軌道交通系統(tǒng)雜散電流及其腐蝕控制技術(shù)初探

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1、軌道交通系統(tǒng)雜散電流及其腐蝕控制技術(shù)初探摘要：人們注意軌道交通系統(tǒng)直流牽引產(chǎn)生的雜散電流會到引起埋地金屬管線和金屬結(jié)構(gòu)的劇烈腐蝕已經(jīng)有近一百年，如何防止雜散電流的腐蝕在國外已做了大量的研究。但國內(nèi)對這方面的研究還很不夠，本文首先簡要介紹了雜散電流腐蝕的歷史背景，接著對雜散電流的腐蝕機理、防護技術(shù)和監(jiān)測等進行了論述。關(guān)鍵詞：軌道交通、雜散電流、腐蝕控制1.引言在城市地鐵和輕軌等軌道交通運輸系統(tǒng)中，一般采用直流牽引，走行軌回流，因此，不可避免會有電流從走行軌泄入大地，對地下或地面的金屬構(gòu)件如結(jié)構(gòu)鋼筋、地下管線等產(chǎn)生嚴重的腐蝕。國內(nèi)外都有大量這方面的報道。腐蝕不僅造成大量的金屬損失，更

2、為嚴重的是，由于腐蝕的隱蔽性和突發(fā)性，一旦發(fā)生事故，往往會造成災(zāi)難性的后果，如煤氣或石油管道的腐蝕穿孔；結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕，會破壞混凝土的整體性，降低其強度和耐久性，給安全運營帶來嚴重威脅。因此，對雜散電流腐蝕必須給予足夠的重視。國外對地鐵雜散電流的腐蝕都做了較為深入的研究，但國內(nèi)對這方面的研究還很欠缺。軌道交通系統(tǒng)中機車是一個運動變化的負荷，地鐵雜散電流腐蝕的介質(zhì)一般為土壤，情況千差萬別，影響腐蝕過程的因素太多，并隨時間變化，在理論分析的基礎(chǔ)上結(jié)合大量調(diào)查研究和試驗，才能提出有針對性的治理雜散電流的技術(shù)和方法。在分析清楚雜散電流分布的情況下，對新建的軌道交通系統(tǒng)，要在設(shè)計、施工各個

3、階段，從實際出發(fā)，根據(jù)不同的線路施工方法、線路方案、地質(zhì)狀況、不同的供電方案，相關(guān)的專業(yè)都要采取相應(yīng)的技術(shù)措施，盡量減少雜散電流。對已建成的線路或因某些原因絕緣下降而產(chǎn)生雜散電流后，應(yīng)對雜散電流腐蝕的狀況進行實時監(jiān)測，采取有針對性的措施減少雜散電流對金屬結(jié)構(gòu)和管線的腐蝕。2.歷史背景世界上第一條電氣化軌道交通系統(tǒng)1835年在美國建設(shè)(Brandon,Vermont),該系統(tǒng)運行在一個環(huán)形軌道上，由一個蓄電池提供動力，由于蓄電池需要不斷充電，不適合于商業(yè)運行。直到十九世紀末由于發(fā)電機的發(fā)展，它能夠提供持續(xù)的電力，電氣化的軌道交通系統(tǒng)在商業(yè)上才變得可行。1888年在維吉尼亞州美國第一

4、條商業(yè)運行的電氣化鐵道投入運行(Richmond,Virginia)，在十年內(nèi)，在美國有數(shù)千公里的電氣化鐵路投入運行，幾乎同時，人們在發(fā)現(xiàn)在電氣化鐵道的附近的地下管線和電纜遭到嚴重腐蝕，此外鐵路當(dāng)局也注意到鐵軌和道釘遭到腐蝕的情況。起初，人們認為腐蝕是由土壤的化學(xué)成分造成的，很快人們就得出結(jié)論，土壤的化學(xué)組成不可能造成如此嚴重的腐蝕，此后的一些調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從電氣化鐵路運行軌道泄漏的電流是造成腐蝕的主要原因。許多早期的研究提出了一些切實可行的在當(dāng)時的技術(shù)條件下可能最好的消除雜散電流影響的工程解決方案。但大多數(shù)方案都會對附近的設(shè)施造成災(zāi)難性的影響，一個常見的做法是將軌道連接到附近的與之

5、平行的水管或其它管線上，想法是給電流提供一個金屬通路，減少通過鐵軌和其它鐵路結(jié)構(gòu)的電流。這種方法雖然減輕了雜散電流對鐵路結(jié)構(gòu)本身的腐蝕，但由于將軌道連接到附近的設(shè)施上，必然有電流通過臨近的設(shè)施，在電流離開返回軌道時，將會對臨近的結(jié)構(gòu)造成腐蝕。直到1910年，美國國家標(biāo)準局開始了長達11年的關(guān)于雜散電流腐蝕的研究。1921年推薦采用下列方法在軌道交通公司一方減少雜散電流的泄漏：1.足夠的雙軌間的連接。2.在考慮系統(tǒng)經(jīng)濟的情況下，盡量減小變電所之間的距離。3.隔離負饋線（鋼軌）。4.使用四軌牽引供電系統(tǒng)。前三項措施被應(yīng)用在許多軌道交通系統(tǒng)中，使雜散電流下降。第四項措施沒有被廣泛采用，

6、可能是因為建設(shè)第四軌需要增加投資。不久就意識到雜散電流腐蝕依然發(fā)生，仍然需要采取進一步的措施控制雜散電流的泄漏，特別是地下的結(jié)構(gòu)。美國國家標(biāo)準局的報告推薦了幾條對地下結(jié)構(gòu)適用的措施，它們是：1.在軌道附近的新建結(jié)構(gòu)要仔細選擇位置。2.避免電纜與管線和其它結(jié)構(gòu)接觸。3.管線和電纜的金屬鎧裝要絕緣。4.對結(jié)構(gòu)使用絕緣涂層。5.使受腐蝕影響的結(jié)構(gòu)相互連接并與地鐵的回流電路相連這些措施代表了當(dāng)時最好的減少雜散電流和腐蝕方法。其基本原理到目前為止仍然有效，并且形成了當(dāng)今雜散電流控制設(shè)計的基礎(chǔ)。然而對上述第5項措施需進一步說明，地鐵結(jié)構(gòu)和回流電路之間的連接只能作為其它措施的補充或一個臨時措施

7、。因為它降低了回流的電阻增加了雜散電流的數(shù)量，排流不應(yīng)作為高軌地電阻的替代?，F(xiàn)代的排流也不是簡單的直接排流，而往往是將排流和軌道電位的限制與接地結(jié)合等綜合考慮的智能排流。1920年以后，電氣化軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)數(shù)量大幅下降，雜散電流腐蝕問題沒有能夠進一步的深入研究。直到二十世紀50年代和60年代，大量新建的快速軌道交通系統(tǒng)，大大增加了雜散電流的腐蝕，使雜散電流腐蝕和控制又成為一個重要的課題。3.雜散電流腐蝕機理金屬材料與其環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)的和電化學(xué)的反應(yīng)而引起材料的退化和破壞稱為