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摘要：随着经济的快速发展，社会在不断的进步，在城市轨道交通运输系统中，通常采用DC电力牵引供电方式，接触网（或第三轨）为正极，运行轨道为负回流线。驱动机车的牵引电机会在电力机车获取动能后就将电能转换为动能，然后经由与机车车轮相接触的轨道回流至轨道交通牵引变电所。因大地也是导体且电位为零，所以在回流过程中会有一部分将流入大地，一部分会沿着大地流向牵引变电所；而此时将会一直留在大地中的电流就是杂散电流。轨道交通杂散电流对地铁周围地下金属管道、主体结构中的钢筋发生电化学腐蚀，这样就会缩短金属管线的寿命，降低地下钢筋混凝土结构的强度和耐久度，甚至会造成重大人生事故的发生。因此我们必须通过采取防护措施来解决这个问题。
关键词：轨道交通；杂散电流；防护措施
引言
近年来，伴随着我国经济的飞速发展，便捷舒适的轨道交通成为人们日常工作和生活不可或缺的部分。轨道交通网络呈现出高铁及干线铁路网络、城际及市域铁路网络、城市轨道交通网络三网融合的发展趋势，极大地缩短了我国地域间及城市内部的时空距离。特别需要指出的是，在高铁及干线铁路网络已趋于完善的同时，城市轨道交通网络建设体量不断扩大。目前，城市轨道交通网络多采用直流牵引供电制式，电压分为750V和1500V两种等级[1]，通常采用走行钢轨回流方式，即接触网（轨）与整流器正极连接，走行钢轨兼作为回流通道。然而，由于钢轨无法做到与道床结构完全绝缘，因此在列车牵引取流时会有部分电流扩散到大地，从而形成杂散电流。杂散电流可理解为经不确定路径流回牵引变电所内整流器负极或直接扩散到大地的电流[2]，会对走行钢轨及其附件、结构钢筋、金属管线等沿线的金属物体产生电化学腐蚀作用，并且随着时间的推移，线路运营条件逐步恶化，使腐蚀程度愈发严重。由于城市轨道交通网络主体结构通常在工程建设完成时已经成型，对钢筋腐蚀问题的翻修工作难度较大，因此杂散电流腐蚀防护系统的分析与研究对保障线路安全运营至关重要。
1地下杂散电流的形成与危害
1.1地下杂散电流的形成
在直流牵引供电系统中，牵引变电站的正极与接触网相连，以钢轨作为负极回流导体，经过回流线与牵引变电站的负极相连。在轨道交通运营时，钢轨中流过电流，在走行轨其自身电阻上会形成一个对地的电位分布，使走行轨中一部分电流通过过渡电阻向道床和主体结构钢筋泄漏，并在某个地方将流回走行轨和牵引变电所负极。泄漏到道床及主体结构钢筋的电流好像迷失方向一样，哪里电位低，它就流向哪里，哪里电阻率低就从哪里流过，形成杂散电流，也称迷流。轨道交通杂散电流形成原理图如下图所示。
轨道交通杂散电流形成原理图
1.2杂散电流的危害
随着我国城市轨道交通网络建设及运营经验的不断积累，确定了杂散电流腐蚀防护措施以“抑制杂散电流产生，减少杂散电流向地铁外部扩散”为原则。轨道部门的专业工作人员需保证钢轨具有良好回流通路且采用绝缘法安装，在钢轨（包括道钉、紧固螺栓、扣件）与混凝土轨枕之间采取轨下增设绝缘垫、采用绝缘扣件等绝缘措施，保证单个轨条支撑处在干燥条件下的绝缘电阻大于108Ω，钢轨-道床泄漏电阻大于15Ω•km。在地下段整体道床及高架段承轨台之中应设置排流钢筋网，并使其截面满足排流需求，当发生局部严重腐蚀时必须采取排流措施。排流网截面整定过程可根据高峰行车对数、牵引功率、区间长度等参数写出方程，选取恰当初值对隐式方程迭代求解。车站及明挖区间结构钢筋需与排流网采取非电气连接，构成杂散电流监测网，盾构区间结构钢筋应按照设计规范要求，采取隔离法或连通法达到杂散电流腐蚀防护要求。
2轨道交通防护杂散电流的防护技术措施
2.1自动消弧装置
单向导通装置中的自动消弧装置回路一般均由可控娃组成。昆明轨道交通１号线、南宁轨道交通１号线、重庆轨道交通五号线等线路要求消弧支路启动电压ＤＣ１Ｑ-１００Ｖ可调。西安轨道交通１号线要求消弧支路启动电压为ＤＣＯＶ-１００Ｖ可调＃该部分不同线路要求相差不大。
2.2“测”—监测法
地铁系统杂散电流的泄漏受轨道电位的影响很大，所以轨道电位的测量检测也是非常重要的。在监测点处，上下行道床上各设两个参比电极，侧墙设两个参比电极，并穿越洞壁打入土壤，穿越部位应做好防水处理。将参比电极以及道床，隧道洞体、走行轨测量端子通过测量导线引入当地接线盒的传感器，测量信号再经测试电缆引入车站变电所内的数据处理单元。该单元一方面具备当地测量功能，以便移动测试装置随时监测；另一方面具备测量信号传输功能，将信息通过上位机进入远动系统向控制中心传送。
2.3数据分析子系统
该子系统是变量监测与曲线绘制等功能的集合。由于该仿真模型采用了由暂态离散状态趋近动态连续过程的方式，因此数据获取方式的重要性不亚于仿真模型构建，极其微小的时间偏差都会使仿真分析结果谬以千里。为了使数据接口与程序逻辑分离，数据分析程序采用M语言编写并封装为独立函数，用户仅能够修改线路长度、运行时间等外部参数，后续算法模块更新不会影响外部数据读写进程。结合国内工程实际案例，仿真模型参数选取如下：接触线单位阻抗为0.015Ω/km；钢轨单位阻抗为0.020Ω/km；钢轨-大地过渡电阻为15Ω•km；结构钢筋-大地过渡电阻为3Ω•km；车辆模型选择4M2T编组形式的6A编组城轨列车；单列车平均牵引电流为3000A；牵引变电所间距为2.5km；列车牵引策略为最小时分运行方式。通过运行仿真及数据分析，可得列车运行时供电区间内的杂散电流分布情况。
2.4“排”—排流法
利用杂散电流的首次经过的通路—道床内的结构钢筋，将钢筋良好连通形成一道屏蔽网，不但防止杂散电流向道床外部漏泄，还可以避免危及市政公共设施。地铁排流网由混凝土整体道床内的杂散电流收集钢筋网和主体结构网构成。（1）杂散电流收集网。除用来给钢轨枕木穿孔固定用的钢筋外，在枕木下方的混凝土道床内，我们要设置杂散电流收集钢筋网。这样就可以收集由走行轨泄露出的杂散电流了，并通过此方式可将杂散电流排送回到牵引变电所的负极，从而避免了杂散电流流入混凝土钢筋和地下的其他金属导体。（2）主体结构排流网。我们对区间隧道混凝土主体结构和衬砌混凝土有比较高的要求：①混凝土主体结构必须具有性能良好的防水层；②衬砌混凝土必须具有较高的低透水性和电阻率。采用连续焊接使结构加固，同时主体结构应该在区间隧道变形缝中进行焊接。同时还要设置检测杂散电流的端子，并且将钢筋与变形缝处的端子相连在一起，为后期的排流措施就做好了充分的准备。
结语
随着网络技术和轨道交通牵引供电技术的不断提高与发展，使杂散电流监测系统不断的向集中管理方向发展。由于杂散电流防护技术对轨道交通供电系统来说是一个非常重要的研究课题，其中监测技术是防护技术中比较重要的研究内容，因此杂散电流防护技术措施及新的监测技术将会进一步提高与完善。
参考文献：
［1］李学武．城市轨道交通供变电技术［M］．成都：西南交通大学出版社，2016，：166-199．
［2］上海申通地铁集团．城市轨道交通变配电技术［M］．中国铁道出版社，2016：140-145．
［3］王亚妮．变配电技术［M］．中国铁道出版社，2006：265-266．