摘 要：城市軌道交通系統(tǒng)，在今天已經(jīng)成為各個城市發(fā)展和解決城市交通的重要砝碼，它以安全、準(zhǔn)時、快速、減少污染等優(yōu)點(diǎn)日益成為人們出行的首選。作為城市軌道交通系統(tǒng)常用的直流供電系統(tǒng)，在具有相對的能量輸送功率大、傳輸距離遠(yuǎn)、變電所間互聯(lián)容易、繼電保護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)的同時，也存在著一些負(fù)面影響，其中雜散電流和由它引起的電腐蝕就是一直困擾人們的一個問題。它對地鐵的內(nèi)部的金屬構(gòu)建，甚至鄰近地鐵的外部的一些設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，導(dǎo)致設(shè)備的使用壽命降低，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此地鐵雜散電流的防護(hù)逐漸被人們認(rèn)識并重視，此文對雜散電流的相關(guān)問題進(jìn)行一些粗淺的分析，闡明本人的一些觀點(diǎn)，希望起到拋磚引玉的作用。

翻開世界上電氣化鐵路的運(yùn)營史，雜散電流和由它引起的電腐蝕一直是困擾人們的一個問題，在此就此問題，進(jìn)行一些粗淺的談?wù)摚躁U明本人的一些觀點(diǎn)，以起到拋磚引玉的作用
1．雜散電流的產(chǎn)生
眾所周知，目前世界上城市軌道交通系統(tǒng)的供電方式，絕大多數(shù)采用直流供電系統(tǒng)。作為電源的牽引整流變電所，通過與之正極相連的接觸軌或架空接觸網(wǎng)，向電動列車輸送電能，然后通過列車，以走行軌作為直流電流的回流通路，最終在牽引整流變電所附近，將走行軌與牽引整流變電所負(fù)極相連，使饋出的直流電流返回牽引整流變電所。但供電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)營過程中，上述的直流回路往往無法保證與周圍的環(huán)境隔絕，由于各種原因，系統(tǒng)對周圍環(huán)境存在著或多或少的泄漏電阻，隨著線路運(yùn)營時間的延長，運(yùn)營環(huán)境逐步惡化，泄漏電阻值還將逐步減小，尤其是作為回流通路的走行軌，大多安裝在隧道內(nèi)的道床上，而在地面線路，更是直接安裝在露天，經(jīng)受著風(fēng)吹雨淋，因此走行軌與大地之間的過渡電阻勢必會減小，從而造成有部分直流電流泄漏向大地，侵入線路周圍的地區(qū)，尤其是線路周圍的輸電電纜、通信電纜、煤氣管道、自來水管道等金屬構(gòu)件。這部分沒有按照既有線路流通，而流入大地電流，我們稱之為雜散電流。圖1清楚地反映了雜散電流的形成。

圖 1 雜散電流的形成

由于雜散電流的產(chǎn)生以及它的電腐蝕效應(yīng)，使對線路以及周圍設(shè)施的金屬構(gòu)件構(gòu)成了一定的威脅。這種電腐蝕總是發(fā)生在離子導(dǎo)電電流流出金屬結(jié)構(gòu)的地方，即發(fā)生在金屬與電解質(zhì)存在的陽極區(qū)。雜散電流的陽極電腐蝕對金屬的破壞相當(dāng)嚴(yán)重，能引起水管穿孔漏水、銹蝕、電纜掛鉤打火、道釘生銹斷裂等，導(dǎo)致地鐵設(shè)施的使用壽命降低，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
2．雜散電流的計(jì)算
要正確計(jì)算雜散電流，需要整個系統(tǒng)回路狀態(tài)的分布參數(shù)，而對于一個龐大的軌道交通系統(tǒng)的供電系統(tǒng)而言，要準(zhǔn)確把握整個系統(tǒng)的分布參數(shù)是相當(dāng)困難的。因此對于工程計(jì)算而言，我們可以把部分條件進(jìn)行簡化，然后再進(jìn)行計(jì)算。在此我們認(rèn)為軌道對地的過渡電阻是均布的；走行軌的電阻是均布的；地下的金屬構(gòu)件縱向電阻是均布的；金屬構(gòu)件向大地的漏電忽略不計(jì)；其它雜散電流源的干擾忽略不計(jì)。
在上述簡化條件下，我們對幾種典型牽引供電系統(tǒng)的雜散電流進(jìn)行計(jì)算：
1） 單邊供電區(qū)段：

圖 2 單邊供電雜散電流分布示意圖

式中：r為走行軌單位長度的電阻；
w為走行軌對地的過渡電阻；
I為變電所對機(jī)車的饋電電流；
2） 單邊供電，變電所附近走行軌接地：

圖 3 單邊供電，變電所附近走行軌接地的雜散電流分布示意圖


3） 雙邊供電，機(jī)車在線路中部取流：

圖 3 雙邊供電，機(jī)車在線路中部取流的雜散電流分布示意圖

由上面的幾種典型牽引供電系統(tǒng)的雜散電流計(jì)算，推而廣之即可進(jìn)行整個牽引供電系統(tǒng)的雜散電流分布情況計(jì)算，在此就不進(jìn)行詳述。
3．雜散電流的防護(hù)
通過前面的論述和計(jì)算，我們已經(jīng)看到了雜散電流危害的嚴(yán)重性，這一問題也逐步得到人們的重視。那么如何減少和降低雜散電流對我們的軌道交通系統(tǒng)以及臨近線路的其它金屬構(gòu)件的危害呢？在此，根據(jù)軌道交通中的通常采用的做法進(jìn)行一些說明。
3.1雜散電流的預(yù)防
從前面推倒的公式中可以看出，雜散電流的大小與走行軌的單位電阻成正比；與走行軌對地的過渡電阻成反比；與軌道的長度的平方成正比。從前面的分析也可以看出，雜散電流是途經(jīng)走行軌—鐵墊板—固定螺栓道釘—進(jìn)入道床以及相關(guān)金屬構(gòu)件的。在此回路中將會形成若干陽極區(qū)域，從而導(dǎo)致部分金屬的腐蝕，此中腐蝕危害的嚴(yán)重點(diǎn)均是由于局部腐蝕引起的，這包括走行軌、螺栓道釘以及局部的金屬構(gòu)件。為了更好的實(shí)施雜散電流防護(hù)，首先在設(shè)計(jì)階段，在滿足整個系統(tǒng)的要求的同時，應(yīng)盡可能考慮減小雜散電流的可能，如盡可能的延長牽引變電所間距，采用合理的方式增大對地過渡電阻等；其次在系統(tǒng)的建設(shè)過程中，應(yīng)針對軌道絕緣實(shí)施嚴(yán)格的施工和質(zhì)量控制，使得新建系統(tǒng)的走行軌對地過渡電阻滿足《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的不小于15ohm.km的要求；再次在系統(tǒng)的運(yùn)營過程中，應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)營的檢測和維護(hù)，保持系統(tǒng)的清潔和干燥，及時更換老化失效的減震絕緣墊板，以保證軌道的絕緣水平，使得運(yùn)營系統(tǒng)的走行軌對地過渡電阻滿足《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定的不小于10ohm.km的要求，從而在根本上減少雜散電流的危害。
3.2 雜散電流的排流
（1）直接排流法
為了減少從鋼軌泄漏至地下的雜散電流對金屬導(dǎo)體產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕，最早的做法是采用直接排流方法；即將牽引所附近的金屬導(dǎo)體與牽引所內(nèi)負(fù)母線直接相連，在金屬導(dǎo)體與負(fù)母線之間形成很小的電阻通路，這樣從鋼軌泄漏至地下的雜散電流在進(jìn)入地下金屬導(dǎo)體后，由于這部分雜散電流是沿著導(dǎo)體電阻較小的通路流回牽引所負(fù)母線，而不是先流出導(dǎo)體進(jìn)入土壤，而后從土壤進(jìn)入網(wǎng)軌，從而避免了對牽引所附近金屬導(dǎo)體的腐蝕。這種排流方法，稱之為直接排流法。如圖4。
這種排流方法在線路上只有一個牽引變電所運(yùn)營，且變電所附近的結(jié)構(gòu)電位基本不改變極性的情況下可以達(dá)到較理想的效果。但現(xiàn)在城市軌道交通的供電系統(tǒng)，基本采用多個牽引變電所共同為線路供電，而且新型列車，如VVVF列車的使用，往往使得負(fù)母線（或其附近鋼軌）電位反而可能大于地下導(dǎo)體電位，在這種情況下，直接排流電纜的連接造成額外雜散電流的增加。因此出現(xiàn)了選擇排流法。

圖 4 直接排流法示意圖

（2）選擇排流法
選擇排流法是在排流回路里增加二極管，二極管的加入使得排流設(shè)備具備了單向?qū)ǖ墓δ?，從而避免了上述額外雜散電流的產(chǎn)生。如圖5。


選擇排流法為國外地鐵普遍采用。它能有效防止雜散電流對隧道內(nèi)金屬設(shè)備、隧道結(jié)構(gòu)鋼筋的電腐蝕破壞，同時也防止了雜散電流向地鐵外部泄漏，是一種有效的防護(hù)方法。
3.3排流中應(yīng)注意的問題
排流網(wǎng)的引入會在其周圍產(chǎn)生對地電位的下降，從而使電流進(jìn)入排流網(wǎng)，最終從兩側(cè)向排流點(diǎn)集中，通過排流設(shè)備流回牽引變電所的負(fù)極。在這樣的前提下，我們就應(yīng)注意排流設(shè)備的投入時間和排流點(diǎn)的選擇。
關(guān)于排流設(shè)備的投入時間，由于新建線路，線路情況較好，對地的過渡電阻較大，因此雜散電流是很小的。如果此時投入排流設(shè)備，勢必會造成雜散電流的增大，造成不必要的損失。因此對于新建線路，建議初期只投入雜散電流檢測系統(tǒng)，只在必要的時候，再投入排流設(shè)備。
關(guān)于排流點(diǎn)的選擇，在第2節(jié)中雜散電流分布計(jì)算中，即單邊供電，變電所附近走行軌接地情況下，我們注意到，雜散電流成倍地增加。因此我們在選擇雜散電流排流的回流點(diǎn)時，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離牽引變電所，以減小雜散電流的形成。
另外，排流網(wǎng)以及設(shè)備的引入還帶來了干擾問題，即流向排流網(wǎng)的排流電流在大地中產(chǎn)生電位梯度。當(dāng)在電位梯度較大的地帶正好是在市區(qū)、工廠等地下管網(wǎng)構(gòu)件密集區(qū)時，一部分排流電流就會在這些構(gòu)件的流出點(diǎn)形成電腐蝕現(xiàn)象。因此降低這種干擾現(xiàn)象也是應(yīng)予以注意的。其主要方法有：在排流回路中串接電阻，適當(dāng)減少排流電流；選擇更適合的排流點(diǎn)；與其它設(shè)備共同排流，或安裝排流均流線；在相關(guān)設(shè)備上也安裝排流設(shè)備。
4結(jié)束語
雜散電流的防治是一個多工種，多專業(yè)協(xié)調(diào)配合的工作，它不僅涉及到供電專業(yè)，也涉及到結(jié)構(gòu)、管道等等專業(yè)，因此無論在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)中各個專業(yè)的協(xié)調(diào)配合是做好雜散電流防護(hù)的必要前提。
目前雜散電流的防護(hù)已被人們所認(rèn)識，并日益收到人們的重視。但正如《地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)技術(shù)規(guī)程》中所言，地鐵雜散電流腐蝕防護(hù)的基本原則應(yīng)“以治本為主，將地鐵雜散電流減小至最低限度”，應(yīng)以防為主，以排為輔，實(shí)行防排結(jié)合。積極做好設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)等各個環(huán)節(jié)的工作，這樣才能取得雜散電流防護(hù)的最佳效果。