轨道交通杂散电流腐蚀的监测及防护研究

摘要： 研究 目的: 分析 地铁杂散电流腐蚀在线监测的原理，并对地铁杂散电流监测控制系统的软、硬件进行初步设计。同时对地铁杂散电流腐蚀防护措施提出看法。
研究 方法 :结合地铁的实际情况及标准规定的杂散电流腐蚀危险性判定指标，选择埋地金属结构的极化电位作为监测的参数，采用具有电压稳定、不易极化、内阻低且具有一机械强度的cu /cuso4作为参比电极;测控系统硬件的核心是基于arm7微处理器，其高速的性能、丰富的接口资源，很容易实现测控功能。
研究结果:该研究 总结 出了可用于预测金属结构在杂散的腐蚀轻度和腐蚀趋势的自动在线监测系统。
研究结论:尽管地铁杂散电流的腐蚀性大，但只要采取 科学 合理的措施，设计合理的自动在线监测系统，有效地降低杂散电流腐蚀的损失，确保地铁长期运行使用的安全。

关键词：地铁;杂散电流;监控;防护

目前 国内外的城市轨道 交通 运输直流牵引供电系统中，普遍采用走行轨回流的供电方式。列车直流牵引供电系统采用正极接触网(轨)，走行轨兼作负回流线。由于走行轨不可能对地完全绝缘，且走行轨存在电压降，因此有少量电流不会沿走行轨而是沿大地回到变电所或根本不回到变电所，形成杂散电流。它对地下隧道结构钢筋、高架桥结构钢筋、沿线金属管线、屏蔽网等金属设施产生严重的电流腐蚀作用，危及建筑设施的安全并可能会酿成灾难性的后果，如煤气或石油管道的腐蚀穿孔;结构钢筋的腐蚀，会破坏混凝土的整体性，降低其强度和耐久性，给安全运营带来严重威胁。因此对杂散电流进行监测并采取有效的防护措施是地铁及轻轨设计、建设、运营维护中必须考虑的一个重大课题，已经引起国内外科研和生产单位的重视。但国内对这方面的研究还很欠缺。轨道交通系统中机车是一个运动变化的负荷，地铁杂散电流腐蚀的介质一般为土壤，情况千差万别， 影响 腐蚀过程的因素太多，并随时间变化。在 理论 分析的基础上结合大量调查研究和试验，才能提出有针对性的治理杂散电流的技术和方法。在分析清楚杂散电流分布的情况下，对新建的轨道交通系统，要在设计、施工各个阶段，从实际出发，根据不同的线路施工方法、线路方案、地质状况、供电方案，相关的专业都要采取相应的技术措施，尽量减少杂散电流。对已建成的线路或因某些原因绝缘下降而产生杂散电流后，应对杂散电流腐蚀的状况进行实时监测，采取有针对性的措施减少杂散电流对金属结构和管线的腐蚀。
1.1监测原理
杂散电流对埋地金属的腐蚀本质上是电化学过程，在埋地金属结构的腐蚀检测参数中，金属结构对地电位是最重要的参数，因为它既可以反映金属结构的腐蚀特性，又可以反映杂散电流的干扰特性。因为接地零电位会因杂散电流的极化作用产生偏移，所以在测量中不能以接地作为电压的基准，而是采用具有电压稳定、不易极化、内阻低且具有一定机械强度的cu /cuso4作为参比电极。主要包括两项参数的测量:(1)参比电极的本体电位。通过检测参电极的本体电位，可判断参比电极工作是否正常。(2)结构极化电位，即结构钢筋极化电压的偏移值。根据这个值判断杂散电流对结构钢筋的腐蚀情况，如果极化电压正向偏移值一旦超过规定值，则启动智能排流柜进行排流。
1.2监测系统的结构
杂散电流监测系统组成如图2所示。
由图2可知，检测系统主要是由上位机系统和自动监测装置两部分组成。自动监测装置是以arm7处理器为核心的数据采集处理系统，完成模拟量、开关量的采集和存储。如参比电极的本体电位、结构钢的极化电位等，并对它们在液晶屏幕上进行实时显示;当检测到结构钢极化电位超标、钢轨电压超标或接近cjj49-92规定时，进行超标报警;同时根据结构钢筋极化电压的情况，输出控制量向智能排流柜发布控制命令，启动排流柜进行排流。上位机主要功能是通过usb接口与自动监测装置相连，通过系统软件可实时显示各种信息，可方便查询 历史 数据和故障记录，同时达到远程修改自动监测装置的系统时间等功能。

1.3测控装里的硬件结构
系统的硬件结构如图3所示。

测控装置的处理器采用samsung s3c44box16/32位risc处理器，有8 mb的内存和16 mb的硬盘，接口包括一个usb接口、一个jtag调试口、与转换器的连接采用can总线接口。人机接口设备包括一个4x4的键盘和一块280x128的lc d显示屏。其中的usb接口主要用于在和主机进行数据交换时获得一个较高的传输速度;lcd主要用于显示系统工作正常，作为监视之用。
1.4软件的设计
系统软件设计采用的是c和汇编混合编程实现，它采用模块化结构，由初始化模块、主控模块、键盘输人模块、液晶显示模块、spi通讯模块、数据采集转换模块、看门狗模块、实时时钟模块组成。
2防止杂散电流腐蚀的措施及监测存在的 问题
杂散电流的防护工程基本上采用“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测”的原则。对地下设施可采用覆盖绝缘层，铺设在绝缘管道内或者选择合适的路线和电分段等。
2.1地铁线路采取的防止杂散电流腐蚀的措施
(1)以防为主
控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入轨道 交通 系统的主体结构、设备以及沿线附近相关设施的结构钢筋。具体实施时，由于涉及到的专业多，各专业、各工种必须紧密配合，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;走行轨道在施工时，采用与轨道道床绝缘的安装方式;由外界引人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人和引出;在轨道交通线内部设立结构钢筋电气连通，把所有结构钢筋和接地点连接在一起，将泄漏的杂散电流排流回直流系统。
(2)以排为辅
设置合理的排流网结构，为杂散电流提供低电阻通路，即将牵引所附近的金属导体与牵引所内负母线直接相连，在金属导体与负母线之间形成很小的电阻通路，这样从钢轨泄漏至地下的杂散电流在进人地下金属导体后，由于这部分杂散电流是沿着导体电阻较小的通路流回牵引所负母线，而不是先流出导体进人土壤，而后从土壤进人网轨，从而避免了对牵引所附近金属导体的腐蚀。
2.2杂散电流腐蚀监测和防护方面存在的问题
(1)杂散电流难以直接准确测量，根据所测量的参数，很难预测金属结构在杂散电流作用下的腐程度和腐蚀趋势。
(2) 目前 广泛使用整体道床排流网进行杂散电流排流，其杂散电流的分布情况，排流机理，排流网的合理分布等都需进一步 研究 。
(3)地铁轨地电阻和轨道纵向电阻也是 影响 地铁杂散电流分布的参数，缺乏有效的在线测量 方法 。
3结束语
地铁杂散电流腐蚀的防护和监测，是地铁设计、建设、运营维护中必须考虑的问题，而杂散电流的腐蚀是一个长期积累的结果，给研究工作带来一定难度。在地铁工程建设中，应把地铁杂散电流防护系统尽可能做到完善，减少杂散电流的产生及限制杂散电流的扩散。在运营维护中，按照设置的监测系统及方案，定期测试及维护，发现问题，及时处理。尽管地铁杂散电流的腐蚀性大，但只要采取 科学 合理的措施，一定能有效地降低杂散电流腐蚀的损失，防止危及地铁主体结构及管线结构，确保地铁长期运行使用的安全。

参考 文献 :
[1]赵煌.广州地铁一号线杂散电流腐蚀防腐 分析 [j].腐蚀与防护，2001,22(8):360-362.
[2]李威.地铁杂散电流腐蚀监测及防护技术[m].北京: