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杂散电流腐蚀防护

       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。

下面我将从电的角度来解读行业标准地铁杂散电流腐蚀防护技术规程关于第四章 “地铁杂散电流值的限制的内容。

第一节地铁牵引供电系统

4.1.1在采用走行轨回流的直流牵引供电系统中接触网应与牵引变电站的正母线相连接回流走行轨应与负母线连接

    解读:为保护金属导体而采取的直接将排流网导体与轨道短接来排放电流到负母线,称之为排流。实际运行显示排流量的大小对地铁系统有着直接的影响,因此工程上采用的排流法是在牵引变电所回流点处将走行轨与负母线之间相连并加设排流装置,排流量控制在一定范围内,使得杂散电流尽可能完全流回牵引变电所负极。

4.1.2新建地铁线路的牵引供电系统宜选用较高的牵引电压和分布式的牵引供电方案应缩短直流牵引馈电距离

 解读:杂散电流与列车到牵引变电所距离的平方成正比,牵引变电所之间的距离越长,杂散电流越大。在满足供电负荷、供电质量等前提下,可以适当调整牵引变电所的数量和位置,尽量使牵引变电所均匀布置。

4.1.3在正常运行情况下地铁接触网应实行双边供

电馈电区间两侧牵引变电站直流母线上的空载电压值应保持一致不应出现越区供电现象

  从以上经验公式不难发现,杂散电流与列车牵引电流I、走行轨纵向电阻R、走行轨对地过渡电阻R牵引变电所与列车之间距离L有直接关系。从影响杂散电流的这些源头出发进行防护控制,称谓源控法。

 

4.1.4不得从一个牵引变电站向不同的地铁线路实行

牵引供电

    解读:出于对供电质量和供电稳定性的考虑。

 

4.1.6地铁结构钢筋自来水管及电缆金属外铠装等金属管线结构与回流走行轨和电源负极间不应有直接的电气连接。

     可经过论证设置极性排流防护系统

解读:杂散电流由混凝土进入结构钢筋的地方钢筋呈阴极,如果阴极析氢并且氢气不能从混凝土内逸出,就会形成静压力,使结构钢筋与混凝土分离。如果混凝土中有钠或钾的化合物,则电流的通过会在结构钢筋与混凝土的交界面处产生可溶的碱式硅酸盐或铝酸盐,使结合强度降低。另外,腐蚀产物的体积比原来铁的体积大3~4倍,钢筋周围的混凝土受挤压,从而导致混凝土结构的破坏。

 

4.1.8地铁车辆段中的牵引供电网应具有来自本段牵引变电站的主电源及来自正线的备用牵引电源在两电源的接合处接触网和回流轨应分别实现电气分断并分别装设相应的断路器与隔离开关两者应能实现同步操作

   解读:设置备用牵引电源是为了在主电源因故障退出运行后通过备用电源能继续可靠持续地进行供电。而加装断路器则是在故障时保护设备和电路,使用隔离开关在分段时不会产生大电弧。

 

                                                 第二节地铁走行轨回流系统

4.2.1兼用作回流的地铁走行轨与隧洞主体结构(或大地)之间的过渡电阻值(按闭塞区间分段进行测量并换算为1km长度的电阻值),对于新建线路不应小于15Ω·km,对于运行线路不应小于3Ω·km

解读:过渡电阻的大小由走行轨对地电位和走行轨对地电阻决定,走行轨对地过渡电阻越大,杂散电流越小。

 

4.2.2木质轨枕必须先用绝缘防腐剂进行防腐处理。 枕木的端面和螺纹道钉孔,必须经过绝缘处理,或设置专门的绝缘层螺纹道钉孔不应贯通。轨底部与道床之间的间隙值不得小于30mm

     解读:该项措施可以看成是加大走行轨的对地绝缘。可以等效成增大走行轨对地电阻。

 

4.2.4走行轨回路中的扼流变压器、道岔等与线路的路基,路面混凝土及主体结构之间,应具有良好的绝缘。道岔转撤装置控制电缆的金属外铠装与道岔本体之间亦应具有良好绝缘。

     扼流变压器的塑料连接电缆、股道间均流线用塑料电缆的绝缘要求,应与负回流电缆相同。

解读:加大走行轨的对地绝缘。

 

4.2.6地铁隧洞内及沿线的各种金属设施和设备、临时存放洞内的钢 轨、备用材料及设备等与走行轨之间不得有金属连接。

解读:尽量增强走行轨对地及对其他邻近的金属器件、金属管线绝缘,消除可能出现的杂散电流回路,防止杂散电流向外扩散,腐蚀金属构筑物、走行轨等。所以对于可能与走行轨构成杂散电流回路的构建必须严密防范。

 

4.2.7位于钢轨下面的道床素混凝土层的厚度,不宜小于0.4m

   解读:合理设置道床混凝土。为有效防止杂散电流对主体结构钢筋进行腐蚀,杂散电流道床收集网钢筋与走行轨之前需要进行绝缘处理,混凝土层需要一定的厚度。

 

4.2.8地铁线路的结构,应能保证道床、线路上部建筑及轨道不受水流和积水的浸蚀,不污染。隧洞结构不得漏水和积水,且应具有良好的排水系统。严禁采用直排废水入隧洞的设计与运行方式。

      解读:保证道床、线路上部建筑及轨道的干燥,是为了避免上述设备因为受潮导致对地绝缘水平下降,从而引起杂散电流增大。

 

4.2.9回流走行轨应焊接成长钢轨,其连接质量应符合有关标准规定,且能满足相应等级钢轨纵向电阻值的要求。

     解读: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。

 

4.2.10地铁线路中的道岔与撤岔的连接部位应设置铜引连接线,其截面面积不应小于120,铜引线与钢轨之间应焊接,接头电阻不应超过1m长完整轨道的电阻值

     解读:所以,电缆与钢轨的连接方式应保证接头处的接触电阻处于规范要求的范围内,从而降低钢轨电位。

 

4.2.14地铁走行轨的下述部位,应实现电气隔离。

一、所有的电气化与非电气化区段之间;  

二、地铁的运行线路与正在建设的线路区段之间;  

三、地铁与地面铁道线路之间;

四、尽头线每条轨道的车档装置与电气化轨道之间。

 

心得体会:对地铁区间杂散电流防护而言,由于选择排流法成本低、工作可靠,应优先采用。排流法可以对需要保护的金属导体提供可靠保护,但需要注意的是,排流法也有缺点。首先,被保护的阳极区与钢轨(负馈线)连接之后,实质上减小了原杂散电流路径的电阻,。因而使杂散电流增大,这无疑会使临近未采取保护措施的地下金属埋设物受到更强的腐蚀。

     地铁杂散电流腐蚀的防护,是地铁设计、建设、运营维护中必须考虑的问题,而杂散电流的腐蚀是一个长期积累的结果,给研究工作带来一定难度。在地铁工程建设中,应把地铁杂散电流防护系统尽可能做到完善,减少杂散电流的产生及限制杂散电流的扩散。在运营维护中,按照设置的监测系统及方案,定期测试及维护,发现问题,及时处理。尽管地铁杂散电流的腐蚀性大,但只要采取科学合理的措施,一定能有效地降低杂散电流腐蚀的损失,防止危及地铁主体结构及管线结构,确保地铁长期运行使用的安全。

 

 

 

  

 

 

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