摘　要　通过对地铁直流供电系统杂散电流的形成、危害及传统排流法防护体系的分析,针对排流法防护体系中存在的问题,提出了新型的泄漏电缆+等电位连接法防护改进体系。

　　1 引言

　　随着科学技术和城市化的发展,大运量的地铁交通在现代化大城市中起着越来越重要的作用,地铁已经成为各国经济发展和改善人民生活的一个不可分割的部分。

　　目前我国地铁的牵引方式多采用直流供电牵引,电压多为直流750V和1500V,直流供电系统中的杂散电流将加速地下金属构件的腐蚀。因此必须认真研究杂散电流的危害机理,结合传统的杂散电流防护体系,逐步加以修正完善,确保地铁设施的长期安全运行。

　　2 杂散电流的形成及危害

　　2.1 杂散电流的形成

　　直流供电牵引系统中,列车所需电流由牵引变电所提供,通过接触网(架空线或接触轨)向列车送电,然后经走行轨回流至牵引变电所。由于钢轨的绝缘材料埋在地下,不可能做到完全绝缘,并且随着时间的推移,其绝缘水平将会逐渐下降,不可避免地将造成部分电流不从钢轨回流,而是通过沿线的道床钢筋、隧道、高架桥或建筑物的结构钢筋或土壤回流到牵引变电所,这一部分电流就是杂散电流,杂散电流的形成如图1所示。

　　2.2 杂散电流的危害

　　杂散电流的危害主要是它对埋在土壤中的金属的电化学腐蚀,其腐蚀过程简单描述如下。

　　(1)析氢腐蚀

　　阳极:2Fe→ 2Fe2++4e-

　　阴极:4H++4e- →2H2↑　　(无氧酸性环境)

　　4H2O+4e- →4OH-+2H2↑　　(无氧环境)

　　(2)吸氢腐蚀

　　阳极:2Fe→ 2Fe2++4e-

　　阴极:O2+2H2O+4e- →4OH-(有氧碱性环境)

　　据文献[1],每安培杂散电流每年腐蚀掉的金属见表1。

　　在我国早期建成的地铁(北京地铁、天津地铁)中,杂散电流已造成主体结构发生严重腐蚀、隧道内水管腐蚀穿孔等现象。

　　3 排流法杂散电流防护体系组成及存在的问题

　　3.1 排流法杂散电流防护体系组成

　　排流法杂散电流防护体系由2部分组成:一部分是利用钢轨的整体道床结构钢筋连接在一起,作为主杂散电流收集网;另一部分是由隧道、高架桥和车站的结构钢筋连接在一起,组成辅助杂散电流收集网。这两部分杂散电流收集网互不相连,仅在牵引变电所处分别通过排流柜回到整流器的负极,如图2所示。

　　3.2 排流法杂散电流防护体系存在的问题

　　虽然从理论上分析排流法可以起到预防杂散电流对结构钢筋的腐蚀,但排流法有其无法克服的缺点:首先,它将使钢轨的电位抬高。如果在牵引变电所处没有安装汇流二极管,则钢轨的电位是悬浮的。列车所在的位置钢轨电位应该为正,在变电所位置钢轨电位(也即负母排的电位)为负。由于在变电所处设置了汇流二极管(排流柜),则在变电所位置,原来负母排的负电位被强行拉到了地电位,而随着列车距变电所距离的增加,钢轨的电位呈直线上升,从而因钢轨纵向电压的钳制作用使得两牵引所间钢轨的最高对地电位增加了一倍,如图3所示。

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