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鋼質燃氣管道地鐵雜散電流防護措施

文檔作者：周吉祥，陳秋雄，李立冬文檔來源：深圳市燃氣集團股份有限公司		點擊數：	更新時間： 2024年06月30日
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第38卷第6期
2018年6月
煤氣與熱力
GAS ＆ HEAT
Vo1．38 No．6
Jun．2018
· 燃氣輸配與儲運·
鋼質燃氣管道地鐵雜散電流防護措施
周吉祥， 陳秋雄， 李立冬
(深圳市燃氣集團股份有限公司，廣東深圳518055)
摘要： 介紹地鐵雜散電流的成因及腐蝕機理，從源控法和排流法2方面，提出鋼質燃氣管
道地鐵雜散電流的防護措施。
關鍵詞： 鋼質燃氣管道； 地鐵雜散電流； 防護措施； 源控法； 排流法
中圖分類號：TU996．9 文獻標志碼：B 文章編號：1000—4416(2018)06—0B01—04
1 地鐵雜散電流的成因
深圳地鐵牽引供電系統(tǒng)提供的電壓為1．5 kV，
電流為3 kA，如此大的電流經走行軌回流時，必將
引起很強的雜散電流。目前，城市軌道交通線路的
鋼軌敷設在道床上時，在鋼軌和道床之間都設置了
絕緣墊層，該墊層的絕緣電阻為106～108 n，可以
認為鋼軌與大地是電氣絕緣的，列車所需電流經架
空線輸送至列車后，經走行軌回流至變電站負極。
但是隨著線路的運營，由于一些污垢(諸如：油漬、
滲水、輪軌問磨耗產生的鐵粉等)的產生，引起走行
軌與大地之間的絕緣性能減弱(在走行軌和大地之
間形成了一定的漏泄電阻)，而在牽引過程中，走行
軌與大地之間存在縱向電壓，使走行軌上的一部分
回流電流流人大地，這樣就產生了雜散電流 II2 J。
地鐵牽引電流經地鐵流至走行軌的過程中，部分電
流從走行軌流向其周圍土壤，經土壤流向附近金屬
結構物(如埋地鋼質管道)，再沿鋼質管道流出，經
管道周邊的土壤流回走行軌，最終流回變電站負極，
形成閉合回路。因雜散電流隨列車的運行不斷變更
方向及強度，導致電流自金屬結構物向土壤流出時，
都要發(fā)生一次陽極電解腐蝕現象。地鐵雜散電流
(單邊供電)形成原理見圖1。
2 地鐵雜散電流的危害
2．1 雜散電流的腐蝕機理
對于埋地金屬結構物而言，雜散電流進入金屬
地鐵牽引電流
電站
＼、 ＼ ＼ 周皇邊鎏-土流 壤 絕緣墊層盧 產電流流回
—
／
／ ／塞
流人管體 流出管體鋼 管道
圖1 地鐵雜散電流(單邊供電)形成原理
結構物的某區(qū)域發(fā)生電解池腐蝕(正電流從土壤或
水泥流入金屬結構物)，該區(qū)域電位較低，屬于陰極
區(qū)，管道被保護。而雜散電流離開金屬結構物的所
在區(qū)域，其電位較高，屬于陽極區(qū)，管道被腐蝕。
根據法拉第電解定律分析，在電解質水溶液中，
i A電流平均I a可腐蝕9．13 kg鋼鐵；對鋼筋混凝
土中的鋼筋而言，平均1 a也可被1 A電流腐蝕掉
2．58 kg。由此可見，雜散電流對金屬的腐蝕相當嚴
重。
2．2 雜散電流腐蝕的案例
近年來，我國多地陸續(xù)發(fā)現埋地金屬管道受雜
散電流干擾腐蝕的案例，多次出現管道泄漏的現象。
以深圳地區(qū)為例，近海區(qū)域因土壤含鹽量高、雨量充
沛、土壤潮濕等因素，導致出現雜散電流泄漏多、傳
播廣等現象，雜散電流干擾相對嚴重。深圳某公司
作者簡介：周吉祥，男，高級工程師，碩士，主要從事城市燃氣運行管理工作。
收稿日期：2017—02—16； 修回日期：2018一O1—24
· B 01·
第38卷第6期 煤氣與熱力
陸續(xù)發(fā)現了雜散電流腐蝕鋼質燃氣管道的案例，并
開展了雜散電流干擾的相關測試。
① 坪洲地鐵站1號測試樁處管地電位監(jiān)測
通過對坪洲地鐵站1號測試樁處管道進行連續(xù)
40 h的管地電位監(jiān)測。測試結果(見圖2)表明，該
處的管地電位波動存在明顯的周期性區(qū)間，圖2中
點B、D均對應地鐵停運，點C、E均對應地鐵啟動。
3 000
2 o00
l ooO
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0
善一1 000
剜一2 000
敬
- 3 000
— 000
- 5 000 景 罨 景 罨 景 景 量 曼 黽 號
菖 g g =
時刻
圖2 坪洲地鐵站1號測試樁處管地電位
在40 h內，地鐵經歷2次停運、2次啟動，而管
地電位的大趨勢變化(從劇烈波動狀態(tài)到平穩(wěn)狀
態(tài)，以及從平穩(wěn)狀態(tài)到劇烈波動狀態(tài))時間與地鐵
停運、啟動時間，存在高度的一致。
② 泥崗東路管道雜散電流檢測
通過對泥崗東路管道雜散電流檢測可知，管地
電位波動范圍為一3 606～2 460 mV，管道受到強烈
的雜散電流干擾。管道已運行15 a，開挖驗證結果
顯示，腐蝕坑深度3 mm，管體原始壁厚為10 mm，管
體腐蝕呈典型雜散電流干擾特征，雜散電流檢測結
果見圖3。
>
g
舞
刪 。 ． Il f16
1”
圖3 泥崗東路管道管地電位
經現場實地調查，發(fā)現泥崗東路管道與地鐵龍
崗線相交，地鐵的泄漏電流通過管道上的防腐層破
損點進入管道，沿管道傳播一段距離后，在另一處防
腐層破損點處流出，流出點被腐蝕。
3 雜散電流防護措施
3．1 雜散電流防護方式的分類
目前城市軌道交通工程的雜散電流防護一般有
兩種方式，一種是源控法，另一種是排流法。這兩種
防護方式在城市軌道交通設計中往往結合使用。
源控法：從源頭上控制和減少雜散電流的方法。
可采用雙邊供電模式，減小單一牽引變電站的供電
范圍(減小牽引所供電臂的長度)；雙邊供電的電流
回路經列車連接在一起，具有良好的電連續(xù)性(降
低鋼軌縱向電阻值)；可增大走行軌的泄漏電阻，使
鋼軌與土壤具有良好的電絕緣性。
排流法：將金屬構筑物中流動的雜散電流向外
排除，排除的雜散電流可流向干擾源負極或大地，是
一種被動防護方式。
3．2 源控法的防護措施
① 適度縮短牽引變電所之間的距離
在進行牽引變電所的布置時，主要考察牽引變
電所的供電能力(確定供電臂的長度)、走行軌電位
(保障人身安全)以及雜散電流泄漏總量(減少雜散
電流對周邊環(huán)境的影響)。通過理論分析計算得
知，表面雜散電流泄漏總量與變電所供電臂長度的
2次方成正比。因此，對于正線其供電臂長度不宜
過大，這樣既有利于減少雜散電流泄漏總量，又有利
于降低走行軌電位。同時，雙邊供電可將牽引電流
降低50％ ，從而將雜散電流降為單邊供電時雜散電
流的25％ 。GB 50157-2013《地鐵設計規(guī)范》第
15．2．7條規(guī)定：正常運行方式下，兩相鄰牽引變電
所應對其同一供電分區(qū)采用雙邊供電方式。雙邊供
電模式下的地鐵雜散電流腐蝕機理見圖4。
② 聯結各回流網絡
聯結各回流網絡的目的是提高電連續(xù)性，降低
走行軌縱向電阻值。
城市軌道交通牽引供電回流系統(tǒng)的主要構成部
件是走行軌。目前，國內地鐵、輕軌等城市軌道交通
正線部分，軌道系統(tǒng)均采用60 k#m的鋼軌焊接，只
在道岔區(qū)保留軌縫，軌縫兩端采用電纜跨接，提高電
連續(xù)性。同時，當線路采用復線(雙線)供電時，地
鐵上、下行線路之間形成并聯回路，從而減小回流線
路的總電阻。
· B 02 ·
周吉祥，等：鋼質燃氣管道地鐵雜散電流防護措施 第38卷第6期
地鐵牽引電流 地鐵牽引電流
變電站
絕緣墊層／ ‘磊 ? 。 一 囊 ? 夕量鎏
流出管
流人管體 流人管體 出管體＼鋼質管道
泄漏的雜散電流
泄漏的雜散電流 ? ? ～
圖4 雙邊供電模式下的地鐵雜散電流腐蝕
③ 增大走行軌與大地問的漏泄電阻 型端子)，以便用電纜將結構縫兩側道床結構段鋼
城軌系統(tǒng)運營中，走行軌就是雜散電流的泄漏 筋進行電氣連接?；炷琳w道床下應敷設絕緣膜
源，走行軌與大地間的漏泄電阻的降低，是產生雜散 或涂抹環(huán)氧樹脂。
電流的主因(雜散電流泄漏總量與軌道泄漏電阻成 道砟道床通常位于地面，雖然道砟有較好的絕
反比)。因此，應該提高走行軌與大地之間的漏泄 緣性，但其在潮濕且存在污穢的環(huán)境時絕緣性會大
電阻，以提高走行軌的絕緣水平 ，具體措施如下。 幅降低。因此，道砟道床應加強清除污垢和垃圾雜
a．鋼軌與軌枕之間絕緣處理 物，并盡量保持干燥，減少外界環(huán)境的影響，在采用
CJJ 49-1992((地鐵雜散電流腐蝕防護技術規(guī) 道砟道床時，應首選經過絕緣防腐劑處理過的木枕。
程》第5章明確規(guī)定：走行軌與混凝土軌枕之間、緊 CJJ 49—1992《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規(guī)
固螺栓與混凝土軌枕之間、扣件與混凝土軌枕之間 程》第4．2．2條規(guī)定：道床混凝土厚度不應小于400
以及鋼軌與扣件之間均要加強絕緣措施。鋼軌與扣 mm，同時鋼軌下部與道床之間的間隙不應小于30
件(扣件是軌道上用以聯結鋼軌和軌枕的零件，作 mm。在雜散電流防護中，道床內鋼筋的設計是雜散
用是將鋼軌固定在軌枕上，保持軌距和阻止鋼軌相 電流的第一道防線，也是收集和排流的通道。
對于軌枕的縱橫向移動)之間安裝絕緣體。要求走 3．3 排流法的防護措施
行軌對雜散電流收集網的泄漏電阻大于10 n。軌 根據排流方式的不同，排流法可分為直接排流、
道固定道釘應采用高強度玻璃鋼絕緣套管，其絕緣 極性排流、強制排流和接地排流4種。
電阻大于4 Mn。 直接排流：管道與軌道交通供電的負極或走行
b．道床雜散電流的防護 軌直接相連。適用場合：干擾管道有穩(wěn)定陽極區(qū)，有
絕緣軌枕置于道床之上，軌枕與道床間的漏泄 足夠驅動的管軌電位。優(yōu)點：簡單經濟；缺點：易出
電阻，占據漏泄電阻總值的絕大部分。城軌道床形 現逆流，管軌電位差小時排流量小，保護段短，使用
式有浮動道床、整體道床、道砟道床3種。 范圍有限。
浮動道床常適用于對環(huán)境噪聲要求較高的居民 極性排流：管道與道床的連接線上設置防逆流
區(qū)，由預制形成，內部鋼筋已全部焊接，并在兩側引 的排流器，使電流只能由管道流出。適用場合：管軌
出端子(施工后用電纜將端子連接)。浮動道床下 電壓較大波動的場合。優(yōu)點：安裝簡單，可克服逆流
有絕緣橡膠墊，對雜散電流有很好的防護作用，所以 問題；缺點：增加極性排流器，管軌電位差小時排流
浮動道床無特殊防護要求。 量小，保護段短，使用范圍有限。
整體道床通常設于區(qū)間隧道內或高架橋上，其 強制排流：在管道與走行軌之間加設整流器，促
結構段長度通常為6．5 m或12．5 m，由于結構段之 進排流。適用場合：雜散電流交變干擾區(qū)，管軌電位
間的鋼筋是斷開的，因此，應在結構段之間的結構縫 差較小時。優(yōu)點：保護范圍大，適用于多種場合，排
兩側設置連接端子(端子通常為扁銅或埋人式螺栓 流同時提供保護電流；缺點：易出現管道過保護，影
· B 03 ·
第38卷第6期 煤氣與熱力
響軌道電位分布，需配備電源，對其他設施干擾較
大。
接地排流：管道經排流電纜與接地極相連，將電
流排人大地。適用場合：不能直接向干擾源排流的
場合。優(yōu)點：應用范圍廣，陽極地床可作為犧牲陽
極，對軌道無干擾；缺點：排流效果較差，需用輔助地
床。
為將地鐵雜散電流腐蝕程度降至最低，CJJ
49—1992《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規(guī)程》第4
章規(guī)定，地鐵雜散電流可通過排流網流回變電站負
極，從而防止雜散電流外泄，具體的排流網結構及排
流點的選擇依據如下。
① 排流網的構成
排流網主要由混凝土整體道床內的雜散電流收
集鋼筋縱向電氣連通組成，以減少地鐵雜散電流經
整體道床泄漏至地鐵其他結構。
② 排流點的選擇
排流點，即將雜散電流排人大地的流出點，是影
響排流效果的關鍵。排流點的選擇宜通過現場試驗
來確定，以獲得最佳排流效果。排流點實施后應進
行效果評定，依據排流效果進行排流點數量增減和
位置的調整。
管道側排流點選擇條件：管地電位為正，且管軌
電壓最大點；管地電位為正，數值較大且正電位持續(xù)
時問較長的點；管道與鋼軌間距離較小的點；對于接
地排流方式，其輔助地床應選擇在土壤電阻率較低，
便于地床分布的場所。
鋼軌上排流點選擇：扼流線圈中點或交叉跨接
處；直流供電所負極或負回歸線上；軌地電位為負，
且管軌電壓較大的點；軌地電位為負，數值大、持續(xù)
時間較長的點。
城軌工程建成初期運營環(huán)境較好，軌道與大地
間的泄漏電阻通常較大，但隨著時間的推移，走行軌
與絕緣扣件之間、回流軌與道床之間的絕緣墊層受
到空氣、灰塵、鐵粉和油漬的污染，以及絕緣老化或
絕緣被破壞等因素影響，軌道與大地問泄漏電阻降
低，為雜散電流提供流入通道。因此，工程建設時，
必須考慮增大軌道與大地問的漏泄電阻，加強絕緣，
降低雜散電流的流出量。同時，通過設置合理有效
的排流網，可將回流軌向地下泄漏的雜散電流定向
收集并引回牽引變電站負極，將雜散電流最大程度
限制在排流網內，防止外泄。
4 地鐵雜散電流防護中存在的問題
① 在工程建設和運營維護中，地鐵線路不可
避免地會產生雜散電流，只能盡量降低其危害，無法
避免其產生。
② 管道雜散電流排流標準中的直接排流、極
性排流、強制排流都要求排流線接人地鐵干擾源，在
現實工作中很難執(zhí)行。
5 結論
① 地鐵運行所用電流越大，軌道電位越大，泄
漏的雜散電流也越多。
② 軌道交通中牽引變電所之間的距離增大，
軌道電位和雜散電流也都增大。
③ 基于地鐵運行的安全考慮，鋼質管道的雜
散電流僅可采用接地排流的措施。
參考文獻：
[1] 曹阿林，朱慶軍，侯保榮，等．油氣管道的雜散電流腐
蝕與防護[J]．煤氣與熱力，2009，29(3)：B06一B09．
[2] 金醒群．地鐵雜散電流對埋地鋼質燃氣管道的腐蝕
[J]．煤氣與熱力，2002，22(3)：31—34．
[3] 于松偉．新版《地鐵設計規(guī)范(供電篇)》的編制研究
與應用(碩士學位論文)[D]．成都：西南交通大學，
2007：1—73．
[4] 程善勝，張力君，楊安輝．地鐵直流雜散電流對埋地金
屬管道的腐蝕[J]．煤氣與熱力，2003，23(7)：435—
437．
Protective M easures of Subway
Stray Current in Steel Gas Pipeline
ZHOU Jixiang，CHEN Qiuxiong，LI Lidong
Abstract： The formation causes of subway stray
current and its corosion mechanism are introduced．
The protective measures of subway stray curent in steel
gas pipeline are proposed from the aspects of the source
control method and the current drainage method．
Key words： steel gas pipeline；subway stray
current；protective measures；source control method；
current drainage method
· B 04 ·

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