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摘要：本文介绍了地铁杂散电流腐蚀的危害及防护措施，明确了杂散电流腐蚀防护的层次划分，阐述了杂散电流的测量和监测的构成及原理。
关键词：杂散电流 ， 层次划分 ，监测系统
Abstract: this paper introduces the subway stray current corrosion harm and protective measures, has been clear about the stray current corrosion protection level classification, this paper expounds the stray current measurement and monitoring the composition and principle.
Keywords: stray current, level classification, monitoring system
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1杂散电流的概念及危害
1.1 杂散电流的概念
地铁杂散电流也称迷流，是指采用直流牵引方式的地铁列车在运行时泄露到道床及周围土壤介质中的非正常渠道回流电流。在直流供电方式中，列车直流牵引系统采用正极连接触网，负极连走行轨，走行轨兼做回流线的形式。在地铁建成并投入运营初期，走行轨与道床之间的绝缘程度较高，轨地过渡电阻较大，由走形轨泄露到道床的迷流也较少。但随着地铁运营时间的推移，由于受到不可避免的污染、潮湿、渗水、及钢轨磨损产生的金属粉尘堆积等因素影响，使钢轨对地绝缘性能降低，轨地过渡电阻减小。根据分流原理，这种非正常回流的杂散电流就会随着过渡电阻的不断减小而逐渐增大。
1.2 杂散电流的危害
地铁迷流的存在对地铁周围的埋地金属管线、通讯电缆外皮以及车站和区间隧道主体结构中的钢筋发生电化学腐蚀，这种电化学腐蚀不仅能缩短金属管线的使用寿命，而且还会降低地铁钢筋混凝土主体结构的强度和耐久性，甚至酿成灾难性事故。
2 杂散电流腐蚀防护的层次划分
需要明确的一点是地铁杂散电流腐蚀防护的对象是分层次的。杂散电流腐蚀防护系统首要保护的是地铁沿线的建筑物结构钢筋及穿越地铁的各种金属管线设施不受杂散电流腐蚀。其次才是地铁本体的结构钢筋。而地铁本体结构钢筋根据重要程度由高到低的顺序依次为隧道钢筋、道床钢筋和钢轨。原因是钢轨为可更换设备,道床钢筋从结构上讲可重修,而隧道钢筋修复难度最大。
3 杂散电流的防治措施
防护杂散电流一般采取“以防为主,以排为辅,防排结合,加强监测”的综合防护措施。
3.1防的措施
控制所有可能的杂散电流泄漏途径,减少泄露量。具体实施时由于涉及到的专业多,各专业、各工序必须紧密配合,尤其在施工设计阶段更要考虑综合防治措施,尽量减少直流系统与其他建筑物的电气连接。可采取的措施有:牵引变电所内和区间的直流供电设备在安装时与结构钢筋和结构主体绝缘安装；走行轨以及与走行轨相连的屏蔽门在施工时,采用绝缘安装的安装方式；由外界引入轨道交通内部或由轨道交通内部引出的金属管线均应进行绝缘处理后方可引入和引出。
3.2排的措施
设置杂散电流的收集网和排流柜，杂散电流收集网即为上、下行道床排流网和上、下行隧道侧壁排流网，在牵引变电所外将排流网引出端子与设在前引变电所的排流柜相连，使杂散电流回流到牵引整流器负极。
4 杂散电流监测系统
杂散电流监测系统一般由参比电极、传感器、信号转接器、监测装置及上位机管理系统组成。
在每个车站的站台两端以及车站边缘一定范围内的隧道外墙及道床上设置测量端子、参比电极、传感器以及信号转接器。每个参比电极及测量端子对应一个传感器。在每个牵引变电所的上下行站台各安装 1 个信号转接器。无牵引变电所车站的各监测点传感器采用通信电缆与相邻牵引变电所信号转接器相连。
在每个测试点，将参比电极端子、测量端子及钢轨引出线接至传感器，将该车站区段的上行/下行传感器通过通信电缆分别连接到位于各车站的上行/下行数据转接器。传感器采集数据经数据转接器通过通信电缆接至牵引所的杂散电流监测装置，再通过综合自动化通信通道将全线监测装置的数据上传至上位机微机管理系统。微机管理系统对所测量的数据进行处理和打印作业。
4.1参比电极
参比电极安装（埋设）在整体道床、结构侧墙，用于测试杂散电流引起隧道、整体道床内结构钢筋电位，从而反应结构钢筋的腐蚀情况，具有体积小、电位稳定、耐震动、长寿命、适用于较干燥混凝土结构测试的特点。
4.2 传感器
传感器是以单片机或DSP为核心的数据采集装置，主要完成对参比电极与结构钢筋电位和轨道对结构钢筋电位的监测，安装在沿线各测试点处。每1秒钟对两个信號进行不少于256 次采样，要进行30分钟的平均值计算，每采样的参比电极与结构钢的电位差，减去参比电极的本体电位，按相应的数学模型，进行30分钟的平均值计算，最终结果为结构钢的极化电压值。经过简单处理后由通讯接口输出到数据转接器。当接触网夜间停电后，传感器能自动接收监测装置发出的参比电极本体电位的校正信号，进行参比电极本体电位的自动校正。
4.3信号转接器
信号转接器是以单片机或DSP为核心的智能数据管理及通讯装置，主要用于传感器与监测装置间信号的传输转换，保证信号远距离正常传输。转接器每半小时分别向每个传感器请求发送数据，所接收到的数据送入存储器存储，并可以把各个传感器信息送入智能监测装置，保证系统的实时测量。
4.4 监测装置
每个监测装置和本供电区间的信号转接器、传感器组成监测网络，收集传感器的监测数据，并完成相应参数的计算。可向上位计算机上传数据，保存至少一个月的历史数据。装置一般设有键盘整定功能，可实现人机对话功能；采用的液晶（LCD）显示器。监测装置可与排流柜通信，控制排流，并采集排流电压、排流电流等信息。
4.5上位机管理系统
杂散电流监测系统的上位机管理系统软件是主要的人机界面和系统监测部分，可以通过RS-485或CAN总线和监测装置进行通信，完成整个杂散电流监测设备运行和数据采集，按照其模型实现杂散电流的监测。系统一般具有历史数据的查询统计、打印、对数据分析处理，趋势分析，数据备份，并实现超限自动报警，指示工作人员进行处理等功能。
5 结束语
随着我国城市轨道交通的快速发展,人们越来越意识到杂散电流防护的重要性,需要指出的是地铁防护杂散电流是个系统工程,需要多个专业在设计、施工和运营不同阶段共同配合,加强各自专业防护措施,探索更加积极地预防方案。
参考文献
[1]《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ49-1992）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：杂散电流 ， 层次划分 ，监测系统
Abstract: this paper introduces the subway stray current corrosion harm and protective measures, has been clear about the stray current corrosion protection level classification, this paper expounds the stray current measurement and monitoring the composition and principle.
Keywords: stray current, level classification, monitoring system
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1杂散电流的概念及危害
1.1 杂散电流的概念
地铁杂散电流也称迷流，是指采用直流牵引方式的地铁列车在运行时泄露到道床及周围土壤介质中的非正常渠道回流电流。在直流供电方式中，列车直流牵引系统采用正极连接触网，负极连走行轨，走行轨兼做回流线的形式。在地铁建成并投入运营初期，走行轨与道床之间的绝缘程度较高，轨地过渡电阻较大，由走形轨泄露到道床的迷流也较少。但随着地铁运营时间的推移，由于受到不可避免的污染、潮湿、渗水、及钢轨磨损产生的金属粉尘堆积等因素影响，使钢轨对地绝缘性能降低，轨地过渡电阻减小。根据分流原理，这种非正常回流的杂散电流就会随着过渡电阻的不断减小而逐渐增大。
1.2 杂散电流的危害
地铁迷流的存在对地铁周围的埋地金属管线、通讯电缆外皮以及车站和区间隧道主体结构中的钢筋发生电化学腐蚀，这种电化学腐蚀不仅能缩短金属管线的使用寿命，而且还会降低地铁钢筋混凝土主体结构的强度和耐久性，甚至酿成灾难性事故。
2 杂散电流腐蚀防护的层次划分
需要明确的一点是地铁杂散电流腐蚀防护的对象是分层次的。杂散电流腐蚀防护系统首要保护的是地铁沿线的建筑物结构钢筋及穿越地铁的各种金属管线设施不受杂散电流腐蚀。其次才是地铁本体的结构钢筋。而地铁本体结构钢筋根据重要程度由高到低的顺序依次为隧道钢筋、道床钢筋和钢轨。原因是钢轨为可更换设备,道床钢筋从结构上讲可重修,而隧道钢筋修复难度最大。
3 杂散电流的防治措施
防护杂散电流一般采取“以防为主,以排为辅,防排结合,加强监测”的综合防护措施。
3.1防的措施
控制所有可能的杂散电流泄漏途径,减少泄露量。具体实施时由于涉及到的专业多,各专业、各工序必须紧密配合,尤其在施工设计阶段更要考虑综合防治措施,尽量减少直流系统与其他建筑物的电气连接。可采取的措施有:牵引变电所内和区间的直流供电设备在安装时与结构钢筋和结构主体绝缘安装；走行轨以及与走行轨相连的屏蔽门在施工时,采用绝缘安装的安装方式；由外界引入轨道交通内部或由轨道交通内部引出的金属管线均应进行绝缘处理后方可引入和引出。
3.2排的措施
设置杂散电流的收集网和排流柜，杂散电流收集网即为上、下行道床排流网和上、下行隧道侧壁排流网，在牵引变电所外将排流网引出端子与设在前引变电所的排流柜相连，使杂散电流回流到牵引整流器负极。
4 杂散电流监测系统
杂散电流监测系统一般由参比电极、传感器、信号转接器、监测装置及上位机管理系统组成。
在每个车站的站台两端以及车站边缘一定范围内的隧道外墙及道床上设置测量端子、参比电极、传感器以及信号转接器。每个参比电极及测量端子对应一个传感器。在每个牵引变电所的上下行站台各安装 1 个信号转接器。无牵引变电所车站的各监测点传感器采用通信电缆与相邻牵引变电所信号转接器相连。
在每个测试点，将参比电极端子、测量端子及钢轨引出线接至传感器，将该车站区段的上行/下行传感器通过通信电缆分别连接到位于各车站的上行/下行数据转接器。传感器采集数据经数据转接器通过通信电缆接至牵引所的杂散电流监测装置，再通过综合自动化通信通道将全线监测装置的数据上传至上位机微机管理系统。微机管理系统对所测量的数据进行处理和打印作业。
4.1参比电极
参比电极安装（埋设）在整体道床、结构侧墙，用于测试杂散电流引起隧道、整体道床内结构钢筋电位，从而反应结构钢筋的腐蚀情况，具有体积小、电位稳定、耐震动、长寿命、适用于较干燥混凝土结构测试的特点。
4.2 传感器
传感器是以单片机或DSP为核心的数据采集装置，主要完成对参比电极与结构钢筋电位和轨道对结构钢筋电位的监测，安装在沿线各测试点处。每1秒钟对两个信號进行不少于256 次采样，要进行30分钟的平均值计算，每采样的参比电极与结构钢的电位差，减去参比电极的本体电位，按相应的数学模型，进行30分钟的平均值计算，最终结果为结构钢的极化电压值。经过简单处理后由通讯接口输出到数据转接器。当接触网夜间停电后，传感器能自动接收监测装置发出的参比电极本体电位的校正信号，进行参比电极本体电位的自动校正。
4.3信号转接器
信号转接器是以单片机或DSP为核心的智能数据管理及通讯装置，主要用于传感器与监测装置间信号的传输转换，保证信号远距离正常传输。转接器每半小时分别向每个传感器请求发送数据，所接收到的数据送入存储器存储，并可以把各个传感器信息送入智能监测装置，保证系统的实时测量。
4.4 监测装置
每个监测装置和本供电区间的信号转接器、传感器组成监测网络，收集传感器的监测数据，并完成相应参数的计算。可向上位计算机上传数据，保存至少一个月的历史数据。装置一般设有键盘整定功能，可实现人机对话功能；采用的液晶（LCD）显示器。监测装置可与排流柜通信，控制排流，并采集排流电压、排流电流等信息。
4.5上位机管理系统
杂散电流监测系统的上位机管理系统软件是主要的人机界面和系统监测部分，可以通过RS-485或CAN总线和监测装置进行通信，完成整个杂散电流监测设备运行和数据采集，按照其模型实现杂散电流的监测。系统一般具有历史数据的查询统计、打印、对数据分析处理，趋势分析，数据备份，并实现超限自动报警，指示工作人员进行处理等功能。
5 结束语
随着我国城市轨道交通的快速发展,人们越来越意识到杂散电流防护的重要性,需要指出的是地铁防护杂散电流是个系统工程,需要多个专业在设计、施工和运营不同阶段共同配合,加强各自专业防护措施,探索更加积极地预防方案。
参考文献
[1]《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》（CJJ49-1992）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。