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1、城轨供电系统城轨供电系统 第第4 4章章 杂散电流腐蚀防护杂散电流腐蚀防护 电气工程系电气工程系 黄小红黄小红 峨眉校区 电气工程系 杂散电流腐蚀防护对专业的要求 三三 杂散电流腐蚀防护措施和监测手段 二二 一一杂散电流产生、腐蚀机理及危害 杂散电流收集网截面计算 四四 第4章 杂散电流腐蚀防护 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流（迷流）腐蚀概念 n 以走行轨为回流通路的直流牵引供电系统，由于走行轨 不可能完全绝缘于道床结构，钢轨不可避免地向道床及 其它结构泄漏电流，这种电流就是杂散电流，也称为地 中迷流。 n 杂散电流对土建结构钢筋、设备金属外壳及其它地下金 属管线产生的电化学腐蚀，即杂散
2、电流腐蚀，也叫做迷 流腐蚀。 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 二. 杂散电流的产生 杂散电流可用以下形式说明。 电位差-在回流轨中电流由 高电位流向低电位，回流轨与 地之间形成了电位差 泄漏电流，即杂散电流 随着线路运营时间的延长， 运营环境逐步恶化，泄漏电 阻值还将逐步减小 杂散电流增大 回流轨对地的电位与牵引变 电所供电距离、牵引电流大 小及回流轨纵向电阻大小直 接相关。 过渡电阻-回流轨与轨枕、 地之间存在一定的过渡电阻 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 三. 杂散电流的腐蚀机理 n 电化学腐蚀 n 杂散电流腐蚀属于电化学腐蚀。 n
3、电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属 失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程。介 质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程 称为阴极反应过程。 n 把进行电子传导的金属导体与进行离子传导的电解质相 接触的界面称为电极系，电子导体和离子导体的接合称 为e-i接合。 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 三. 杂散电流的腐蚀机理 n 城轨杂散电流腐蚀机理 n 走行轨和金属管线均为电子导体，地面为离子导体，电 子在A和D点流出，金属导体与地面组成e-i界面为阳极 。电流在C点和F点流入，则地面与金属导体组成的i-e 界面为阴极。 n A、B、C和D、E
4、、F分别构成了两个串联的电解电池。 电池：A 钢轨（阳极区）B道床、土壤C金属管线（阴极区） 电池：D金属管线（阳极区）E土壤、道床F钢轨（阴极区） 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 三. 杂散电流的腐蚀机理 n 城轨杂散电流腐蚀机理 n 当杂散电流由两个阳极区走行轨（A）和金属管线 （D）流出时，都会发生失掉电子的氧化反应，该部位 的金属（Fe）就会遭到腐蚀。 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 三. 杂散电流的腐蚀机理 n 城轨杂散电流腐蚀机理 n 当金属铁（Fe）周围的介质是酸性电解质，发生的氧化 还原反应是析氢腐蚀； 阳极： 阴极： 4
5、-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 三. 杂散电流的腐蚀机理 n 城轨杂散电流腐蚀机理 n 当金属铁（Fe）周围的介质是碱性电解质时，发生的氧 化还原反应为吸氧腐蚀。 阳极： 阴极： 腐蚀反应 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Fe2O32xH2O Fe3O4 （红锈） （黑锈） 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 三. 杂散电流腐蚀特点及危害 n 腐蚀特点 n 腐蚀激烈。 n 金属的腐蚀量满足法拉第定律： n 如，铁的K =2.8910-17kg/C，1A的直流电流通过1 年，由于电解引起的金属损失为： n 北京地铁实测值可达220326A P 电
6、腐蚀损失重量(kg) K 电化当量(kg/C) I 流出金属的电流(A) t 电流通过的时间(s) 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 三. 杂散电流的腐蚀机理 n 腐蚀特点 n 腐蚀集中于局部位置。 n 有防腐层时，往往集中于防腐层的缺陷部位。 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 三. 杂散电流的腐蚀机理 n 杂散电流的危害 n 走行轨及其附件的腐蚀。 n 钢筋混凝土金属结构物的腐蚀。 n 周围埋地管线的腐蚀。 n 杂散电流流入电气接地装置，引起某些设备无法正常工 作。 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 四. 杂散电流
7、的分布规律 n 基本假设 n 轨道对地的过渡电阻是均布的； n 走行轨的电阻是均布的； n 地下的金属构件纵向电阻是均布的； n 金属构件向大地的漏电忽略不计； n 其它杂散电流源的干扰忽略不计； n 双边供电时，两侧电源特性相同。 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 四. 杂散电流的分布规律 n 单边供电杂散电流分布 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 r 牵引网阻抗() R 走行轨单位阻抗(/km) Rg 走行轨对地电阻率( km) I 牵引电流(A) 峨眉校区 电气工程系 四. 杂散电流的分布规律 n 双边供电杂散电流分布 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害
8、峨眉校区 电气工程系 四. 杂散电流的分布规律 n 双边供电杂散电流分布 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 四. 杂散电流的分布规律 n 双边供电杂散电流分布 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 四. 杂散电流的分布规律 n 双边供电杂散电流分布 n 牵引变电所负极附近的轨道电位为负的最大值，此处杂 散电流从埋地金属结构流出，埋地金属结构为阳极，受 杂散电流腐蚀最严重。列车下部的走行轨为正的最大值 ，杂散电流从走行轨流出，走行轨为阳极，埋地金属为 阴极，此处走行轨受杂散电流腐蚀最严重。 n 牵引电流的大小对走行轨电位有影响，牵引电流越大， 走行
9、轨对地电位越高，杂散电流也越大。 n 牵引变电所之间的距离增加，在牵引电流不变的情况下 ，走轨对地电位和杂散电流也随之增加。 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系 四. 杂散电流的分布规律 n 双边供电杂散电流分布 n 轨地过渡电阻对杂散电流的分布影响很大，过渡电阻越 小，杂散电流强度越大，过渡电阻越大，杂散电流强度 越小。 n 走行轨纵向电阻对走行轨电位影响较大，走行轨纵向电 阻增加，走行轨纵向电位成比例增加，走行轨对地电位 增加，杂散电流也增加。 n 埋地金属结构的纵向电阻对走行轨电位和杂散电流的影 响较小。 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害 峨眉校区 电气工程系
10、 一. 杂散电流的防护措施 n “防” 源控法 n 杂散电流经验估算公式 n 单边供电： n 单边供电（变电所附近走行轨接地）： 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 I 列车牵引电流(A) R 走行轨纵向电阻(/km) Rg走行对地过渡电阻(km) L 牵引所与开车之间距离(km) 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “防” 源控法 n 杂散电流经验估算公式 n 双边供电： 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 I 列车牵引电流(A) R 走行轨纵向电阻(/km) Rg走行对地过渡电阻(km) L 牵引所与开车之间距离(km) 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n
11、“防” 源控法 n 杂散电流防护方法 n 合理设置牵引变电所 n 杂散电流与列车到牵引变电所距离的平方成正比，牵引 变电所之间的距离越长，杂散电流越大。在满足供电负 荷、供电质量等前提下，可以适当调整牵引变电所的数 量和位置，尽量使牵引变电所均匀布置。 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “防” 源控法 n 杂散电流防护方法 n 牵引网采用双边供电 n 在牵引网制式、牵引变电所间距以及走轨电阻值等条件 相同的情况下，采用双边供电比采用单边供电，其牵引 电流值减小近一倍，杂散电流值仅为单边供电的1/4。 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 峨眉
12、校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “防” 源控法 n 杂散电流防护方法 n 加强走行轨对地绝缘 n 走行轨对地绝缘水平越好，则杂散电流的值越小。城市 轨道交通运营中，轨地过渡电阻值的降低是产生杂散电 流的最主要原因。地铁杂散电流腐蚀防护技术规程 中规定：新建线路的走行轨与区间主体结构之间的过渡 电阻值不应小于15km，对于运行线路不应小于3 km。 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “防” 源控法 n 杂散电流防护方法 n 加强走行轨对地绝缘 走行轨下设置绝缘垫。单块绝缘垫电阻不小于108。 走行轨对地保持一定间隙。道床面至走
13、行轨底面的间隙 不小于30mm。 道床排水沟设置。（ ） n 宜将道床排水沟设在道床两侧，并保证排水通畅。 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “防” 源控法 n 杂散电流防护方法 n 加强走行轨对地绝缘 道床混凝土的设置。 n为有效防止杂散电流对主体结构钢筋进行腐蚀，杂散电 流道床收集网钢筋与走行轨之间需要进行绝缘处理，混 凝土层需要一定的厚度。 保持牵引回流通路顺畅。 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “防” 源控法 n 杂散电流防护方法 n 加强走行轨对地绝缘 重视日常运营维护。 n
14、必须定期清扫线路，清除粉尘、油污、脏物、沙土等， 保持走行轨绝缘水平良好。 n及时消除道床积水，保持道床处于清洁干燥状态。 n根据杂散电流监测系统的报警信息，及时处理线路异常 现象。 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “排” 排流法 n 排流法概念 n 只有当杂散电流从走行轨或钢筋等金属管线流出时才会 对其产生腐蚀，而杂散电流流出的区域集中在牵引变电 所附近。若在牵引变电所处将结构钢筋或其他可能受到 杂散电流腐蚀的金属与走行轨或牵引变电所负母排相连 ，由于杂散电流总是走电阻最小的通路，这样杂散电流 就直接流回至牵引变电所，大大减少了杂散电流
15、从钢筋 再扩散至混凝土的可能，减少了杂散电流流出钢筋的电 化学反应。 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “排” 排流法 n 排流法概念 n 排流法存在不足，只能作为一种应急手段。当牵引变电 所负母排通过排流柜与道床收集网钢筋电气连通后，原 来负母排的负电位因钳制作用而接近零电位，使得两座 牵引变电间的走行轨对地电位成倍增加，两牵引变电所 间几乎全成为阳极区，除牵引变电所附近钢筋腐蚀减少 外，其他区域钢筋以及走行轨腐蚀将更严重。 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “排” 排流法 n 排流法
16、概念 n 排流法可分为：直接排流法、极性排流法和强制排流法 。目前以极性排流法为主。 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “排” 排流法 n 收集网的设置 n 收集由走轨泄漏出的杂散电流，并通过收集网将杂散电 流引导至牵引变电所的负极，防止杂散电流过多地流向 主体结构钢筋和其它金属导体。 n 在整体道床内铺设钢筋网并进行电气连接，以便杂散电 流由道床流回牵引变电所提供一个良好的电气回路，可 利用道床本身的钢筋作为杂散电流收集网。 4-2 杂散电流防护措施和监测手段 峨眉校区 电气工程系 一. 杂散电流的防护措施 n “排” 排流法 n 排流柜 n 设置：当采取排流法进行杂散电流腐蚀防护时，一般在 正线牵引变电所内设置杂散电流排流柜，排流柜的一端 通过电缆与
