廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)雜散電流防護(hù)研究與設(shè)計(jì)

1、蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要目前地鐵大都采用走形軌回流的直流牽引供電方式，因而在運(yùn)營(yíng)中將不可避免地產(chǎn)生流經(jīng)大地的雜散電流。地鐵雜散電流嚴(yán)重腐蝕地下金屬結(jié)構(gòu)，影響地鐵安全運(yùn)營(yíng)，因此全面考慮地鐵雜散電流腐蝕問(wèn)題，探討更為有效的雜散電流腐蝕防護(hù)措施，保證地鐵安全運(yùn)營(yíng)具有十分重要的意義。本文首先介紹雜散電流的產(chǎn)生、危害及其對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋和埋地金屬管線(xiàn)的腐蝕機(jī)理；然后分析在有無(wú)排流網(wǎng)設(shè)置、是否排流情況下單邊供電方式和雙邊供電方式中雜散電流的分布規(guī)律及各個(gè)參數(shù)對(duì)雜散電流的影響，并據(jù)此討論雜散電流的防護(hù)措施和監(jiān)測(cè)手段。最后結(jié)合廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)工程的特點(diǎn)，綜合提出廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)的雜散電流防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。廣州

2、地鐵五號(hào)線(xiàn)雜散電流防護(hù)方案包括設(shè)置雜散電流排流網(wǎng)、新型智能排流裝置的雜散電流防護(hù)方法和集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將采集結(jié)構(gòu)鋼極化電位、參考電極本體電位和軌道對(duì)結(jié)構(gòu)鋼的電壓等數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，為地鐵雜散電流防護(hù)提供參考。關(guān)鍵詞：地鐵；直流牽引供電系統(tǒng)；雜散電流；腐蝕；防護(hù)- I -AbstractCurrently, the running rails are usually used as the return conductor for DC traction power supply system in the metro. Therefore,

3、 it is inevitable that there will be current leaking into ground through the running rails, resulting in the serious corrosion to the underground metal structure and infecting safe operation of the metro. Thus, it is very necessary to fully consider the stray current corrosion issue, to explore more

4、 effective protective measures for stray current corrosion in order to ensure the safe operation of the metro. Firstly, a discussion of the cause and hazard of stray current in DC traction power supply system and the mechanism of corrosion of it to steel structure and metal pipeline are presented in

5、 this paper. Then, the regularities and distribution of stray current are analyzed at either drainage or non-drainage situation in one-way feeding and two-way feeding power supply system. And each factor that affected stray current distribution rule has been analyzed. On the basis of stray current d

6、istribution rule, the methods and measures to control and monitor stray current are discussed. Finally, according to the characteristic of construction projects of Guangzhou metro line 5, the proper stray current protection and monitoring system is designed. The stray current protection and monitori

7、ng system is composed of the protection methods of stray current such as drainage net, a news intellectual drainage arrangement and centralized monitoring system. The data such as the steel polarization potential, reference electrode body potential and the running rails on structural steel potential

8、 is collected by its monitoring system and transmitted to the upper computer processing. The real-time and on-line monitoring system monitors the whole system remotely and provides reference for the protection of metro stray current. Key Words: Metro, DC traction power supply system, Stray current,

9、Corrosion, Protection- III -目 錄摘 要IAbstractII目 錄III1 緒論11.1論文的選題背景和研究意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容22 地鐵雜散電流的產(chǎn)生、腐蝕機(jī)理及其危害32.1 雜散電流的產(chǎn)生32.2 雜散電流的腐蝕機(jī)理32.3 雜散電流的危害42.4 雜散電流分布的一般規(guī)律42.4.1 單邊供電方式下雜散電流的分布52.4.2 雙邊供電方式下雜散電流的分布62.4.3 設(shè)置排流網(wǎng)供電方式下雜散電流的分布73 地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)措施和監(jiān)測(cè)手段93.1 雜散電流腐蝕防護(hù)措施93.1.1 “堵”源控法93.1.2 “排”排流法9

10、3.1.3 其他雜散電流腐蝕防護(hù)方法93.2 雜散電流腐蝕防護(hù)的監(jiān)測(cè)手段93.2.1 雜散電流腐蝕監(jiān)測(cè)原理93.2.2 雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)94 工程實(shí)例94.1 雜散電流腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)原則及技術(shù)條件94.2 牽引回流系統(tǒng)94.3 雜散電流腐蝕防護(hù)方案94.3.1 一般防護(hù)方案94.3.2 特殊區(qū)段防護(hù)方案94.3.3 相關(guān)設(shè)備及管線(xiàn)的防護(hù)方法94.4 雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)94.4.1雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成方案94.4.2 測(cè)試端子設(shè)置原則94.4.3 參考電極設(shè)置原則94.4.4 雜散電流防護(hù)系統(tǒng)的日常維護(hù)措施94.5 雜散電流腐蝕防護(hù)對(duì)各專(zhuān)業(yè)的要求94.5.1 對(duì)牽引供電專(zhuān)業(yè)的要求94.5.2 對(duì)軌道

11、專(zhuān)業(yè)的要求94.5.3 對(duì)主體結(jié)構(gòu)的要求94.5.4 對(duì)各種電纜及金屬管線(xiàn)的要求9結(jié) 論9致 謝9參考文獻(xiàn)9附錄A 雜散電流防護(hù)示意圖9附錄B 收集網(wǎng)截面計(jì)算9附錄C 廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖9蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 緒論1.1論文的選題背景和研究意義地鐵在給人民生活帶來(lái)方便的同時(shí)，也出現(xiàn)一些不容忽視的問(wèn)題，如列車(chē)在運(yùn)行期間產(chǎn)生的雜散電流腐蝕問(wèn)題。在地鐵建成投入運(yùn)營(yíng)的初期，走形軌與道床之間的絕緣程度較高，由走形軌泄漏到大地中的雜散電流也較少。隨著地鐵運(yùn)營(yíng)年限的增加，運(yùn)營(yíng)環(huán)境受到不可避免的污染、列車(chē)對(duì)軌道的作用力等因素的影響，造成走形軌對(duì)地絕緣性能降低，使先期防護(hù)措施失效，這

12、樣就有大量雜散電流泄漏到周?chē)耐寥澜橘|(zhì)中去。由地鐵雜散電流產(chǎn)生的問(wèn)題十分突出，如香港曾因地鐵雜散電流引起煤氣管道的腐蝕穿孔而造成煤氣泄漏的事故；天津地鐵也存在水管被腐蝕穿孔的情況1。在國(guó)外，如美國(guó)、英國(guó)和俄羅斯等國(guó)的地鐵也存在雜散電流腐蝕的問(wèn)題2。地鐵雜散電流問(wèn)題己引起了人們的高度的重視，發(fā)達(dá)國(guó)家在該課題上投入了巨大的人力和物力，取得了一定的成果，而我國(guó)在這方面的研究起步較晚，但也取得了一定成效。目前我國(guó)正在掀起地鐵建設(shè)的高潮，在地鐵的設(shè)計(jì)、建設(shè)和正常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，雜散電流的防護(hù)問(wèn)題是必須考慮的。分析雜散電流的分布規(guī)律，弄清楚影響雜散電流分布的各個(gè)因素，設(shè)計(jì)合理的防護(hù)方案，這將對(duì)減少建設(shè)投資、降

13、低運(yùn)營(yíng)成本以及消除雜散電流腐蝕帶來(lái)的危害有積極的意義。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀雜散電流的危害己引起業(yè)內(nèi)高度重視，國(guó)外的地鐵管理部及高等院校內(nèi)均設(shè)置了從事這方面研究的專(zhuān)門(mén)機(jī)構(gòu)并取得了豐富成果，目前還在不斷地研究新的防護(hù)方法。目前國(guó)際上雜散電流防護(hù)通常采用VDE0115國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和德國(guó)VDV501/2標(biāo)準(zhǔn)，適用于采用直流電力牽引和走行軌回流方式的地鐵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，這些標(biāo)準(zhǔn)目前已被大多數(shù)國(guó)家所采用。1992年頒布的地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程是我國(guó)地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)專(zhuān)業(yè)的第一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它在我國(guó)地鐵工程建設(shè)的初期與運(yùn)行中發(fā)揮了十分重要的作用，但是，由于我國(guó)地鐵剛起步不久，沒(méi)有像

14、國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)那樣作嚴(yán)格規(guī)定。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外地鐵已有了很大發(fā)展和變化，因此在我國(guó)很多城市正在建設(shè)和發(fā)展地鐵的時(shí)候，對(duì)此規(guī)程進(jìn)行修訂是十分必要的。在地鐵雜散電流腐蝕方面，經(jīng)過(guò)研究，雜散電流對(duì)埋地金屬管線(xiàn)和混凝土主體結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕在本質(zhì)上是電化學(xué)腐蝕，而且這種腐蝕屬于局部腐蝕。在雜散電流分布模型的推導(dǎo)過(guò)程中，雜散電流的大小一般僅能由簡(jiǎn)化的假定來(lái)估算，計(jì)算的目的也只是為了理論性的對(duì)雜散電流有個(gè)基本的了解，用公式指出減少雜散電流的條件或手段。對(duì)于雜散電流的分布規(guī)律的研究是雜散電流腐蝕防護(hù)的基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)外均有許多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，很多資料都介紹了雜散電流分布的數(shù)學(xué)解析公式，而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的計(jì)算卻是非常復(fù)

15、雜的，而且，計(jì)算結(jié)果往往很難完全反應(yīng)實(shí)際情況。地鐵雜散電流難以直接測(cè)量，一般都采用間接的辦法來(lái)反映雜散電流的腐蝕情況。雜散電流腐蝕的危險(xiǎn)性指標(biāo)，是由結(jié)構(gòu)表面向周?chē)娊赓|(zhì)泄漏的電流密度和由此引起的電位極化偏移來(lái)確定的，而由于雜散電流的密度難以直接測(cè)量，只有通過(guò)測(cè)量結(jié)構(gòu)件的電位極化偏移來(lái)進(jìn)行間接反映。地鐵雜散電流腐蝕主要監(jiān)測(cè)的參數(shù)有軌道電位、結(jié)構(gòu)件的極化電位、走形軌對(duì)地過(guò)渡電阻和軌道縱向電阻等參數(shù)。在雜散電流的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方面，國(guó)外進(jìn)行了大量的研究。國(guó)外已經(jīng)研究出了長(zhǎng)線(xiàn)管道受雜散電流腐蝕的監(jiān)測(cè)方法，使用了大量存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)采集裝置，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析。總之，研究新的監(jiān)測(cè)方法和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是

16、地鐵雜散電流腐蝕監(jiān)測(cè)發(fā)展的要求和趨勢(shì)。1.3 論文的主要研究?jī)?nèi)容本文研究的主要內(nèi)容包括：(1) 詳細(xì)介紹了雜散電流產(chǎn)生、腐蝕機(jī)理及危害；(2) 分析雜散電流分布的一般規(guī)律及其影響因素；(3) 探討雜散電流腐蝕防護(hù)措施和監(jiān)測(cè)手段；(4) 結(jié)合廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)工程，設(shè)計(jì)具體的雜散電流腐蝕防護(hù)方案。本文的主要目標(biāo)就是通過(guò)雜散電流的詳細(xì)分析，從而為廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)雜散電流腐蝕防護(hù)提供盡可能完善、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。2 地鐵雜散電流的產(chǎn)生、腐蝕機(jī)理及其危害2.1 雜散電流的產(chǎn)生目前我國(guó)地鐵供電系統(tǒng)基本采用直流牽供電方式，列車(chē)所需牽引電流由牽引變電所提供，通過(guò)接觸網(wǎng)（架空線(xiàn)或接觸軌）向列車(chē)

17、送電，然后經(jīng)走行軌回流至牽引變電所。由于走形軌的絕緣材料埋在地下，不可能做到完全對(duì)地絕緣，并且隨著時(shí)間的推移，其絕緣水平將會(huì)逐漸下降，不可避免地將造成部分電流不從走形軌回流，而是由走形軌雜散流入大地，再由大地流回走形軌并返回牽引變電所，從而形成雜散電流。雜散電流也稱(chēng)做迷流。2.2 雜散電流的腐蝕機(jī)理雜散電流腐蝕屬于電化學(xué)腐蝕，電化學(xué)腐蝕反應(yīng)是一種氧化還原反應(yīng)。在反應(yīng)中，金屬失去電子而被氧化，其反應(yīng)過(guò)程稱(chēng)為陽(yáng)極反應(yīng)過(guò)程。介質(zhì)中的物質(zhì)從金屬表面獲得電子而被還原，其反應(yīng)過(guò)程稱(chēng)為陰極反應(yīng)過(guò)程。把進(jìn)行電子傳導(dǎo)的金屬導(dǎo)體與進(jìn)行離子傳導(dǎo)的電解質(zhì)相接觸的界面稱(chēng)為電極系，電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體的接合稱(chēng)為e-i接合。

18、地鐵直流牽引供電方式所形成的雜散電流及其腐蝕部位如圖2.1所示，走行軌和金屬管線(xiàn)均為電子導(dǎo)體，地面為離子導(dǎo)體，電子在A和D點(diǎn)流出，金屬導(dǎo)體與地面組成e-i界面為陽(yáng)極。電流在B點(diǎn)和F點(diǎn)流入，則地面與金屬導(dǎo)體組成的i-e界面為陰極。由圖可知，雜散電流所經(jīng)過(guò)的路徑可等效地看成2個(gè)串聯(lián)的電解電池。電池：A鋼軌（陽(yáng)極區(qū)）B道床、土壤C金屬管線(xiàn)（陰極區(qū)）電池：D金屬管線(xiàn)（陽(yáng)極區(qū)）E土壤、道床F鋼軌（陰極區(qū)）圖2.1 地鐵雜散電流腐蝕原理圖當(dāng)雜散電流由鋼軌(A)和金屬管線(xiàn)(D)部位流出時(shí)，都會(huì)發(fā)生失掉電子的氧化反應(yīng)，該部位的金屬就會(huì)遭到腐蝕。這種腐蝕的過(guò)程，實(shí)際可能發(fā)生兩種氧化還原反應(yīng)：當(dāng)金屬鐵(Fe)周?chē)?/p>

19、的介質(zhì)是酸性電解質(zhì)，發(fā)生的氧化還原反應(yīng)是析氫腐蝕；當(dāng)金屬鐵(Fe)周?chē)慕橘|(zhì)是堿性電解質(zhì)，發(fā)生的氧化還原反應(yīng)為吸氧腐蝕。其腐蝕的化學(xué)反應(yīng)方程式如下3：(1) 析氫腐蝕陽(yáng)極：2FeÛ2Fe2+4e-陰極：4H+4e-Û2H2 （無(wú)氧的酸性環(huán)境）4H2O+4e-Û4OH-+2H2 （無(wú)氧環(huán)境）(2) 吸氧腐蝕陽(yáng)極：2FeÛ2Fe2+4e-陰極：O2+2H2O+4e-Û4OH- （有氧的堿性環(huán)境）上述兩種腐蝕反應(yīng)通常生成Fe(OH)2，而在鋼筋表面或介質(zhì)中析出，部分還可以進(jìn)一步被氧化形成Fe(OH)3。生成的Fe(OH)2繼續(xù)被介質(zhì)中的O2氧化成棕色

20、的Fe2O3·2xH2O（紅銹的主要成分），而Fe(OH)3可進(jìn)一步生成Fe3O4（黑銹的主要成分）。雜散電流腐蝕一般的特點(diǎn)有腐蝕激烈、集中于局部位置；當(dāng)有防腐層時(shí)，又往往集中于防腐層的缺陷部位。2.3 雜散電流的危害地鐵的雜散電流是一種有害的電流，會(huì)對(duì)地鐵中的電氣設(shè)備、設(shè)施的正常運(yùn)行造成不同程度的影響，以及對(duì)隧道、道床的結(jié)構(gòu)鋼和附近的金屬管線(xiàn)造成危害。這種危害主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面4：(1) 若地下雜散電流流入電氣接地裝置，將引起過(guò)高的接地電位，使某些設(shè)備無(wú)法正常工作，甚至?xí)＜叭松戆踩?2) 若走形軌局部或整體對(duì)地的絕緣變差，則此走形軌對(duì)大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大，這

21、時(shí)有可能引起牽引變電所的框架保護(hù)動(dòng)作。而框架保護(hù)動(dòng)作則整個(gè)牽引變電所的斷路器會(huì)跳閘，全所失電，同時(shí)還會(huì)聯(lián)跳相鄰牽引變電所對(duì)應(yīng)的饋線(xiàn)斷路器，從而造成較大范圍的停電事故，影響地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。(3) 對(duì)地鐵隧道、道床或其它建筑物的結(jié)構(gòu)鋼筋以及附近的金屬管線(xiàn)造成電腐蝕。如果這種電腐蝕長(zhǎng)期存在，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞地鐵附近的各種結(jié)構(gòu)鋼筋和地下金屬管線(xiàn)，破壞了結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度，降低了其使用壽命。2.4 雜散電流分布的一般規(guī)律整條地鐵線(xiàn)路由多個(gè)變電所為機(jī)車(chē)供電，在每個(gè)供電區(qū)間一般都為雙邊供電，且在軌道上運(yùn)行的列車(chē)負(fù)荷也是變化的。又由于地質(zhì)條件不同，軌道對(duì)地的過(guò)渡電阻和土壤電阻也是不同的。鑒于這許多因素的不確定性，為簡(jiǎn)化

22、所研究的問(wèn)題，只考慮供電回路的理想條件，假定：(1) 走形軌的縱向電阻和對(duì)地的過(guò)渡電阻是均勻分布的；(2) 排流網(wǎng)電阻和對(duì)結(jié)構(gòu)鋼的過(guò)渡電阻是均勻分布的；(3) 饋電線(xiàn)路的阻抗忽略不計(jì)；(4) 埋地結(jié)構(gòu)金屬和大地電位相同；(5) 雙邊供電時(shí)，兩側(cè)電源特性相同；(6) 在排流網(wǎng)排流情況下，雜散電流全部被排流網(wǎng)收集起來(lái)。2.4.1 單邊供電方式下雜散電流的分布地鐵牽引供電系統(tǒng)采用單邊供電時(shí)，其供電回路如圖2.2所示，I為列車(chē)牽引電流，In和Iw為I在負(fù)荷點(diǎn)兩個(gè)方向的電流，L為牽引變電所和列車(chē)之間的距離。圖2.2 單邊供電回路示意圖單邊供電方式下的走形軌電位及雜散電流電流計(jì)算公式如下5：其中，為走形軌

23、傳播常數(shù)(1/km)；為走形軌縱向電阻(/km)；為走形軌對(duì)地過(guò)渡電阻(·km)；為雜散電流泄露總量(A)；為走形軌對(duì)地電位(V)；L為牽引變電所和列車(chē)之間的距離(km)；為該點(diǎn)到列車(chē)之間的距離(km)。由式2.1和式2.2得出單邊供電方式下走形軌電位和雜散電流分布分別如圖2.3(a)、圖2.3(b)所示。(a) 走形軌電位分布示意圖 (b) 雜散電流分布示意圖圖2.3 單邊供電方式下走形軌電位和雜散電流分布示意圖2.4.2 雙邊供電方式下雜散電流的分布地鐵牽引供電系統(tǒng)采用雙邊供電時(shí)，其雙邊供電回路如圖2.4所示，I1、I2分別為為左側(cè)和右側(cè)牽引變電所提供的牽引電流，In1和Iw1為

24、I1在負(fù)荷點(diǎn)兩個(gè)方向的電流，In2和Iw2為I2在負(fù)荷點(diǎn)兩個(gè)方向的電流，L為兩牽引變電所之間的距離。圖2.4 雙邊供電回路示意圖雙邊供電方式下的走形軌電位及雜散電流電流計(jì)算公式如下：在L1區(qū)段在L2區(qū)段其中，L1、L2分別為左側(cè)、右側(cè)牽引變電所和列車(chē)之間的距離(km)。由式2.3式2.6得出雙邊供電方式下走形軌電位和雜散電流分布分別如圖2.5(a)、圖2.5(b)所示。(a) 走形軌電位分布示意圖 (b) 雜散電流分布示意圖圖2.5 雙邊供電方式下走形軌電位和雜散電流分布示意圖2.4.3 設(shè)置排流網(wǎng)供電方式下雜散電流的分布以上分析了單雙邊供電模式下，雜散電流的分布情況。鑒于實(shí)際地鐵供電模式均為

25、雙邊供電，以下以雙邊供電的分布模型推導(dǎo)排流與未排流時(shí)雜散電流分布情況，設(shè)置排流網(wǎng)的雙邊供電回路如圖2.6所示。圖2.6 設(shè)排流網(wǎng)的雙邊供電回路示意圖(1) 未排流情況該情況下排流裝置不工作，結(jié)論相當(dāng)于原始推導(dǎo)模型，在L1和L2區(qū)段內(nèi)，走形軌電位和雜散電流分布表達(dá)式即為式2.3式2.6。(2) 排流情況排流即為將整流器處的軌道與回流點(diǎn)直接短接。雙邊供電方式下的走形軌電位及雜散電流電流計(jì)算公式如下6：在L1區(qū)段在L2區(qū)段其中，為走形軌傳播常數(shù)(1/km)；為排流網(wǎng)縱向電阻(/km)；L為兩牽引變電所之間的距離(km)。由式2.7式2.10得出可以得出設(shè)排流網(wǎng)的雙邊供電方式下走形軌電位和雜散電流分布

26、分別如圖2.7(a)、圖2.7(b)所示。(a) 走形軌電位分布示意圖 (b) 雜散電流分布示意圖圖2.7 排流與不排流雙邊供電方式下走形軌電位和雜散電流分布示意圖根據(jù)以上分析可以得到走形軌電位和雜散電流分布的規(guī)律：(1) 走形軌電位：從變電所到機(jī)車(chē)處走形軌電位逐漸增加，且在變電所負(fù)極附近為負(fù)的最大值，此處該處雜散電流從埋地金屬體流出，金屬對(duì)地形成陽(yáng)極，受雜散電流腐蝕最嚴(yán)重；在機(jī)車(chē)底部的走形軌為正的最大值，該處雜散電流由走形軌流入埋地金屬體，走形軌對(duì)地形成陽(yáng)極，此處走形軌受雜散電流腐蝕最嚴(yán)重。(2) 泄露雜散電流總量：從變電所到機(jī)車(chē)處泄露雜散電流總量先增加后減少，在變電所和機(jī)車(chē)底部走形軌附近為

27、零，在機(jī)車(chē)與變電所的中點(diǎn)附近最大。(3) 排流后，走形軌電位增加，有可能超過(guò)容許的安全電壓(65V)；從走形軌泄漏到地下的電流增大，排流網(wǎng)中流過(guò)電流也增大。(4) 牽引電流的大小對(duì)走形軌電位有影響，牽引電流越大，走形軌對(duì)地電位越高，雜散電流也越大。(5) 牽引變電所之間的距離增加，在牽引電流不變的情況下，走形軌對(duì)地電位和雜散電流也隨之增加。(6) 走形軌對(duì)地過(guò)渡電阻對(duì)雜散電流的分布影響很大，過(guò)渡電阻越小，雜散電流強(qiáng)度越大，當(dāng)過(guò)渡電阻小于3·km時(shí)，雜散電流的泄漏比較嚴(yán)重，而過(guò)渡電阻大于15·km時(shí)，雜散電流泄漏很小。(7) 走形軌縱向電阻對(duì)走形軌電位影響較大，走形軌縱向電阻

28、增加，走形軌縱向電位成比例增加，走形軌對(duì)地電位增加，雜散電流也增加。(8) 埋地金屬結(jié)構(gòu)的縱向電阻對(duì)走形軌電位和雜散電流的影響較小。3 地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)措施和監(jiān)測(cè)手段3.1 雜散電流腐蝕防護(hù)措施雜散電流的防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)采取“以堵為主，以排為輔，堵排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)”的原則。3.1.1 “堵”源控法源控法就是隔離、控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進(jìn)入地鐵的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備及其相關(guān)的設(shè)施。根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，單邊供電情況下雜散電流的公式如下：雜散電流值與列車(chē)到牽引變電所距離的平方成正比；與回流走形軌縱向電阻成正比；與牽引電流成正比；與走形軌的對(duì)地過(guò)渡電阻成反比。目前地鐵采用了很多有效方法，很多新

29、方法也在不斷被提出并應(yīng)用于實(shí)踐。(1) 在可能的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)縮短變電所的位置。(2) 減小機(jī)車(chē)取流量，牽引網(wǎng)采用雙邊供，提高直流牽引電壓。(3) 加強(qiáng)走形軌對(duì)地絕，增大軌道對(duì)主體結(jié)構(gòu)的過(guò)渡電阻。(4) 保持牽引回流通路順暢，安裝均流電纜，設(shè)法降低走形軌的電阻值。(5) 采用隔離法，減少雜散電流的蔓延7。例如在過(guò)江隧道的軌道兩端絕緣結(jié)處設(shè)立單向?qū)ㄑb置如圖3.1所示，與其他線(xiàn)路單向隔離，使回流電流只能從過(guò)江隧道里面向外面流，而外面的回流電流不能流進(jìn)過(guò)江隧道內(nèi)，同時(shí)為確保回流的暢通，用電纜將過(guò)江隧道兩側(cè)的軌道連接起來(lái)，從而減少過(guò)江隧道的雜散電流。圖3.1 過(guò)江隧道絕緣結(jié)和單向?qū)ㄑb置3.1

30、.2 “排”排流法排流法就是通過(guò)雜散電流的收集及排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回至牽引變電所負(fù)母線(xiàn)的通路，防止雜散電流繼續(xù)向本系統(tǒng)外泄漏，以減少腐蝕。這種方法可分為以下三種，如圖3.2所示。(a) 直接排流法 (b) 極性排流法 (c) 強(qiáng)制排流法圖3.2 雜散電流排流保護(hù)法直接排流法是將被保護(hù)的結(jié)構(gòu)件與回流軌直接用導(dǎo)線(xiàn)連接，如圖3.2(a)所示。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但只能在沒(méi)有逆向電流時(shí)才能使用。極性排流法是在直流排流的連接線(xiàn)上加裝半導(dǎo)體整流器，只允許電流單方向流向鋼軌，逆向不能流通，如圖3.2(b)所示。當(dāng)被保護(hù)的結(jié)構(gòu)件處于雜散電流交替干擾區(qū)時(shí)，采用直接或選擇排流法都不能將干擾電流排回走行軌時(shí)就需

31、要采用強(qiáng)制排流法，如圖3.2(c)所示。外加一直流電源促進(jìn)排流，并阻止逆向電流。這種排流措施具有較強(qiáng)的抗交變電流腐蝕的能力，但需要額外的整流電源，因此投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較高，而且還可能使被保護(hù)的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生過(guò)負(fù)電位區(qū)，進(jìn)而使走行軌發(fā)生電化學(xué)腐蝕。因此對(duì)地鐵區(qū)間雜散電流的防護(hù)而言，極性排流法由于成本低工作可靠，在地鐵系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛有效。雖然極性排流法在防止雜散電流腐蝕上起到了很好的效果，但是在排流的同時(shí)也會(huì)帶來(lái)一些負(fù)面影響。被保護(hù)的陽(yáng)極區(qū)與鋼軌（負(fù)饋線(xiàn)）連接之后，實(shí)質(zhì)上減小了原雜散電流路徑的電阻，因而使雜散電流增大，這無(wú)疑會(huì)使臨近未采取保護(hù)措施的地下金屬埋設(shè)物受到更強(qiáng)的腐蝕。(1) 排流網(wǎng)的設(shè)置

32、地鐵排流網(wǎng)由混凝土整體道床內(nèi)的雜散電流收集鋼筋網(wǎng)和主體結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)組成，如附錄A所示。(2) 排流柜的設(shè)置排流柜的一端通過(guò)電纜與牽引變電所負(fù)極柜相連接，另一端與排流網(wǎng)的排流端子相連接，以便在軌道絕緣降低致使雜散電流增大時(shí)，及時(shí)投入排流裝置使排流網(wǎng)中雜散電流有暢通的電氣回路。目前地鐵采用的智能排流柜工作原理如圖3.3所示，直流接觸器CZ用于控制排流支路是否投入使用，R、C用于抑制主回路通斷時(shí)產(chǎn)生的尖峰脈沖，硅二極管D1用于防止逆向排流，快速熔斷器Fu用于在出現(xiàn)短路等故障時(shí)保護(hù)排流柜電路免受損害。電流傳感器M用于檢測(cè)排流回路中排流電流量的大小，并通過(guò)排流柜控制器控制IGBT通斷的占空比，以實(shí)現(xiàn)排流大

33、小的控制。當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，排流回路中串入R1和R2，排流電流較小。當(dāng)IGBT開(kāi)通時(shí)，僅串入很小的電阻R2，排流電流較大。R2用于限制排流的瞬時(shí)電流，以保護(hù)IGBT。排流大小可通過(guò)排流柜控制器進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)控制器檢測(cè)排流電流小于設(shè)定值時(shí)，IGBT連續(xù)開(kāi)通；當(dāng)檢測(cè)排流電流大于設(shè)定值時(shí)，IGBT連續(xù)關(guān)閉。正常情況下，IGBT的導(dǎo)通占空比將排流電流量控至于規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)。圖3.3 智能排流柜原理圖3.1.3 其他雜散電流腐蝕防護(hù)方法(1) 陰極保護(hù)法在需要保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)上外接一直流電源的負(fù)極，使得金屬結(jié)構(gòu)對(duì)地電位降低，從而達(dá)到防電蝕的目的。由于陰極保護(hù)需要外加一獨(dú)立直流電源，其本身也是一腐蝕源，因此

34、在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)慎用。(2) 陽(yáng)極保護(hù)法將被保護(hù)結(jié)構(gòu)件的電位提高到鈍態(tài)電位，從而阻止雜散電流腐蝕。由于地下結(jié)構(gòu)設(shè)施復(fù)雜，在實(shí)際實(shí)施中卻很難將被保護(hù)的設(shè)施提高到鈍化電位。3.2 雜散電流腐蝕防護(hù)的監(jiān)測(cè)手段設(shè)計(jì)完備的雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)視和測(cè)量雜散電流的大小，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供依據(jù)。3.2.1 雜散電流腐蝕監(jiān)測(cè)原理雜散電流難以直接測(cè)量，通常利用結(jié)構(gòu)鋼極化電壓的測(cè)量來(lái)判斷結(jié)構(gòu)鋼筋是否受到雜散電流的腐蝕作用，極化電壓的正向偏移平均值不應(yīng)超過(guò)0.5V。在地鐵沿線(xiàn)某一點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)軌道地位和埋地金屬結(jié)構(gòu)對(duì)地電位如圖3.4所示，在整體道床上埋入1個(gè)長(zhǎng)期有效參考電極，用于測(cè)量排流網(wǎng)與整體道床參考電極的電壓；在隧道的側(cè)壁也

35、埋入1個(gè)有效參考電極，測(cè)量結(jié)構(gòu)鋼與側(cè)壁參考電極的電壓。軌道電位是測(cè)量軌道與側(cè)壁結(jié)構(gòu)鋼之間的電壓。圖3.4 埋地金屬對(duì)地電位和軌道電位測(cè)試原理圖(1) 自然本體電位的測(cè)量在沒(méi)有雜散電流擾動(dòng)的情況下，測(cè)量的地鐵埋地金屬對(duì)地電位分布呈現(xiàn)一穩(wěn)定值，此穩(wěn)定電位我們稱(chēng)之為自然本體電位。地鐵一天內(nèi)有幾個(gè)小時(shí)的完全停止運(yùn)營(yíng)，在列車(chē)停止運(yùn)行2h后，可以進(jìn)行自然本體電位的自動(dòng)測(cè)量。當(dāng)存在雜散電流擾動(dòng)的情況下，測(cè)量電位出現(xiàn)偏離，所測(cè)電位為，其偏移值為。(2) 半小時(shí)軌道電位最大值測(cè)量軌道電位嚴(yán)格意義上來(lái)講應(yīng)是以無(wú)限遠(yuǎn)的大地為基準(zhǔn)，而走形軌電位測(cè)量以無(wú)限遠(yuǎn)的大地是很難實(shí)現(xiàn)的，在測(cè)量中測(cè)量走形軌對(duì)埋地金屬結(jié)構(gòu)的電壓來(lái)代

36、表軌道電位。由于軌道電位的瞬時(shí)值變化很大，實(shí)際測(cè)量過(guò)程中，其監(jiān)測(cè)和計(jì)算的參數(shù)為測(cè)量時(shí)間內(nèi)的最大值，即半小時(shí)軌道電位的最大值。(3) 極化電壓的正向偏移平均值埋地金屬結(jié)構(gòu)受雜散電流干擾的影響，其對(duì)地電位就是相對(duì)于參考電極的電壓會(huì)偏離自然本體電。在雜散電流流入金屬結(jié)構(gòu)的部位，金屬結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)陰極，此部位的電位會(huì)向負(fù)向偏離，該部位的金屬不受雜散電流腐蝕。在雜散電流流出金屬結(jié)構(gòu)的部位，金屬結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)陽(yáng)極性，此部位的電位會(huì)向正向偏離。因?yàn)楦g是一個(gè)長(zhǎng)期作用的結(jié)果，而瞬間雜散電流的變化是雜亂無(wú)序的，僅測(cè)量瞬間金屬結(jié)構(gòu)對(duì)參比電極的電壓不能直接反映測(cè)量點(diǎn)雜散電流的腐蝕情況，按規(guī)程規(guī)定測(cè)量計(jì)算在半小時(shí)時(shí)間內(nèi)偏移自然本

37、體電位的正向平均值，其計(jì)算公式如下：其中，所有正極性電壓瞬時(shí)值和絕對(duì)值小于值的負(fù)極性電壓各瞬時(shí)值之和；為所有正極性電壓瞬時(shí)值讀取次數(shù)及絕對(duì)值小于值的負(fù)極性電壓各瞬時(shí)值讀取次數(shù)之和；n為總的測(cè)量次數(shù)；為自然本體電位，為極化電壓的正向偏移平均值。3.2.2 雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有分散式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩種。(1) 分散式雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分散式雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由參考電極、道床收集網(wǎng)測(cè)試端子、高架橋梁收集網(wǎng)測(cè)試端子、隧道收集網(wǎng)測(cè)試端子、測(cè)試盒、測(cè)試電纜、雜散電流綜合測(cè)試端子箱及雜散電流綜合測(cè)試裝置構(gòu)成，如圖3.5所示，圖中“1”為測(cè)試端子，“2”為參考電極，在每個(gè)車(chē)站變電所的控制室

38、或檢修室內(nèi)安裝一臺(tái)雜散電流測(cè)試端子箱，將該車(chē)站區(qū)段內(nèi)的參考電極端子和測(cè)試端子接至接線(xiàn)盒，由統(tǒng)一的測(cè)量電纜引入至變電所測(cè)試端子箱內(nèi)的連接端子，將來(lái)用移動(dòng)式微機(jī)型綜合測(cè)試裝置分別對(duì)每個(gè)變電所進(jìn)行雜散電流測(cè)試及數(shù)據(jù)處理。其中道床收集網(wǎng)測(cè)試端子、高架橋梁收集網(wǎng)測(cè)試端子、隧道收集網(wǎng)測(cè)試端子可利用伸縮縫處的連接端子，不單獨(dú)引出測(cè)試端子。圖3.5 分散式雜散電流監(jiān)測(cè)原理框圖(2) 集中式雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集中式雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由參考電極、測(cè)試端子、傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器、測(cè)試電纜及雜散電流綜合測(cè)試裝置構(gòu)成，如圖3.6所示，圖中“1”為測(cè)試端子，“2”為參考電極。在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)，將參考電極端子和測(cè)試端子接至傳感器。將

39、該車(chē)站區(qū)段內(nèi)的上下行傳感器通過(guò)測(cè)量電纜，分別連接到車(chē)站變電所的控制室或檢修室內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器。車(chē)站的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器通過(guò)測(cè)量電纜接至固定式雜散電流綜合測(cè)試裝置。綜合測(cè)試裝置至傳感器的傳輸距離最遠(yuǎn)不超過(guò)10km，由此來(lái)考慮每條線(xiàn)路需設(shè)置幾個(gè)雜散電流綜合測(cè)試室。圖3.6 集中式雜散電流監(jiān)測(cè)原理框圖地鐵的集中式雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成原理如圖3.7所示。主要監(jiān)測(cè)整體道床排流網(wǎng)的極化電位、本體電位；隧道側(cè)壁結(jié)構(gòu)鋼的極化電位、本體電位；監(jiān)測(cè)點(diǎn)的軌道電位等，整個(gè)系統(tǒng)為一分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。傳感器是一個(gè)以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)采集處理測(cè)量點(diǎn)排流網(wǎng)和結(jié)構(gòu)鋼的自然本體電位，正向平均值，半小時(shí)內(nèi)的軌道電壓

40、最大值，并把采集運(yùn)算得到的參數(shù)送入指定的內(nèi)存存儲(chǔ)起來(lái)。由于整個(gè)地鐵線(xiàn)路較長(zhǎng)，通信距離比較長(zhǎng)，為保證傳感器的數(shù)據(jù)可靠傳送到中央控制室的上位機(jī)，轉(zhuǎn)接器起到了通信傳輸?shù)闹欣^作用。監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)轉(zhuǎn)接器向各個(gè)傳感器要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，上位機(jī)與監(jiān)測(cè)裝置連接，把所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)和有關(guān)雜散電流的信息參數(shù)以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存入計(jì)算機(jī)。上位機(jī)上可以實(shí)時(shí)查詢(xún)到地鐵沿線(xiàn)雜散電流腐蝕的防護(hù)情況。圖3.7 雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成原理圖4 工程實(shí)例廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)呈東西走向，線(xiàn)路西起芳村的滘口，東至廣州開(kāi)發(fā)區(qū)的黃埔客運(yùn)港，全線(xiàn)共設(shè)24座車(chē)站，如圖4.1所示。正線(xiàn)線(xiàn)路全長(zhǎng)約31.8km，其中29.59km為地下線(xiàn)路，2km為高架線(xiàn)路，0.21k

41、m為路基或路塹線(xiàn)路。車(chē)站及區(qū)間隧道采用了明挖法、明暗結(jié)合、礦山法、沉管法、盾構(gòu)法等多種施工方法。圖4.1 廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)線(xiàn)路圖廣州地鐵五號(hào)線(xiàn)牽引供電系統(tǒng)采用直流1500V供電，正線(xiàn)的地下區(qū)段及高架線(xiàn)路全部采用三軌接觸網(wǎng)，車(chē)輛段采用柔性架空接觸網(wǎng)。由于運(yùn)營(yíng)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和其它方面因素的限制，走行軌不可能完全絕緣于道床結(jié)構(gòu)，因此不可避免地由走形軌向道床、車(chē)站和隧道結(jié)構(gòu)泄漏電流，即雜散電流。雜散電流會(huì)對(duì)土建結(jié)構(gòu)鋼筋、鋼軌、設(shè)備金屬外殼和其他地下金屬管線(xiàn)產(chǎn)生電腐蝕。由于地鐵是百年大計(jì)，雜散電流防護(hù)專(zhuān)業(yè)應(yīng)根據(jù)五號(hào)線(xiàn)牽引供電和土建結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，與相關(guān)的土建、軌道、供電、通信和信號(hào)等專(zhuān)業(yè)配合，設(shè)計(jì)可靠的防護(hù)方案，同

42、時(shí)應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，便于施工。4.1 雜散電流腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)原則及技術(shù)條件雜散電流防護(hù)設(shè)計(jì)應(yīng)按照“以堵為主，以排為輔，堵排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)”的原則設(shè)計(jì)。當(dāng)雜散電流防護(hù)與安全接地發(fā)生矛盾時(shí)，優(yōu)先考慮安全接地。雜散電流防護(hù)系統(tǒng)應(yīng)符合地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程。五號(hào)線(xiàn)工程車(chē)站的結(jié)構(gòu)形式較多，雜散電流防護(hù)與接地系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)各車(chē)站的具體結(jié)構(gòu)形式，采用合理的設(shè)計(jì)方案，以滿(mǎn)足雜散電流防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。在保證雜散電流防護(hù)系統(tǒng)成功實(shí)施的基礎(chǔ)上，盡量減少投資。4.2 牽引回流系統(tǒng)牽引回流系統(tǒng)由鋼軌、負(fù)回流電纜、上下行均流電纜以及單向?qū)ㄑb置等組成。正線(xiàn)采用60kg/m的鋼軌，車(chē)輛段除車(chē)場(chǎng)線(xiàn)采用50kg/m鋼軌外其余均采用60kg/

43、m的鋼軌。連接牽引變電所負(fù)母線(xiàn)至上下行鋼軌的負(fù)回流電纜采用400mm2截面銅電纜。各牽引變電所的負(fù)回流電纜回?cái)?shù)和每回負(fù)回流電纜根數(shù)如表4.1所示。表4.1 牽引變電所的負(fù)回流電纜回?cái)?shù)及根數(shù)表牽引變電所滘口大坦沙南東風(fēng)西路廣州火車(chē)站花園酒店楊箕負(fù)回流線(xiàn)回?cái)?shù)222222每回負(fù)回流線(xiàn)根數(shù)777788牽引變電所獵德員村黃洲魚(yú)珠港灣路文園負(fù)回流線(xiàn)回?cái)?shù)222222每回負(fù)回流線(xiàn)根數(shù)888888在正線(xiàn)各車(chē)站兩端上下行鋼軌間設(shè)置均流電纜，但在有負(fù)回流電纜的一端，上下行鋼軌間不再設(shè)均流電纜；另外，若上下行隧道有區(qū)間逃生通道，則利用該通道設(shè)置上下行均流電纜；在高架區(qū)段，區(qū)間均流電纜間隔控制在200300m左右。均流

44、電纜選擇2根150mm2截面的DC1500V銅電纜。4.3 雜散電流腐蝕防護(hù)方案4.3.1 一般防護(hù)方案(1) 限制雜散電流產(chǎn)生根源的措施 通過(guò)均流電纜的恰當(dāng)設(shè)置和對(duì)回流電纜、回流鋼軌提出一定的要求，保證通暢的回流通路。 通過(guò)對(duì)鋼軌采取絕緣法安裝及其他附加措施，增大鋼軌泄漏電阻，鋼軌泄漏電阻應(yīng)不小于15·km。(2) 雜散電流收集網(wǎng)設(shè)置方案 將整體道床和浮制板道床按一定要求焊接，作為主要雜散電流收集網(wǎng)。主收集網(wǎng)應(yīng)滿(mǎn)足一定截面要求。計(jì)算雜散電流主收集網(wǎng)截面如附錄表B2所示，再選擇整體道床收集網(wǎng)截面，為了增強(qiáng)珠江隧道的防雜散電流能力，在大坦沙南東風(fēng)西路區(qū)段收集網(wǎng)截面選取為3000mm2，

45、可使過(guò)江段隧道結(jié)構(gòu)鋼筋的極化電位限制在0.3V以下，隧道結(jié)構(gòu)鋼筋處于被絕對(duì)保護(hù)的狀態(tài)，達(dá)到了保護(hù)珠江隧道的目的，其結(jié)果如表4.2所示。 將隧道結(jié)構(gòu)鋼筋按一定要求焊接，作為隧道輔助雜散電流收集網(wǎng)。表4.2 整體道床收集網(wǎng)截面選擇結(jié)果表牽引變電所滘口大坦沙南東風(fēng)西路廣州火車(chē)站花園酒店楊箕獵德員村黃洲魚(yú)珠港灣路文園截面(mm2) 20003000200030003000300030002000200020002000 將高架橋梁每個(gè)結(jié)構(gòu)段的上層鋼筋按一定要求焊接，作為高架橋內(nèi)輔助雜散電流收集網(wǎng)。 在牽引變電所附近設(shè)置道床及隧道結(jié)構(gòu)鋼筋的排流端子，以便將雜散電流收集網(wǎng)連接至牽引變電所內(nèi)排流柜。(3)

46、牽引變電所設(shè)置排流柜方案排流柜在地鐵運(yùn)營(yíng)初期并不投入運(yùn)行，而是在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)雜散電流腐蝕狀況的監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷是否投入運(yùn)行。4.3.2 特殊區(qū)段防護(hù)方案(1) 盾構(gòu)區(qū)段防護(hù)方案盾構(gòu)區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)鋼筋采用隔離法進(jìn)行防護(hù)。隔離法充分利用了盾構(gòu)管片的結(jié)構(gòu)及安裝特點(diǎn)。由于盾構(gòu)隧道是由縱向1m多長(zhǎng)的管片構(gòu)成，盾構(gòu)管片間存在用于防水的橡膠墊圈，且盾構(gòu)管片內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋同管片之間的連接螺栓通過(guò)素混凝土隔離，這樣客觀上隔斷了盾構(gòu)管片的相互連接，使得1m多長(zhǎng)的管片內(nèi)鋼筋所收集的雜散電流數(shù)量非常小，從而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)管片內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋的鈍化腐蝕狀態(tài)，達(dá)到防護(hù)目的。(2) 過(guò)江隧道防護(hù)方案 對(duì)于過(guò)江隧道區(qū)段，由于其采

47、用了沉管的施工方法，在管道預(yù)制時(shí)應(yīng)對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)鋼筋進(jìn)行焊接，焊接要求詳見(jiàn)第4.5.3節(jié)。 在過(guò)江隧道江底區(qū)間，將道床收集網(wǎng)截面適當(dāng)加大，即對(duì)過(guò)江區(qū)間道床鋼筋留有一定的設(shè)計(jì)裕度。(3) 車(chē)輛段雜散電流防護(hù)方法 車(chē)輛段通過(guò)恰當(dāng)設(shè)置回流點(diǎn)和均流電纜來(lái)降低鋼軌電位以減少雜散電流的泄漏。 車(chē)輛段內(nèi)線(xiàn)路與正線(xiàn)之間、車(chē)輛段各種電化庫(kù)內(nèi)線(xiàn)路與庫(kù)外線(xiàn)路之間設(shè)置鋼軌絕緣結(jié)并裝設(shè)單向?qū)ㄑb置8，如圖4.2所示。 車(chē)輛段內(nèi)電化股道和非電化股道之間、電化股道盡頭線(xiàn)與車(chē)檔設(shè)備之間設(shè)置鋼軌絕緣結(jié)。圖4.2 車(chē)輛段單向?qū)ê弯撥壗^緣結(jié)布置圖4.3.3 相關(guān)設(shè)備及管線(xiàn)的防護(hù)方法(1) 沿車(chē)站站臺(tái)設(shè)2m寬絕緣層，其絕緣等級(jí)為AC

48、1000V，1min。屏蔽門(mén)安裝在絕緣層之上。屏蔽門(mén)與結(jié)構(gòu)鋼筋不應(yīng)有電氣連接。(2) 其它金屬管線(xiàn)安裝時(shí)應(yīng)與結(jié)構(gòu)鋼筋電氣隔離。4.4 雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置完備的雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以檢測(cè)結(jié)構(gòu)鋼筋、整體道床鋼筋以及鋼軌電位。通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)接器與變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)接口傳送至主控網(wǎng)絡(luò)，在車(chē)輛段主控設(shè)備房利用數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)將監(jiān)測(cè)信息由交換機(jī)傳送至微機(jī)管理系統(tǒng)，使運(yùn)營(yíng)人員可在辦公室內(nèi)直接查詢(xún)各種統(tǒng)計(jì)信息，并可打印各種管理報(bào)表。運(yùn)營(yíng)人員可根據(jù)以上結(jié)果，及時(shí)對(duì)相關(guān)區(qū)段進(jìn)行清掃和相應(yīng)的維護(hù)管理。4.4.1雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成方案廣州地鐵地鐵五號(hào)線(xiàn)雜散電流的防護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)選用雜散電流集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

49、示意圖如附錄C所示。雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由參考電極、道床收集網(wǎng)測(cè)試端子、隧道輔助收集網(wǎng)測(cè)試端子、傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器、通信電纜及雜散電流綜合測(cè)試裝置組成，具體構(gòu)成方式如下：在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)，將參考電極端子和測(cè)試端子接至傳感器，將該車(chē)站區(qū)段內(nèi)的上下行傳感器通過(guò)通信電纜分別連接到位于各車(chē)站的上下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器。傳感器采集數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接器通過(guò)通信電纜傳輸至變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，經(jīng)主控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)到車(chē)輛段控制室的微機(jī)管理系統(tǒng)。4.4.2 測(cè)試端子設(shè)置原則(1) 在地下車(chē)站范圍內(nèi)，車(chē)站站臺(tái)的兩端進(jìn)出站附近的道床和隧道壁上分別設(shè)置1個(gè)測(cè)試端子。(2) 隧道區(qū)間范圍內(nèi)，靠近車(chē)站250m的道床和隧道壁上分別設(shè)置1個(gè)測(cè)試端子

50、。(3) 高架區(qū)段，在車(chē)站站臺(tái)的兩端進(jìn)出站附近的道床上設(shè)置1個(gè)測(cè)試端子。(4) 高架區(qū)段，在靠近站臺(tái)250m的道床上設(shè)置1個(gè)測(cè)試端子。(5) 在盾構(gòu)區(qū)間隧道內(nèi)，只在道床上設(shè)置測(cè)試端子。(6) 上下行線(xiàn)路分別按照上述原則設(shè)置測(cè)試端子。4.4.3 參考電極設(shè)置原則(1) 參考電極采用技術(shù)性能較好的氧化鉬或硫酸銅參考電極。(2) 對(duì)應(yīng)每個(gè)測(cè)試端子，在相距不超過(guò)1m的范圍內(nèi)，設(shè)置1個(gè)參考電極。4.4.4 雜散電流防護(hù)系統(tǒng)的日常維護(hù)措施線(xiàn)路正式開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后，利用綜合測(cè)試裝置記錄高峰小時(shí)整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋和車(chē)站隧道結(jié)構(gòu)鋼筋相對(duì)周?chē)炷两橘|(zhì)電位，以此電位作為判斷有無(wú)雜散電流對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕的依據(jù)，如測(cè)試到某段結(jié)

51、構(gòu)鋼筋電位超過(guò)0.5V的標(biāo)準(zhǔn)，則應(yīng)對(duì)鋼軌回路及鋼軌泄漏電阻進(jìn)行測(cè)試檢查，針對(duì)測(cè)試結(jié)果，檢查引起雜散電流超標(biāo)的原因：若是鋼軌回流系統(tǒng)出現(xiàn)電氣導(dǎo)通“斷點(diǎn)”所引起，則應(yīng)及時(shí)將“斷點(diǎn)”處連接至符合設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)；若是某處鋼軌泄漏電阻太小，則應(yīng)檢查鋼軌是否為積水、灰塵污染或鋼軌安裝絕緣設(shè)備損壞引起，并及時(shí)清掃或?qū)^緣設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。在線(xiàn)路正式投入運(yùn)營(yíng)后，每月應(yīng)定期對(duì)全線(xiàn)軌道線(xiàn)路清掃，保持線(xiàn)路清潔干燥。如果全線(xiàn)鋼軌泄漏電阻普遍降低，簡(jiǎn)單清掃或維護(hù)不能解決問(wèn)題，則應(yīng)將牽引變電所的排流柜投入運(yùn)行，使雜散電流收集網(wǎng)與整流機(jī)組負(fù)極柜單向連通，保護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋免受雜散電流腐蝕9。4.5 雜散電流腐蝕防護(hù)對(duì)各專(zhuān)業(yè)的要求4.5

52、.1 對(duì)牽引供電專(zhuān)業(yè)的要求(1) 牽引變電所負(fù)回流電纜應(yīng)與鋼軌可靠焊接，其根數(shù)不少于2根，且應(yīng)具有足夠的導(dǎo)電截面，當(dāng)1根電纜故障時(shí)，其余電纜也能滿(mǎn)足導(dǎo)電截面要求。(2) 在車(chē)站兩端和區(qū)間適當(dāng)位置的上下行軌道間設(shè)均流電纜。負(fù)回流電纜及均流電纜與鋼軌連接的具體位置及連接方式需與信號(hào)和軌道專(zhuān)業(yè)共同協(xié)商解決。(3) 牽引變電所直流開(kāi)關(guān)柜、整流柜和負(fù)極柜等設(shè)備均應(yīng)采用絕緣法安裝。4.5.2 對(duì)軌道專(zhuān)業(yè)的要求(1) 走行回流鋼軌選用60kg/m鋼軌，并焊接成長(zhǎng)鋼軌，鋼軌接頭電阻應(yīng)小于3m長(zhǎng)的回流鋼軌阻值，以減少回流阻抗。若采用短鋼軌，用魚(yú)尾板螺栓連接，則兩根鋼軌之間必須加焊1根截面為120mm2以上的絕緣

53、銅電纜。(2) 電化線(xiàn)路中的道岔與轍岔的連接部位應(yīng)設(shè)置2根銅引連接線(xiàn)，每根截面不少于120mm2，銅引線(xiàn)與鋼軌間應(yīng)可靠焊接，接頭電阻不應(yīng)超過(guò)1m長(zhǎng)完整鋼軌的電阻值。(3) 軌道絕緣分段的設(shè)置 出入段線(xiàn)與正線(xiàn)間，停車(chē)庫(kù)內(nèi)線(xiàn)路與庫(kù)外線(xiàn)間設(shè)鋼軌絕緣結(jié)，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)單向?qū)ㄑb置；檢修庫(kù)線(xiàn)路與庫(kù)外線(xiàn)路間設(shè)鋼軌絕緣結(jié)。 盡頭線(xiàn)每條軌道的車(chē)擋裝置與電化股道間應(yīng)進(jìn)行絕緣分段。 所有的電化與非電化區(qū)段應(yīng)進(jìn)行絕緣分段。(4) 鋼軌采用絕緣法安裝在軌道與混凝土軌枕之間、在緊固螺栓、道釘與混凝土軌枕之間及扣件與混凝土軌枕之間采取絕緣措施，加強(qiáng)軌道對(duì)道床絕緣，以減少鋼軌泄漏電流。鋼軌與道床間泄漏電阻應(yīng)不小于15&#

54、183;km。上述要求可用以下方法中的一種或幾種來(lái)實(shí)現(xiàn)： 鋼軌下加絕緣墊。 使用絕緣扣件。 鋼軌采用絕緣套管固定安裝。 軌枕下加絕緣墊。 道岔處加強(qiáng)絕緣。 在有導(dǎo)軌處，導(dǎo)軌與走行軌之間應(yīng)絕緣。(5) 道岔采用絕緣扣件。道岔轉(zhuǎn)轍裝置的控制電纜的金屬外鎧裝與道岔本體之間應(yīng)具有絕緣措施。(6) 鋼軌底部與道床之間間隙不得小于30mm。(7) 利用整體道床和浮制板道床內(nèi)結(jié)構(gòu)鋼筋，形成道床雜散電流收集網(wǎng)，收集網(wǎng)的截面應(yīng)滿(mǎn)足4.3.1節(jié)的要求。被選做收集網(wǎng)的結(jié)構(gòu)鋼筋應(yīng)均勻分布，以增加雜散電流收集效果。每段整體道床和浮制板道床內(nèi)的縱向鋼筋如有搭接，必須進(jìn)行搭接焊。整體道床內(nèi)的橫向鋼筋應(yīng)電氣連續(xù)，若有搭接，應(yīng)

55、進(jìn)行搭接焊。焊接長(zhǎng)度不小于30mm。隧道內(nèi)沿整體道床和浮制板道床縱向每隔50m由1根25mm以上的鋼筋橫向鋼筋將5根縱向鋼筋焊接在一起，并使上下兩層收集網(wǎng)鋼筋用2根20mm以上的鋼筋跨接焊成一體，如圖4.3所示10；高架區(qū)段，每個(gè)結(jié)構(gòu)段的長(zhǎng)度在34m，因此將整體道床相鄰結(jié)構(gòu)段第一排橫向鋼筋與所有的收集網(wǎng)縱向鋼筋焊接。在上下行整體道床內(nèi)上層各選擇兩根縱向鋼筋（排流條）與結(jié)構(gòu)段內(nèi)所有內(nèi)表層橫向鋼筋焊接。(a) 收集網(wǎng)鋼筋 (b) 收集網(wǎng)的鋪設(shè)圖4.3 地鐵區(qū)間隧道道床迷流收集網(wǎng)的鋪設(shè)每段道床的兩端第一排橫向鋼筋應(yīng)與所有縱向鋼筋焊接，并在道床的左右兩側(cè)引出連接端子，連接端子采用50×5的扁

56、銅。道床沉降縫兩側(cè)的連接端子通過(guò)95mm2的銅絞線(xiàn)連接，使全線(xiàn)道床收集網(wǎng)電氣連續(xù)。(8) 在有牽引變電所的車(chē)站，整體道床或浮制板道床內(nèi)收集網(wǎng)鋼筋應(yīng)引出排流端子，以備將來(lái)與牽引變電所內(nèi)的排流柜連接。排流端子可以利用靠近牽引變電所的伸縮縫連接端子。4.5.3 對(duì)主體結(jié)構(gòu)的要求(1) 地鐵主體結(jié)構(gòu)的防水層，必須具有良好的防水性能和電氣絕緣性能。(2) 在車(chē)站和隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)有暢通的排水措施，不允許有積水現(xiàn)象。(3) 利用車(chē)站和地下隧道結(jié)構(gòu)鋼筋的可靠電氣連接，建立隧道輔助雜散電流收集網(wǎng)，具體要求如下11： 車(chē)站結(jié)構(gòu)鋼筋要求車(chē)站的底板、中板和頂板橫向結(jié)構(gòu)鋼筋應(yīng)電氣連續(xù)，若有搭接，應(yīng)進(jìn)行搭接焊，并和車(chē)站邊墻的豎筋相焊接。車(chē)站縱向鋼筋應(yīng)電氣連續(xù)，若有搭接，應(yīng)進(jìn)行搭接焊。車(chē)站內(nèi)每隔5m選用底板、中板和頂板內(nèi)表層的1根橫向鋼筋和所有縱向鋼筋焊接。車(chē)站中間的變形縫兩側(cè)采用50