![[分享]地铁杂散电流对埋地钢管的影响及防护措施](/skin/img/logo.png){kind=logo}
[分享]地铁杂散电流对埋地钢管的影响及防护措施
1 概述
随着广东经济的持续快速发展和城镇化建设加快，作为市政配套的城市地铁得到了迅猛发展。截至2013年12月28日，广州地铁共有9条营运路线，总长260.5 km，共164座地铁站。为更好地解决地面交通拥堵问题，广州地铁仍在大规模地扩建。广州地铁的远期规划长度将达到751 km。地铁在给人们的生活带来方便的同时，也带来一些不容忽视的问题，其运行期间杂散电流腐蚀问题就是其一。本文通过运用试片检测法，探讨埋地钢质燃气管道（以下简称埋地钢管）受到杂散电流的影响及其防护措施。
2 轨道杂散电流形成的机理及危害
① 轨道杂散电流形成的机理
城市轨道交通常用1 500 V或750 V直流供电，牵引电流经接触轨道送给车辆，然后再经行走轨道流回牵引变电所。在地铁工程系统中，虽然全线轨道对大地绝缘，在任何地点不直接接地或通过其他装置接地，但轨道对地的泄漏电阻率仍不可能无限大，一般为5～100 Ω·km。地铁杂散电流形成机理见图1。牵引变电所产生的电流I的大部分电流I1能经过接触轨道和行走轨道流回牵引变电所负极，但还有部分电流I2从轨道与地面绝缘不良的位置泄漏到道床，再通过道床向周围土壤泄漏电流I3。其中，I2、I3形成杂散电流。I2、I3在土壤中无规律地流动，绝大部分直接流回牵引变电所的负极，少部分从土壤流入埋地钢管，再由埋地钢管某处流入土壤，再流回牵引变电所。从埋地钢管流出电流的部位极易发生腐蚀，即杂散电流腐蚀。
② 杂散电流的危害
图1 地铁杂散电流形成机理
3 实例分析
3.1 工程简介
魁奇路至绿景路埋地钢管外直径为219 mm，位于广佛地铁线路的上方，距离均在10 m范围以内，并行长度约10 km。魁奇路至绿景路埋地管网和地铁线路及检测点见图2。该段埋地管网采用牺牲阳极为主的阴极保护系统。自广佛地铁线路开通以来，该段燃气管道的极化电位出现了正向偏移，管道阴极保护系统的保护电位数据出现异常变化，干扰影响严重。且管道部分时间处于阳极状态，通过在地铁运行期间利用专用测量仪器CIPS测量管道的通断阴极保护电位，发现整体波动范围为-4 109～1 998 mV。
图2 魁奇路至绿景路埋地管网和地铁线路及检测点
3.2 试片检测法
试片检测法是检测时在埋地燃气管道上用导线连接一片与管道材质相同的标准测试片（以下简称测试片），测试片与管道构成电流导通的网络，埋地钢管上的各种电流会流向测试片，对测试片产生极化作用。管道与测试片的导线中间安装电流中断器，通过电流中断器的“通与断”，用专用测量仪器CIPS测试仪测得测试片的瞬时“通与断”电位，即管道的管/地电位Von和管道的极化电位（也称为有效保护电位）Voff。试片检测法接线原理见图3。测试片尺寸为：5 cm×2.5 cm×7 mm。本文中论及的电位均是相对于铜/饱和硫酸铜参比电极（简称CSE）。
图3 试片检测法接线原理
3.3 杂散电流影响分析
为研究广佛地铁线路开通对沿线埋地钢管的影响及影响结果，在地铁运行和地铁停运期间，对禅城区魁奇路至绿景路地铁沿线埋地钢管检测点进行电位检测，运用试片检测法，在保证测试片被电流充分极化的情况下，设置中断周期为3 s，其中通电时间为2 s，测量测试片的Von；关断时间1 s。关断后向后延迟，从5 ms至250 ms每隔5 ms测量一组测试片的Voff。埋地钢管电位检测数据统计见表1，地铁运行及地铁停运时沿线区域埋地钢管电位检测数据分别见图4、5。
由表1可知，地铁运行期间管道的阴极保护电位波动范围非常大，为-4 109～1 998 mV，并且每个检测点Von和Voff电位范围跳动很大。而地铁停运时，管道电位波动范围为-1 221～-507 mV，每个检测点Von和Voff电位范围变化不大，管道电位非常稳定。
表1 埋地钢管电位检测数据统计mV
图4 地铁运行时沿线区域埋地钢管电位检测数据
图5 地铁停运时沿线区域埋地钢管电位检测数据
对比地铁运行与地铁停运时埋地钢管电位可以得出，埋地钢管上存在强杂散电流干扰，杂散电流来源于地铁运行。杂散电流从某段管道上流出，导致该管段的极化电位出现正向偏移，该管段处于阳极状态，偏移或波动范围越大说明杂散电流影响越严重。地铁停运时，Voff范围为-507～-966 mV。由GB T/21448—2008《埋地钢质管道阴极保护技术规范》阴极保护准则：管道阴极保护电位（即管/地极化电位）应为-850～-1 200 mV。因此该管段受到地铁杂散电流干扰影响严重。
4 解决杂散电流的措施
① 源控法
源控法指从杂散电流的源头做起，控制杂散电流的流出。
- 控制合理的牵引变电所的距离杂散电流的大小与牵引变电所的距离的二次方成正比，所以距离牵引变电所的距离越大，杂散电流也就越大，而减小牵引变电所距离，又会增加造价，因此需要综合考虑，合理控制牵引变电所距离。
- 加强轨道、道床及其扣件、配件的绝缘设计杂散电流是通过轨道、扣件和配件绝缘薄弱处或者损坏处流至道床，然后再经过道床绝缘薄弱处或损坏处流至土壤，进而影响道床钢筋结构及埋地钢管。因此必须加强轨道、道床及其扣件、配件的绝缘设计，增强绝缘等级，从而减少杂散电流的泄漏。
- 其他方法减少行走轨道的接头，降低回路电压，采用双边供电，安装与行走轨道并行的导线以及均流电缆等，控制杂散电流流出。
② 排流法
排流法指从杂散电流的受害方做起，做好埋地钢管的保护。
- 增强埋地钢管的防腐有研究表明，对埋地钢管采用防水绝缘护套的双塑绝缘垫层，对减少杂散电流的腐蚀具有良好的作用。同时，增加埋地钢管拐弯和分支处的防腐。
- 连接埋地钢管与牵引变电所的负极其原理是将埋地钢管变为阴极，从而防止金属发生阳极腐蚀。
- 安装排流柜法城市地铁采用智能型排流柜，是运用极性排流的原理。当埋地钢管相对于行走轨道的电位为正时，就会有电流通过，把行走轨道泄漏到埋地钢管上的杂散电流I3直接排到轨道上，从而减少杂散电流对埋地钢管的腐蚀。
- 采用牺牲阳极法牺牲阳极使埋地钢管成阴极性，防止阳极腐蚀，从而对埋地钢管进行保护。除以上方法外，定期清扫地铁线路，清除油污、粉尘等，保持道床干燥清洁，对地铁沿线轨道杂散电流实时监控，及时排出，有利于防护埋地钢管。
5 结论
①地铁运行时产生杂散电流，并且对钢质埋地燃气管道影响较为严重。
②距离牵引变电所越近的管段，其电位正向偏移越大，杂散电流越容易流出，对该管段的腐蚀性越大。
③为解决杂散电流，应采取保护钢质埋地燃气管道的措施，确保钢质埋地燃气管网的长期安全运行。
![[专家答疑]请问顶管的详细情况，最好是有照片的。](/e/data/images/no.jpg)
