雜散電流培訓(xùn)資料

雜散電流培訓(xùn)資料中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司大連地鐵供電線路工程項(xiàng)目經(jīng)理部2013年4月雜散電流防護(hù)系統(tǒng)介紹

1、雜散電流的產(chǎn)生地鐵一般采用電壓等級為直流1500V/750V牽引的供電方式,一般接觸網(wǎng)(或第三軌)為正極,而走行軌兼作負(fù)回流線。直流牽引供電系統(tǒng)在理想狀況下，牽引電流由牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由接觸網(wǎng)、電客車和走形軌流回牽引變電所的負(fù)極。由于走行軌存在著電氣阻抗,牽引電流在剛軌中產(chǎn)生壓降,并且走形軌對地存在著電位差,對道床、周圍土壤介質(zhì)、地下建筑物、埋設(shè)管線存在著一定的泄漏電流,泄漏電流沿地下建筑物、埋設(shè)管線等介質(zhì)至負(fù)回饋點(diǎn)附近重新歸入鋼軌,此泄漏電流即稱迷流,又稱地鐵雜散電流，如下圖所示。

走形軌鋪設(shè)在軌枕、道碴上，由于軌枕等的對地絕緣不良和大地的導(dǎo)電性能，地下的雜散電流流入大地，然后在某個地方有重新流回鋼軌和牽引變電所的負(fù)極。在走行軌附近埋有地下金屬管道和其他任何金屬結(jié)構(gòu)時，雜散電流的一部分就會由導(dǎo)電的金屬體上流過。此時鋼軌和地下金屬各點(diǎn)對大地的電位分布如下圖所示。

2、雜散電流的危害（1）地鐵迷流主要是對地鐵周圍的埋地金屬管道、電纜金屬鎧裝外皮以及車站和區(qū)間隧道主體結(jié)構(gòu)中的鋼筋發(fā)生電化學(xué)腐蝕,它不僅能縮短金屬管線的使用壽命,而且還會降低地鐵鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性,甚至釀成災(zāi)難性的事故。如煤氣管道的腐蝕穿孔造成煤氣泄漏、隧道內(nèi)水管腐蝕穿孔而被迫更換等。另外,地鐵迷流同時也對地鐵沿線城市公用管線和結(jié)構(gòu)鋼筋產(chǎn)生“雜散電流腐蝕”,影響地鐵以外沿線公共設(shè)施的安全及壽命。（2）若鋼軌(走行軌)局部或整體對地的絕緣變差，則此鋼軌(走行軌)對大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大，這時有可能引起牽引變電所的框架保護(hù)動作。而框架保護(hù)動作，則整個牽引變電所的斷路器會跳閘，全所失電，同時還會聯(lián)跳相鄰牽引變電所對應(yīng)的饋線斷路器，從而造成較大范圍的停電事故，影響地鐵的正常運(yùn)營。

3、雜散電流分布情況在雜散電流直接泄漏到大地的情況下，軌道電壓，軌道電流，泄漏的雜散電流總量以及軌道與大地之間的跨接電流分布的一般規(guī)律：（1）軌道電壓：從變電所到機(jī)車處，軌道電壓逐漸增加，在變電所為負(fù)的最大值，在機(jī)車處為正的最大值，在機(jī)車與變電所中間位置為零；

（2）軌道電流：從變電所到機(jī)車處軌道電流先減小后增加，以變電所和機(jī)車處軌道電流最大且相等，以機(jī)車與變電所中點(diǎn)對稱，在機(jī)車與變電所的中點(diǎn)處最小，此處的軌道電流損失最嚴(yán)重；（3）泄漏雜散電流總量：從變電所到機(jī)車處泄漏雜散電流總量先增加后減少，在變電所和機(jī)車處為零，在機(jī)車與變電所的中點(diǎn)處最大，此處泄漏的雜散電流最大，整個分布規(guī)律也是以機(jī)車與變電所中點(diǎn)對稱。

4、雜散電流的防護(hù)與監(jiān)測雜散電流防護(hù)是一個綜合性工程，實(shí)施中涉及到各個專業(yè)。當(dāng)前雜散電流防護(hù)設(shè)計(jì)方法主要是防、排、堵結(jié)合的方法：首先在設(shè)計(jì)階段就要將產(chǎn)生雜散電流的各種因素全面考慮，如變電所位置的設(shè)置、軌道絕緣指標(biāo)、供電距離等即為‘防’：其次是控制雜散電流產(chǎn)生的源頭，減少雜散電流產(chǎn)生的數(shù)量，即為‘堵’；再次就是對已產(chǎn)生的雜散電流采取排流或其它方法減少其腐蝕危害，即為‘排’。下面主要介紹‘排’和‘堵’的方法。

（1）控制雜散電流的產(chǎn)生通過上述的研究規(guī)律，地鐵交通系統(tǒng)可通過如下措施減少雜散電流的產(chǎn)生。

1）減小鋼軌阻抗地鐵列車走行鋼軌同時作為牽引列車電流回流用，因此鋼軌阻抗越小，從鋼軌向外流失的雜散電流也越小，減少鋼軌阻抗的有效辦法是采用長鋼軌，鋼軌越長，鋼軌接頭就越少，鋼軌的阻抗也就越小。對鋼軌接頭除了用魚尾板螺栓連接外，再在兩根鋼軌之間用2根150mm2以上的絕緣銅電纜連接。

2）走行鋼軌采用點(diǎn)支承減少鋼軌與地面的接觸面也是減少雜散電流的方法之一，為此走行鋼軌采用點(diǎn)支承，即用混凝土軟枕作為支承。

3）鋼軌與地絕緣鋼軌與地絕緣越好，雜散電流也就越小，為此在鋼軌與混凝土軟枕之間、緊固用螺栓與混凝土軟枕之間、扣件與混凝土軟枕之間采取絕緣，設(shè)置專門的絕緣層，要求每公里軌道對雜散電流收集網(wǎng)的泄漏電阻值大于10Ω。

4）設(shè)置雜散電流收集網(wǎng)雜散電流收集網(wǎng)由上、下兩排縱向鋼筋組成，雜散電流收集網(wǎng)與隧道的結(jié)構(gòu)鋼筋間應(yīng)絕緣，不能相連。雜散電流收集網(wǎng)在每個牽引變電所的兩個端頭設(shè)引出端子，用以測量和收集雜散電流。

5）減小變電所之間的距離供電距離越短，軌道泄漏電流和軌道電壓越低，雜散電流越小，對結(jié)構(gòu)件筋或金屬管線產(chǎn)生的腐蝕也就越小。因此，在和置牽引變電所位置時應(yīng)適當(dāng)考慮減小變電所距離，接觸網(wǎng)采用雙邊供電，盡量不采用單邊供電方式。

6）埋地金屬管線絕緣安裝安裝在地鐵沿線的各種電纜、水管等金屬結(jié)構(gòu)件，應(yīng)采用絕緣安裝。（2）雜散電流的監(jiān)測由于無法對地鐵雜散電流進(jìn)行直接測量，通常都采用間接的辦法來反映雜散電流對結(jié)構(gòu)件的腐蝕情況。遭受雜散電流腐蝕程度的指標(biāo)，是由結(jié)構(gòu)件表面向周圍泄漏的電流密度來確定的。實(shí)際應(yīng)用中由于電流密度難以直接進(jìn)行測量，只有通過測量結(jié)構(gòu)件電位極化偏移進(jìn)行判斷。地鐵雜散電流檢測系統(tǒng)由傳感器、參考電極、檢測系統(tǒng)組成，監(jiān)測的主要參數(shù)有軌道電位、結(jié)構(gòu)件的極化電位、軌地過渡電阻和軌道縱向電阻等。

《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》(CJJ49—92)規(guī)定，必須測量結(jié)構(gòu)件極化電壓正向偏移平均值，以及走行軌與結(jié)構(gòu)件之間電壓的變化情況。為此，必須設(shè)置完備的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測主體結(jié)構(gòu)件是否遭受雜散電流腐蝕，以便及時采取措施，確保軌道交通主體結(jié)構(gòu)及周邊設(shè)施的安全。

1）現(xiàn)有監(jiān)測方案

a、利用排流柜進(jìn)行監(jiān)測排流柜安裝在牽引變電所內(nèi)，所采集的數(shù)據(jù)是回流點(diǎn)處的數(shù)據(jù)。機(jī)車在牽引變電所之問運(yùn)行時，兩牽引變電所間從軌道泄入結(jié)構(gòu)中的雜散電流是不同的，從而引起沿線不同地點(diǎn)的結(jié)構(gòu)件的極化電位不同。因此，回流點(diǎn)鋼筋極化電位小于0.5V，并不能確保兩牽引變電所所有結(jié)構(gòu)件極化電位均小于0.5V；同樣，若回電點(diǎn)極化電位大于0.5V(超過cJJ49—92標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求)，也并不表示兩牽引變電所間的極化電位均超過0.5V。這樣勢必影響對雜散電流超標(biāo)與否的正確判斷，有礙及時準(zhǔn)確地判斷雜散電流增大的原因。另外，該方法所采集數(shù)據(jù)模擬量傳輸距離太長，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)程規(guī)定(10m)的要求，有礙精確數(shù)據(jù)的采集。

b、分散式雜散電流監(jiān)測該系統(tǒng)由參考電極、接線盒、信號測量電纜、測試箱、綜合測試裝置和微機(jī)管理系統(tǒng)組成。其構(gòu)成示意圖如下圖所示。

分散式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)其原理圖如上。該監(jiān)測系統(tǒng)由參考電極、排流網(wǎng)測試端子、接端盒、測試線纜，雜散電流綜合測試端子，雜散電流測試裝置等構(gòu)成。該監(jiān)測系統(tǒng)需要在每個車站安裝一臺雜散電流測試端子箱，將該車站區(qū)段內(nèi)的參考電極端子和測試端子用電纜接至接線盒，再由統(tǒng)一的測試電纜引入測試端子箱內(nèi)的連接端子；實(shí)測時用移動式微機(jī)型綜合測試裝置分別在每個測試端子箱進(jìn)行測試及數(shù)據(jù)處理。

CJJ49-92第6.3.2條規(guī)定：監(jiān)測點(diǎn)測量導(dǎo)線的截面積不應(yīng)小于2．5mm2，長度不宜超過10m。上圖可知，利用該方法監(jiān)測，軌道交通沿線必須敷設(shè)大量的電纜，更值得引起重視的是，由于模擬量傳輸距離過長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)程規(guī)定的要求，直接影響到采集數(shù)據(jù)精確程度，也給雜散電流防護(hù)系統(tǒng)的同常維護(hù)帶來不便。

C、集中式雜散電流監(jiān)測該系統(tǒng)由參考電極、傳感器、信號轉(zhuǎn)接器和微機(jī)管理系統(tǒng)組成。

該監(jiān)測系統(tǒng)通過傳感器在城市軌道交通沿線監(jiān)測點(diǎn)附近及時將所采集到的主體結(jié)構(gòu)件的極化電位(模擬量)和鋼軌(回流軌)對主體結(jié)構(gòu)件的電位經(jīng)短距離的傳輸及時轉(zhuǎn)化(數(shù)字量)，避免了長距離模擬量傳輸造成的誤差。監(jiān)測裝置安裝在車站的監(jiān)測室內(nèi)。監(jiān)測裝置與傳感器之間用傳輸線進(jìn)行傳輸，按照一定的時例次序把傳感器的信號傳到監(jiān)測裝置上，這樣就確保了所讀數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。該監(jiān)測系統(tǒng)可采集下面三個參數(shù)：

1）結(jié)構(gòu)件對參考電極的電位；

2）軌道對結(jié)構(gòu)件的電位；

3）參考電極的本體電位。盡管集中式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)智能化程度較高，所測數(shù)據(jù)精確度也較高，但仍不夠完善，還未能完全徹底地監(jiān)測雜散電流正常維護(hù)的參數(shù)(如軌道地過渡電阻)，而且這種監(jiān)測模式總體監(jiān)測范圍受通信距離的限制，只能達(dá)到20公里。

d、分布式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)所謂分布式監(jiān)測是指以每個供電區(qū)間為相對獨(dú)立的一段，每段以一臺監(jiān)測裝置為核心，組成一個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。不同的監(jiān)測子系統(tǒng)通過變電所綜合自動化(SCADA)的通信通道，匯集到地鐵的控制中心的主機(jī)，再形成對全線雜散電流的監(jiān)測。這樣，雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)的通信距離縮短為供電區(qū)間長度，對于目前的現(xiàn)場總線技術(shù)而言，通信距離均能滿足要求。監(jiān)測原理如下圖。

相對于排流柜監(jiān)測、分散式監(jiān)測和集中式監(jiān)測系統(tǒng)，雜散電流分布式監(jiān)測系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)資源共享。將分布式雜散電流監(jiān)測納入電力監(jiān)控系統(tǒng)，提高了雜散電流監(jiān)測和防護(hù)系統(tǒng)的可靠性，使得雜散電流監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠及時反映在軌道交通的控制中心，對整個線路的運(yùn)行提供及時地信息。并且可以獲得以前作為獨(dú)立系統(tǒng)所不能獲得的數(shù)據(jù)，如牽引電流、回流電流等，有助于對全線的雜散電流的分布和結(jié)構(gòu)件的腐蝕情況做出含理的預(yù)測，并給出合理的防護(hù)建議。

(2)安全性高。分布式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)由多個相對獨(dú)立的子系統(tǒng)組成，某個設(shè)備或子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，對整條線路的監(jiān)測影響較小，有助于軌道交通的安全運(yùn)行。

(3)通信距離不受限制。由于借助了變電所綜合自動化系統(tǒng)的通信通道，雜散電流監(jiān)測的通信距離只需滿足每個子系統(tǒng)的通信要求即可，。一般均在4公里以內(nèi)，目前的現(xiàn)場總線技術(shù)均能滿足要求，并且隨著線路的延伸，可無限擴(kuò)展。

(4)建設(shè)成本低。分布式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)不需單獨(dú)組成通信網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省大量的通信電纜一降低了軌道交通的建設(shè)費(fèi)用。

(5)網(wǎng)絡(luò)簡化。分布式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)有傳感器、監(jiān)測裝置和監(jiān)控中心組成兩級網(wǎng)絡(luò)，相對于集中式監(jiān)測系統(tǒng)，使通信網(wǎng)絡(luò)簡化，系統(tǒng)更加簡單靈活。綜上所述，分布式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)更加符合城市軌道交通的需求。

2）主要監(jiān)測參數(shù)的意義及方法

a、參考電極的本體電位在地鐵雜散電流腐蝕的環(huán)境下，為準(zhǔn)確測定結(jié)構(gòu)件極化電位，需有一個穩(wěn)定的電位參考點(diǎn)，稱為參考電極，其本體電位是測量軌道電位和極化電位的基準(zhǔn)。監(jiān)測參考電極的本體電位，還可了解參考電極的工作狀況，判斷參考電極的工作是否正常。

b、極化電位地鐵軌道泄漏出來的雜散電流能否引起隧道結(jié)構(gòu)件筋的腐蝕，以雜散電流引起結(jié)構(gòu)件的極化電位偏移值來確定。因此在《CJJ49-92地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：對于地鐵鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)的鋼筋，極化電位30分鐘內(nèi)的正向偏移平均值不得超過0.5V，這一條是作為設(shè)計(jì)地鐵雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)的基本依據(jù)。

由于結(jié)構(gòu)件的極化電位不能直接測量，因此需要參考電極提供參考電位來輔助測量。由于參考電極的電位本身會發(fā)生漂移，并且在地鐵的復(fù)雜環(huán)境下，可能會受到外界因素的影響而發(fā)生變化，因此參考電極的本體電位需要及時修正，以提高對結(jié)構(gòu)件極化電位的測量精度，修正方法是每天列車停運(yùn)時，在沒有雜散電流干擾的情況下測量出的結(jié)構(gòu)件對參考電極的電位作為參考電極的本體電位。

C、軌道對地的過渡電阻軌道對地之間的過渡電阻是考察軌道絕緣的一個很重要的參數(shù)?！禖JJ49—92地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中的4.4.1條規(guī)定：走行軌與隧道主體結(jié)構(gòu)間過渡電阻新建地鐵不應(yīng)小于15Ω／km，已經(jīng)運(yùn)營的地鐵不應(yīng)小于3Ω／km，監(jiān)測系統(tǒng)需要每天監(jiān)測這個數(shù)據(jù)，以保證地鐵安全運(yùn)行。

D、鋼軌的縱向電阻