城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿朗艿罔F雜散電流危害防護(hù)與監(jiān)測

1引言目前我國城市地鐵供電系統(tǒng)基本上都是以走行軌為回流通路的直流牽引供電系統(tǒng)，由于走行軌不可能完全絕緣于道床結(jié)構(gòu)，鋼軌不可避免地向道床及其它結(jié)構(gòu)泄漏電流，這種電流就是雜散電流，也稱為地中迷流，這種雜散電流對土建結(jié)構(gòu)鋼筋、設(shè)備金屬外殼及其它地下金屬管線產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕，即雜散電流腐蝕口。地鐵雜散電流腐蝕激烈和集中在局部的特點(diǎn)，往往會導(dǎo)致地下金屬管道出現(xiàn)電蝕穿孔的現(xiàn)象,從而引發(fā)安全事故。更是一個(gè)城市的生命線，然而地鐵雜散電流腐蝕已經(jīng)成為城市地下燃?xì)夤艿佬孤┑木薮箅[患。因此針對地鐵雜散電流對城市地下燃?xì)夤艿牢：Φ姆雷o(hù)與監(jiān)測問題進(jìn)行研究，具有十分重要的意義。2地鐵雜散電電流的產(chǎn)生與腐蝕原理城市地鐵（輕軌）主要采用1500V或750V直流供電方式牽引，以架空的接觸網(wǎng)或者第三軌供電作為正極，以行走軌道作為負(fù)極回流導(dǎo)體口。地鐵牽引電流（I）從變電站正極送出經(jīng)過架空接觸線進(jìn)trc入列車，然后由鋼軌流回變電站負(fù)極，這樣構(gòu)成回路。由于鋼軌縱向電阻的存在，在回流鋼軌中電流I由高電位流向低電位，這T樣鋼軌與大地之間就形成了電位差（簡稱鋼軌電壓），盡管在鋪設(shè)鋼軌時(shí)對鋼軌與大地之間采取了一些絕緣措施，但鋼軌與大地之間并非絕對絕緣，而是存在一定的過渡電阻，鋼軌電壓與對地過渡電阻的存在必然導(dǎo)致對大地的泄漏電流18，即雜散電流［］。泄漏到大地中的地鐵雜散電流會流向附近的埋地燃?xì)夤艿?，流?jīng)管道后會再次流出進(jìn)入大地，最終這些雜散電流回到地鐵變電站負(fù)極，從而形成另一回路系統(tǒng)。通常地鐵雜散電流進(jìn)入燃?xì)夤艿赖膮^(qū)域帶有負(fù)電荷，這一區(qū)域稱為陰極區(qū)，位于陰極區(qū)的管道會得到一定的保護(hù)，但若陰極區(qū)的電位值過負(fù)時(shí)，可能會造成管道防腐層剝離更甚至導(dǎo)致高強(qiáng)度鋼管道的氫致開裂危害；而當(dāng)雜散電流由管道的某一防腐層漏點(diǎn)流出時(shí)，該區(qū)域管道帶有正電荷，這一區(qū)域成為陽極區(qū)，處于陽極區(qū)的管道受到嚴(yán)重的雜散電流腐蝕，危及管道設(shè)施安全。3地鐵雜散電電流腐蝕危害地鐵雜散電流腐蝕強(qiáng)度大，危害大，其腐蝕特點(diǎn)如下：a.腐蝕激烈；b.腐蝕集中于局部位置；c.有防腐層時(shí)，往往集中于防腐層的缺陷部位口。地鐵雜散電流腐蝕多表現(xiàn)為孔蝕形態(tài)，其腐蝕速率比一般自然腐蝕要大幾個(gè)數(shù)量級，該腐蝕一旦發(fā)生，速度相當(dāng)驚人。根據(jù)Faraday電解第一定律可得到：在自然條件下，1A地鐵雜散電流可以在1年內(nèi)腐蝕掉9.13kg鋼鐵或33.5kg鉛口，如果換算成1mA的地鐵雜散電流作用在1cm2燃?xì)夤艿婪栏瘜悠茡p點(diǎn)上，腐蝕速率非常驚人，1年可腐蝕深度11.68mm，超出多數(shù)燃?xì)夤艿赖谋诤?，從而造成腐蝕穿孔泄露事故。查閱相關(guān)資料,北京地鐵1號線采用DC750V接觸軌供電牽引，列車啟動和運(yùn)行時(shí)流入大地的電流值要大于100A，深圳地鐵采用的是DC1500V，流入大地的電流值大于150A⑵。目前我國開通地鐵線的城市（北京、上海、廣州、深圳、天津、南京、昆明等）均出現(xiàn)了不同程度的地鐵雜散電流腐蝕問題，我國南方及沿海城市的地下燃?xì)夤艿烂媾R地鐵雜散電流腐蝕的問題更為嚴(yán)重，廣州地鐵開通之后，廣州市區(qū)燃?xì)夤艿罁屝蘖?0年增加近10倍。因此防止地鐵中雜散電流對埋地燃?xì)夤艿赖母g是十分重要的。4防護(hù)與監(jiān)測措施針對解決已投運(yùn)地鐵對燃?xì)夤艿赖碾s散電流腐蝕問題，要從地鐵與管道雙方入手治理。地鐵方須定期清掃軌道線路，及時(shí)消除道床積水，保持道床處于清潔干燥狀態(tài)，保持走行軌絕緣水平良好⑷；同時(shí)根據(jù)地鐵雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)的報(bào)警信息，及時(shí)處理地鐵線路異常現(xiàn)象。即使地鐵線路日常運(yùn)行維護(hù)的很好還是不可避免的會產(chǎn)生雜散電流，這就要求管道方必須加強(qiáng)自身防控治理措施。管道方的地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)原則：以“堵”為主，以“排”為輔，“堵”與“排”相結(jié)合，同時(shí)加強(qiáng)日常“監(jiān)測”的管理工作。“堵”一一把管道上所有雜散電流可能流入的點(diǎn)盡可能堵住，或通過分段絕緣增大管道縱向電阻，讓雜散電流盡可能少的流入管道。主要措施有：對管道防腐層漏點(diǎn)查找修復(fù)；將管線上所有直連陽極斷開或加裝單向?qū)ㄅ帕鞴?jié)；對受干擾管線上絕緣裝置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)絕緣失效、漏電問題立即修復(fù)；對長管道進(jìn)行分段絕緣，增大整體縱向電阻?！芭拧币灰粚⒘魅牍艿赖牡罔F雜散電流排出，引回至地鐵回流軌或變電站負(fù)極；或者給受干擾管道施加一個(gè)與雜散電流極性相反的電流，將雜散電流影響抵消。主要措施有：接地排流、直接排流、極性排流、強(qiáng)制排流等?！氨O(jiān)測”一一必須加強(qiáng)地鐵雜散電流對燃?xì)夤艿栏蓴_狀況的日常監(jiān)測。管道與地鐵二者自身或周邊設(shè)施或環(huán)境發(fā)生變化，都可能會導(dǎo)致管道原有的防護(hù)系統(tǒng)部分或全部失效，尤其是管道周邊又有其他新建地鐵線或者管道投運(yùn)的情形。還有隨著地鐵運(yùn)行年限的延長，軌道與大地間的絕緣會逐漸老化造成雜散電流泄漏量增大，同樣管道防腐層也會逐漸老化造成雜散電流流入量增大，上述情況均會導(dǎo)致管道原有雜散電流防護(hù)措施不能滿足使用要求。加強(qiáng)日常監(jiān)測不僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、隱患，同時(shí)也為開展“堵”和“排”的工作提供了科學(xué)依據(jù)。主要措施：創(chuàng)建智能陰極保護(hù)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)，在線監(jiān)測地鐵雜散電流對燃?xì)夤艿栏蓴_動態(tài)變化。因此，“堵”、“排”與“監(jiān)測”三者是相輔相成的關(guān)系，“堵”與“排”是管道本身治理雜散電流腐蝕的關(guān)鍵，而“監(jiān)測”則是管道雜散電流防護(hù)系統(tǒng)的檢驗(yàn)、守護(hù)與預(yù)警者。下面以案例分析的形式直觀介紹一下管道雜散電流防護(hù)治理的“堵”、“排”與“監(jiān)測”三個(gè)重要環(huán)節(jié)。5案例介紹在東部沿海城市有一條新建地鐵線路與周邊一條在役埋地燃?xì)夤艿来嬖诮徊姘樾鞋F(xiàn)象。燃?xì)夤艿烙?004年投運(yùn)，管道長約32km，主材為L245螺旋焊縫鋼管，規(guī)格為①355.6X7.1mm，外防腐采用3PE加強(qiáng)級防腐層，陰極保護(hù)采用強(qiáng)制電流與犧牲陽極聯(lián)合保護(hù)方式，陰保站設(shè)在燃?xì)忾T站內(nèi)。新建地鐵線于2018年投運(yùn)，采用1500V直流供電方式牽引，與管道交叉伴行的地鐵段全部采用的地下隧道通行方式。燃?xì)夤艿琅c地鐵線存在2處垂直交叉與1處伴行，其中伴行管段長約10km（其中650m兩者線路重合），伴行間距平均為350m。地鐵投運(yùn)以后管道受到嚴(yán)重的地鐵雜散電電流干擾，陰保電位會出現(xiàn)嚴(yán)重漂移現(xiàn)象，波動頻率大，干擾嚴(yán)重位置波動幅度高達(dá)15V（如圖3），陰極保護(hù)系統(tǒng)基本癱瘓。經(jīng)調(diào)查測試發(fā)現(xiàn)該管線從門站起約20km管段受到較嚴(yán)重的雜散電流影響，對該管段12處測試樁測得的斷電電位普遍在-0.4v~-0.7V之間，陰極保護(hù)明顯不達(dá)標(biāo)，管道受到雜散電流腐蝕侵害，必須采取防護(hù)措施?！岸隆贬槍υ摴艿栏蓴_狀況首先采取“堵”的措施：管道全線外防腐層進(jìn)行漏點(diǎn)查找與修復(fù)、管線路犧牲陽極查找及斷開、絕緣系統(tǒng)檢查與漏電處理。ACVG與DCVG是最常用的兩種管道防腐層檢測技術(shù)，地鐵直流雜散電流會對DCVG檢測技術(shù)產(chǎn)生干擾影響，故城市軌道附近的埋地管道防腐層檢測常采用ACVG技術(shù)。通過PCM對受干擾的32km燃?xì)夤艿廊鏅z測發(fā)現(xiàn)：一類漏點(diǎn)(〉60dB)4個(gè)、二類漏點(diǎn)(50dB~60dB)3個(gè)、三類漏點(diǎn)(40dB~50dB)10個(gè)、其他漏點(diǎn)(〈40dB)4個(gè)，共計(jì)21個(gè)防腐層破損點(diǎn)，其中一類漏點(diǎn)中含2個(gè)疑似犧牲陽極點(diǎn)。針對防腐層漏點(diǎn)采用粘彈體纏繞+聚丙烯增強(qiáng)纖維膠帶周向纏繞搭接保護(hù)方式進(jìn)行了修復(fù)，同時(shí)對管線路查找出的所有犧牲陽極進(jìn)行了摘除或單向隔離處理。采用電位法與直接測量法兩種方法來評價(jià)判斷受干管線上絕緣裝置的絕緣有效性，其中站場、閥室及閥井內(nèi)的絕緣裝置作為重點(diǎn)排查對象。在排查過程發(fā)現(xiàn)燃?xì)忾T站絕緣接頭測試樁內(nèi)保護(hù)端與非保護(hù)端測試線存在搭接問題，不僅導(dǎo)致90%陰保電流流失到站內(nèi)工藝區(qū)管道及接地網(wǎng)，而且增加雜散電流的流入，對搭接進(jìn)行斷開處理后，恒電位儀儀輸出電流由原來的15A左右降至1A?！芭拧背Ｓ玫呐帕鞅Ｗo(hù)方式可分為接地排流、直接排流、極性排流和強(qiáng)制排流等，見表1口。表1常用的排流保護(hù)方式方式接地排流直接排流極性排流強(qiáng)制排流

原理示意圖適用范圍適用于管道陽極區(qū)較穩(wěn)定且不能直接向干擾源排流的場合適用于管道陽極區(qū)較穩(wěn)定且可以直接向干擾源排流的場合，此方式使用時(shí)須征得干擾源方同意適用于管道陽極區(qū)不穩(wěn)定的場合。如果向干擾源排流，被干擾管道需位于干擾源的負(fù)回歸網(wǎng)絡(luò)附近，且須征得干擾源方同意適用于管道與干擾源電位差較小的:合,或者位于交變的管道。如果向干源排流，被干擾管需位于干擾源的負(fù)回歸網(wǎng)絡(luò)附近，且征得干擾源方同;根據(jù)前期對該燃?xì)夤艿朗芨蓴_狀況的調(diào)查測試結(jié)果，在“排”的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)采用強(qiáng)制排流與極性排流相結(jié)合的排流方式。直接向干擾源排流須將排流系統(tǒng)連接到地鐵供電系統(tǒng)的負(fù)回歸線上，目前這種做法在國內(nèi)還沒有實(shí)際應(yīng)用案例，技術(shù)也不夠成熟，風(fēng)險(xiǎn)不可控而且實(shí)施起來難度大。在此，選擇通過人為在管道旁邊設(shè)置排流接地體創(chuàng)造低電阻通道的方法排流（如圖4、5），這種做法技術(shù)成熟而且國內(nèi)有較多的應(yīng)用案例，效果基本可控，實(shí)施過程及后期運(yùn)行不需要地鐵方配合，管理便捷。圖4強(qiáng)制排流系統(tǒng)示意圖5極性排流系統(tǒng)示意圖本案例中強(qiáng)制排流系統(tǒng)也可稱為強(qiáng)制電流陰保系統(tǒng)（簡稱“強(qiáng)排站”），它可有效的抵消地鐵雜散電流對管道產(chǎn)生的正電位影響，使大部分受干擾管段陰保效果達(dá)到要求。極性排流系統(tǒng)引流驅(qū)動電壓小，排流效果有限，適宜在干擾比較嚴(yán)重的管段設(shè)置，起輔助排流作用；在該項(xiàng)目中極性排流系統(tǒng)由大型排流地床（由12支鋅陽極并聯(lián)組成）和極性排流器組成，其中極性排流器起到單向?qū)ㄗ饔?，可避免外界雜散電流通過排流地床反向流入管道。通過現(xiàn)場排流試驗(yàn)、饋電試驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)排流系統(tǒng)數(shù)量與位置，確定出強(qiáng)排站采用原有門站陰保站，對門站原有陰保站進(jìn)行檢修并更換抗干能力強(qiáng)的智能恒電位儀，使該系統(tǒng)正常運(yùn)行起來，并且在管線路干擾嚴(yán)重位置（主要在交叉點(diǎn)與伴行段）設(shè)置6處極性排流點(diǎn)，排流系統(tǒng)布局如圖6：圖6排流防護(hù)系統(tǒng)布置示意圖“監(jiān)測”受地鐵雜散電流干擾管道的陰保電位會出現(xiàn)嚴(yán)重漂移現(xiàn)象，波動頻率大、波幅高，靠傳統(tǒng)的人工測試來評價(jià)管道保護(hù)效果不僅技術(shù)難度大、準(zhǔn)確度低而且效率低下，達(dá)不到及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警理想效果。近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)、通訊、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，管道陰極保護(hù)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。為了更好、更準(zhǔn)確的評價(jià)雜散電流治理效果及加強(qiáng)雜散電流對管道干擾動態(tài)監(jiān)測，在該環(huán)節(jié)創(chuàng)建了智能陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)（如圖7）,該系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)（GIS）為管理平臺，采用GPRS無線通訊技術(shù)（2G/3G/4G）將管線路各個(gè)監(jiān)測裝置采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至指定中心服務(wù)器上。系統(tǒng)主要包括硬件、軟件及通訊模塊，其中硬件包含：智能恒電位儀、智能測試樁等。河南匯龍合金材料有限公司劉珍河南匯龍合金材料有限公司劉珍河南匯龍合金材料有限公司劉珍圖7陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)示意圖圖8陰保遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)基本功能展示案例中監(jiān)測工作的具體實(shí)施內(nèi)容：在受干擾管線由路設(shè)置20個(gè)智能監(jiān)測樁，采集上傳管道通電電位、斷電電位、自然電位、交/直流干擾電壓及電流密度等數(shù)據(jù)參數(shù)，同時(shí)具備雜散電流異常觸發(fā)連續(xù)密間隔采集功能。在燃?xì)忾T站設(shè)置1臺智能恒電位儀，該設(shè)備可將其輸出電壓、輸出電流、保護(hù)電位、報(bào)警狀態(tài)、備機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)實(shí)時(shí)上傳至軟件平臺服務(wù)器，同時(shí)軟件平臺也可對其進(jìn)行電位電流調(diào)節(jié)、備機(jī)切換、開關(guān)機(jī)、斷電測量、超差復(fù)位等遠(yuǎn)程控制操作。在控制中心布署一套智能陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件系統(tǒng)(如圖10)，該系統(tǒng)軟件含數(shù)據(jù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控、系統(tǒng)運(yùn)行狀況、分析統(tǒng)計(jì)、異常報(bào)警、故障診斷、設(shè)備管理、報(bào)表打印及系統(tǒng)管理九大功能模塊。圖9現(xiàn)場智能樁與智能恒電位儀照片圖10智能陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控軟件系統(tǒng)展示4.4防護(hù)效果評價(jià)（1）陰極保護(hù)有效性評價(jià)排流防護(hù)措施實(shí)施后，查看陰極保護(hù)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)對受干擾管段12個(gè)測試點(diǎn)監(jiān)測的通/斷電電位數(shù)據(jù)與效果評價(jià)見表2：表2受干擾管段12個(gè)測試點(diǎn)通/斷電電位數(shù)據(jù)與效果評價(jià)表智能樁編號通電電位（V）斷電電位（V）防護(hù)效果評價(jià)最大值最小值平均值最大值最小值平均值57#-0.843-2.056-1.316-0.929-1.253-1.115良好58#-1.141-2.054-1.318-0.882-1.247-1.082良好59#-0.737-1.565-1.231-0.891-1.239-1.055良好60#-0.844-2.265-1.329-0.966-1.257-1.108良好61#-0.733-2.153-1.175-0.903-1.266-1.050良好62#-0.676-1.997-1.206-0.836-1.259-0.948良好64#-0.743-1.959-1.21864#-0.743-1.959-1.218-0.853-1.213-0.945好66#-0.525-2.472-1.249-0.838良-1.301-1.097好67#-0.348-2.622-1.315-0.858相關(guān)文章?試論高速鐵路工務(wù)維修養(yǎng)護(hù)相關(guān)問…?習(xí)近平總書記關(guān)于生態(tài)文明建設(shè)重…?綜合物探方法在探查2-2煤層附近…?東昆侖造山帶低山

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