烦，许多工作基本上 没做。有些标准上规定要测量的参数，而实际上因常规的方法是无法测量的。 例如：轨道的纵向电阻：已铺设好的轨道是不可能直接测量其电阻的，即使 交通停止时也没有一条完全隔离的轨道：对于测量埋地金属结构的极化电位 所用的参比电极，目前地铁一般使用长效的铜／硫酸铜参比电极，此电极在土 壤环境中使用已经比较成熟，而在混凝土环境的使用过程中存在的相关问题 还有待于进一步的探讨。