杂散电流监测防护系统与控制原理

2-3杂散电流腐蚀埋地管线
地铁系统附近的埋地管线主要有自来水管线、石 油管线、蒸汽管线、煤气管线、等公共事业管线 以及各种电缆管等。
埋地管线容易集积杂散电流，故易受腐蚀，在设 计和建造地铁时不考虑此问题会产生极其严重的 后果。
我国东北石油管道系统，穿越某直流电气化铁路， 埋地三年就发生了腐蚀穿孔，腐蚀速度达到 2.0~2.5mm/年；上海有一向虹桥机场输油的石 油管道，穿越上海地铁1号线，已经发生了腐蚀。
如果排流柜设置熔断器保护，会造成排流支路的 中断，在最需要排流的时候，排流柜起不到应有 的作用。
2-6杂散电流对通信的影响
杂散电流除腐蚀地下管线外，杂散电流使通信导 线与附近大地形成电位差，会在接地的通信设备 机架上形成高电位，影响通信，甚至危及设备和 人员的安全。
3杂散电流危害防护的方法
地铁（或轻轨）工程是大型的重点工程，必须贯 彻“百年大计、质量第一”的方针，所以做好地铁 杂散电流防护是保证地铁工程质量相当重要的一 环。
杂散电流引起的腐蚀比自然腐蚀要剧烈得多。杂散电流引起 的腐蚀与钢铁在电解质中发生的自然腐蚀不同，杂散电流腐 蚀是由于外部电源泄漏的电流作用而引起的结果，而自然腐 蚀的电流是自发进行的，且杂散电流在数值上要比自然腐蚀 的电流大几十倍，甚至上千倍。
腐蚀强度大，危害大。范围广，随机性强。腐蚀激烈，腐蚀 集中于局部位置，当有防腐层时，往往集中于防腐层的缺陷 部位。
阳极极化曲线
V
0.5
0
0.6 1.0
2.0 mA/dm2
我国的CJJ49-92行业标准：《地铁杂散电流腐 蚀防护技术规程》第3.0.5条中规定：对于主体 混凝土结构的钢筋极化电压的正向偏移值不得大 于0.5V，这一条作为防腐蚀的标准。
排流网结构钢筋的极化电位时可以测试出来 的，如图3所示。
参比电极的本体电位 结构钢极化电位测量原理图
在排流网与轨道之间的水泥基础上装设参比电 极，则可测出V1与V2，ΔV= V1-V2即为排流网结 构钢筋与水泥基础间的电位差（极化电位）。
2-2杂散电流破坏混凝土结构
杂散电流通过混凝土时对混凝土本身并不产生影响。但如果 有钢筋存在，则钢筋起汇集电流的作用并把电流引导到排流 点。
在杂散电流由混凝土进入钢筋之处，钢筋呈阴极。如果阴极 析氢且氢气不能从混凝土逸出，就会形成等静压力，使钢筋 与混凝土脱开。
所做工作
北京和利时公司长期从事城市轨道杂散电流的研究、 监测工作，在杂散电流的危害、机理、监测、防治 等方面积累了大量经验。
作为主要起草人，参与制定了城市轨道交通相关的 行业标准。
杂散电流测试方法和装置在城市轨道交通行业得到 广泛应用。
所做工作
1999年开始与北京地铁公司在地铁杂散电流防护方 面进行了科研，研发了杂散电流监测系统，应用在 北京地铁13号线。
2001年，开发研制了PM326-A排流控制器、 PM321-A型地铁杂散电流监测装置，通过了北京市 科委的科技成果鉴定，并获得了国家专利。
目前已应用在广州、武汉、深圳、大连、北京等城 市轨道交通工程。
2 危害
在地铁（或轻轨）等直流电气化轨道运输 系统中以轨道作为回流导体，由于钢轨不 可能对地完全绝缘，而且回流轨存在电压 降，因而导致一部分负荷电流，从轨道流 到轨枕和道床及地下钢轨金属设施中去， 这部分电流，就是杂散电流（迷流）。
根据法拉第电解定律，每1安培的杂散电流，每年可腐蚀钢铁 金属9.11kg。
排流网是杂散电流的良好通道，在回电点附近， 杂散电流从排流网的结构钢中流出。排流网的结 构钢因失去电子，而带正电，铁离子与水蒸气中 的硫酸根离子作用而变成硫酸盐，因而被腐蚀。
地铁隧道或轻轨基础为混凝土结构，排流网总的 钢筋有杂散电流流出时，钢筋的电位将发生正向 偏移（阳极极化）。阳极电流（流出的杂散电流） 和阳极电位变化的规律，阳极极化曲线如图2所 示。Leabharlann 2-4杂散电流造成人身触电
地铁轨道为长轨，是由多节轨道焊接而成，因此 轨道接缝电阻值较大，而使轨道与结构钢之间的 电位差增加，如果轨道接缝处开焊，轨道接缝电 阻更大，这使轨道与结构钢之间的电位差更高。
如图4所示，在站台上，地铁乘客手脚之间的电 位差为ΔV，当这个电位差很高时，人就有死亡 的危险。德国标准VDE0115规定：这个电位差 不得超过92V。
在电流离开钢筋的部位，钢筋呈阳极发生腐蚀并形成腐蚀产 物Fe(OH)2、Fe2O3.2xH2O（红锈）、Fe3O4（黑锈）等。腐 蚀产物在阳极处的堆积会以机械作用排挤混凝土而使之开裂。
根据研究，红锈的体积可大到原来钢筋体积的4倍，黑锈体积 可大到原来的2倍。铁锈的形成，使钢筋体积膨胀，进而对周 围混凝土产生压力，使混凝土内部形成拉应力。由于混凝土 的抗拉强度很低，一般只有0.88MPa～1.5MPa，使混凝土沿 钢筋方向开裂。
杂散电流监测防护系统和控 制原理
1 引言
在城市地铁和轻轨等轨道交通运输系统中，一般 采用直流牵引，走行轨回流，因此，不可避免会 有电流从走行轨泄入大地，对地下或地面的金属 构件如结构钢筋、地下管线等产生严重的腐蚀。
腐蚀不仅造成大量的金属损失，更为严重的是， 可能造成结构的破坏和其他系统的损害，由于腐 蚀的隐蔽性和突发性，一旦发生事故，往往会造 成灾难性的后果，因此，对杂散电流防护必须给 予足够的重视。
杂散电流示意图
－＋
F
A
E D 阳极区
排流网
B 阴极区 C
杂散电流所经过的路径可概括为两个串联的腐蚀电池，即 电池Ⅰ：A钢轨（阳极区）→B道床→C排流网（阴极区） 电池Ⅱ：D排流网（阳极区）→E道床→F钢轨（阴极区）
2-1杂散电流腐蚀金属
杂散电流对地铁或轻轨隧道结构钢筋及地下钢铁金属设施， 产生严重的腐蚀。
监测轨道对结构钢筋的电位变化，就可以监测轨 道纵向电阻值的变化，也就可以监测走行轨回流 的情况。
2-5杂散电流烧毁排流设备
轨道与轨枕之间有绝缘相隔，如果由于某种原因， 绝缘物损坏，轨道与排流网短路，这时将有非常 大的杂散电流，通过排流网、排流柜，流回牵引 变流所，排流柜中的核心元件排流二极管的容量 有限，一般通流能力不超过200A，因此过大的 杂散电流可能烧毁排流柜。