地铁工程杂散电流监测防护系统讲稿

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1、杂散电流监测防护系统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。所做工作中国矿业大学长期从事煤矿井下杂散电流的研究、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。出版了《杂散电流及其防护》专著，煤炭工业出版社，1

2、986。作为主要起草人，参与制定了相关的煤炭行业标准，杂散电流测试方法和装置在煤炭行业得到广泛应用。所做工作1999年开始与广州地铁总公司在地铁杂散电流防护方面进行了科研，首次研发了杂散电流监测系统，应用在广州地铁一号线。2001年与上海地铁建设公司合作，开发研制了DZJ-2型地铁杂散电流监测系统，通过了上海市科委的科技成果鉴定，并获得了国家专利。2006年研制出DZJ-3型分布式杂散电流监测防护系统，并通过了教育部科技成果鉴定。目前已应用在广州、武汉、深圳、上海、大连、南京、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

3、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）。杂散电流示意图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。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

4、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。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

5、，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。阳极极化曲线我国的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

6、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。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

7、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。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。2-4杂散电流造成人身触电地铁轨道为长轨

8、，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