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        城市軌道雜散電流的危害與防治

        2014-11-07 10:04:01張同心
        科技資訊 2014年16期
        關(guān)鍵詞:危害結(jié)構(gòu)

        張同心

        摘 要:城市軌道地下區(qū)段中,因回流軌與大地不能絕對絕緣,導(dǎo)致有部分電流滲入地下形成雜散電流。本文介紹了雜散電流的成因,并論述了雜散電流的危害以及目前常用的防治措施。

        關(guān)鍵詞:地鐵 雜散電流 防治措施

        中圖分類號:TU856 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2014)06(a)-0119-01

        城市軌道交通具有運量大,節(jié)能環(huán)保,安全舒適,不占用地面空間等特點,因此成為許多城市在發(fā)展的過程中用以緩解交通壓力的一種有效途徑。現(xiàn)行的軌道交通主要采用直流供電。牽引變電所通過接觸網(wǎng)或第三軌向機車供電,利用走行軌作為電流的返回線。但是,由于走行軌與地面之間不可能做到絕對絕緣,會用部分電流滲入大地,這部分電流就成為雜散電流,也叫做迷流。雜散電流是一種有害電流,會對地下結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋、金屬管線等設(shè)備造成電化學(xué)腐蝕,降低結(jié)構(gòu)強度。相關(guān)資料表明,在自然條件下,大小為1 A的電流可以在1年內(nèi)腐蝕掉9.13 kg鋼鐵或33.5 kg鉛。對北京地鐵的實測結(jié)果表明,列車在啟動和運行時流入地下的雜散電流一般要大于100 A。歷史上也出現(xiàn)過一些因為雜散電流造成的地鐵事故,例如北京地鐵一期工程的主體機構(gòu)中的鋼筋已發(fā)現(xiàn)有嚴重的雜散電流腐蝕;北京、天津地鐵都有水管被侵蝕穿孔的情況;香港也曾因雜散電流腐蝕煤氣管道引起煤氣泄漏;英國曾發(fā)生過因為雜散電流腐蝕而發(fā)生的鋼筋混泥土塌方事故??梢?,雜散電流對于地鐵的危害還是相當大的。

        1 雜散電流的危害

        雜散電流對地下結(jié)構(gòu)的危害主要表現(xiàn)在以下幾方面:軌道結(jié)構(gòu):因鋼軌與列車相連,處在陽極區(qū),雜散電流會對軌道結(jié)構(gòu)造成腐蝕,縮短軌道結(jié)構(gòu)的使用壽命。據(jù)相關(guān)資料介紹,這種現(xiàn)象在道岔區(qū)和隧道內(nèi)尤為明顯,在有些地區(qū),每隔2~3年就要對軌道進行更換。地下結(jié)構(gòu)中的鋼筋:雜散電流本身對混凝土并不會造成損傷,但當雜散電流通過混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋時,會腐蝕鋼筋。鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕進而生成體積膨脹,往往造成混凝土的開裂。由于結(jié)構(gòu)物的鋼筋一旦施工完成就很難更換,這種腐蝕尤其應(yīng)該引起注意。埋地管線:因地鐵建設(shè)于地下,雜散電流容易對各種埋于地下的金屬管線造成腐蝕,例如自來水管,煤氣管線,石油管線等。若在設(shè)計的時候沒有考慮雜散電流對其的影響,可能會出現(xiàn)較為嚴重的后果。其他不利影響:根據(jù)有關(guān)研究,雜散電流流入大地會導(dǎo)致大地的接地電位升高,可能導(dǎo)致地鐵某些設(shè)備無法正常使用,給地鐵運營的安全帶來不利的影響,危及乘客的安全,也可能導(dǎo)致通信系統(tǒng)的故障。

        2 雜散電流的防治原則

        雜散電流的防護原則為“以防為主,以排為輔,防排結(jié)合,加強監(jiān)測”?!胺馈敝傅氖欠乐闺s散電流流入大地,因為是從源頭對雜散電流進行控制,是一種主動的防治方法,應(yīng)當以其作為主要的防治手段?!芭拧敝傅氖墙⑦B續(xù)的雜散電流收集網(wǎng),使泄漏的雜散電流通過排流網(wǎng)可以返回到牽引變電所,以減少其危害。因為是在雜散電流已經(jīng)形成后再進行防治,所以只能作為一種輔助手段。在運營的過程中,應(yīng)合理的運用兩種防治手段,并注重雜散電流的監(jiān)測。

        3 雜散電流的防治方法

        雜散電流的防治方法有很多,按照雜散電流的防治原則可以分為主動防治和被動防治兩類。

        3.1 主動防治

        該類方法的主導(dǎo)思想是在源頭上盡力消除雜散電流的泄漏,如:(1)降低鋼軌的阻抗:因鋼軌本身具有電阻,在電流回流的時候會產(chǎn)生電壓降,繼而與大地電勢出現(xiàn)電勢差,形成雜散電流。因而在允許的情況下,走行軌應(yīng)盡可能選用重型軌,并確保鋼軌接頭的電氣連接可靠,使回流路徑的阻值盡可能低,以降低鋼軌的阻抗,減少雜散電流的可靠。(2)縮短變電所之間的距離:根據(jù)雜散電流的估算公式,雜散電流的大小與供電距離的平方成正比,所以在可能的情況下,盡量縮短兩所變電所之間的距離可以有效地降低雜散電流的泄漏。(3)保證鋼軌與道床的良好絕緣:對從鋼軌向大地泄漏的部分均采取隔離措施,也可以有效的減少雜散電流的泄露。例如可以在鋼軌鋼軌下加絕緣墊,并使用絕緣扣件。由于雜散電流在道岔處的危害更大,所以在道岔處應(yīng)加強絕緣。(4)加強養(yǎng)護:在日常的養(yǎng)護過程中,也要注意對道床的定期清洗,以及時去除油污,對軌道內(nèi)的積水也應(yīng)及時排出,以保證道床的干燥,確保鋼軌與道床的良好絕緣。

        3.2 被動防治

        (1)利用結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋構(gòu)成雜散電流收集網(wǎng)。針對已經(jīng)泄露的雜散電流,為了避免其對城市軌道地下結(jié)構(gòu)的腐蝕,可以利用隧道,車站,整體道床內(nèi),隧道縱壁內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋構(gòu)成連續(xù)的回路,形成雜散電流的收集網(wǎng),使泄漏的電流沿著收集網(wǎng)返回牽引變電所再通過電纜將排流網(wǎng)引出端子與排流柜連接,通過排流柜進行極性排流,使雜散電流及時地回到牽引所整流器的負極,從而減少雜散電流的危害。

        (2)針對埋地管線的防治措施。對于一些處在雜散電流影響區(qū)域內(nèi)的重要管線,如煤氣管線,自來水管線,石油管線等,也可以通過采用以下措施來降低雜散電流的危害。如:隔離法:在管道外壁涂絕緣涂料,進而將管道與外界雜散電流隔離開。但由于涂料的密閉性不好,經(jīng)過一段時間后會開裂,從而使保護效果降低。排流法:將被保護的管道與軌道陽極區(qū)直接相連,使管道處于陰極電位來避免被雜散電流侵害,但這一措施使得地下管道也成為雜散電流的流出點,對未被保護的設(shè)施的損害會加劇。外加電流法:通過額外的電源將被保護管道與電源的負極相連,電源的正極則與耐腐蝕材料相連,可以有效地保護管道,但因需要額外設(shè)置保護設(shè)施,維護與施工較為復(fù)雜,且工程造價較高。犧牲陽極法:將一些比管道金屬活潑的犧牲金屬與管道進行電氣連接,根據(jù)原電池原理,犧牲金屬會先腐蝕,從而起到保護管道的作用。

        4 結(jié)語

        地鐵運行的過程中常有雜散電流的泄漏。雜散電流會導(dǎo)致軌道內(nèi)結(jié)構(gòu)物的鋼筋腐蝕,混凝土開裂等,從而影響相關(guān)設(shè)施的使用壽命,嚴重時甚至造成災(zāi)難性的事故。因此在地鐵的設(shè)計與施工以及日常的維護過程中,應(yīng)加強對雜散電流的防治。做到:“以防為主,以排為輔,防排結(jié)合,加強監(jiān)測”,從而保障地鐵的安全運營。

        參考文獻

        [1] 林江,唐華,于海學(xué).地鐵迷流腐蝕及防護技術(shù)[J].建筑材料學(xué)報,2002(1).

        [2] 李威.地鐵雜散電流的監(jiān)測與防治[J].城市軌道交通研究,2003(4).

        [3] 譚冬華.地鐵雜散電流的危害與防護[J].都市快軌交通,2007(2):86-89.

        [4] 周順華.城市軌道交通設(shè)備系統(tǒng)[M].人民交通出版社,2009.endprint

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