杂散电流总结.docx

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杂散电流总结

摘要：

结合北京地铁十号线对杂散电流监测系统的构成进行介绍，对监测系统参比电极、传感器、信号转接器、监测装置等主要部件的功能进行说明，并针对该线设备现场安装具体情况对监测系统主要部件的施工方法进行介绍，为今后地铁杂散电流监控系统的施工和运营管理提供了参考。

　　关键词：

杂散电流；参比电极；传感器；信号转接器；监测装置

0概述

     北京地铁十号线一期工程是北京轨道交通线网中一条先东西走向，后南北走向的半环线。

线路起点在北京市西北部的海淀区万柳车站，终点到达劲松车站。

线路全长24.585km，全部为地下线路，共设22个车站。

     地铁十号线一期工程杂散电流防护采取了正线走行轨绝缘安装，利用道床设置杂散电流收集网、变电所设置排流柜的综合防护措施。

设置杂散电流监测系统通过监测道床和地下结构杂散电流收集网极化电位等数据，实现对地铁十号线一期工程的杂散电流分布的综合监测，为运营维护部门判断杂散电流防护系统状况提供依据。

1系统构成

     地铁十号线杂散电流监测系统采用车站（变电所）监测和控制中心集中监测二级监测系统。

杂散电流防护系统主要由参比电极、整体道床测防端子、地下结构测防端子、测量线、传感器、通信电缆、信号转接器、变电所监测装置组成。

2系统各部分部件功能及施工方法

     全线在各车站混合变电所内分别设置1台杂散电流监测装置，全线共13台。

该装置经过通信电缆与该站及该站两端各半个区间内的转接器相连，转接器下连传感器，各监测点传感器经由测量线与该点结构钢和整体道床测防端子（地下结构测防端子）对应的参比电极相连，实现对该分区结构和整体道床结构钢筋的极化电位数据采集，数据统计并上传至转接器，再由转接器将数据整合后上传至监测装置处理。

杂散电流监测装置通过变电所内通信网络与电力监控系统接口，将处理和统计后的数据传至监控中心。

     在每个车站的有效站台两端以及车站边缘约200m的隧道外墙及道床上设置杂散电流测量端子，上下行各16处。

在距离测量端子1m范围内分别安装参比电极，参比电极不允许与结构钢筋直接接触，道床连接端子利用临近连接端子替代，参比电极安装于道床内靠外墙侧。

每个参比电极及测量端子对应一个传感器，传感器与参比电极距离须小于2m，传感器安装于隧道及整体道床参比电极附近的上下行隧道外侧壁上。

在每个牵引变电所所在车站的上下行站台板电缆出口附近各安装1个信号转接器，信号转接器安装于车站范围排流端子附近的隧道外墙上。

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。

2.1排流网测试

     连接测防端子前应对排流网进行全面测试。

内容包括检查测防端子预留情况，如连接端子有无遗漏、设置位置、规格型号是否满足设计要求、连接端子是否适于测防端子连接等；主排流网和辅助排流网电气导通情况。

     根据施工图纸测点位置布置，将参比电极埋设在测防端子附近，与测防端子的距离不超过1m。

根据现场情况电极水平或垂直放置，在条件允许的情况下，将电极全部埋置在混凝土介质中。

     在选定位置钻取直径大于60mm、深度大于160mm的孔洞（或宽度大于60mm、深度70mm，长度大于160mm的方槽）。

     除掉孔洞或方槽中的混凝土粉块或浮尘，用自来水淋湿内表面。

     将事先配好的砂浆填料用蒸馏水（或干净的自来水）调匀，稠度适宜，然后将少许砂浆放入孔洞或方槽底部，将砂浆均匀涂抹在四周壁上。

     将参比电极陶瓷外壳涂抹薄薄一层砂浆，轻轻放入孔洞或方槽中。

     将电极导线穿过套管取出，将孔洞或槽的空隙封堵，并用砂浆抹平。

     对有防水要求的地方按规定进行防水处理。

     电极采用多孔陶瓷外壳，因此在使用与安装过程中注意小心轻放，严禁撞到其他钢硬结构物上。

     安装参比电极后，将电极引线穿过钢套引向接线盒，并与接线盒内接线端子固定；严禁用力提拉电极引线，以防断线，因为重新焊接引线后将增大电阻值，影响测量效果。

电极在埋置前应放在阴凉处，避免露天放置阳光暴晒或雨淋。

     电极安装或使用一段时间之后，为了解工作是否正常，可用手提式Cu/CuSO4电极放置在电极埋设处上方测其电位，判断是否正常。

测量时最好是断电状态，即在无杂散电流干扰的情况下进行上述测量；如果测不到电位值，则首先检查是否断线；电极安装24h后或者电极正常使用在停电无杂散电流干扰情况下，应每隔10min测其电位值，如果电位波动≥20mV，则需要更换参比电极。

2.3传感器

     传感器主要完成参比电极与道床及隧道侧壁结构钢筋电压信号的监测，对2个信号进行的采样速度为256次/s，30min作为一个时间单元，传感器进行以下工作：

     结构钢极化电压的测量，要进行30min的平均值计算，用被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，再按相应的数学模型进行30min的平均值计算，最后得到结构钢的极化电压值。

每隔30min把信号电压送入信号转接器内，完成模拟信号数字化后准备进行远程传输。

     当接触轨停电后，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。

该传感器能自动识别参比电极的好坏，当参比电极发生故障时，能自动发出参比电极故障信息。

已安装的传感器不能影响行车安全。

     传感器安装于金属支架上，支架根据现场情况进行加工，并参照传感器外型尺寸预留固定传感器滑孔，支架与隧道壁或高架桥桥面通过膨胀螺栓固定，为防止杂散电流对支架的腐蚀，固定膨胀螺栓需加绝缘垫。

     通过相应的防水接头将电缆接入传感器。

预估内部接线长度，剥去该长度的电缆外绝缘皮和屏蔽层。

将防水接头拧好，注意用力适当（力矩不超过3.75N·m），保证电缆固定和防水密封。

根据接线图将各芯线接入电路板中相应的接线端子，进入电路板端子的线间要防止短接。

将指示灯插头插入指示灯插座。

     传感器状态可通过面板指示灯和系统软件报警，当怀疑某传感器故障时，可先通过上位机调其瞬时值，无数据或数据不正确时，就地将传感器复位，检查其指示灯，判断故障类型。

2.4信号转接器

     信号转接器主要用于传感器与监测装置间信号的传输转换以保证信号远距离传输，每个信号转接器可以连接16个传感器。

该装置每隔0.5h将各传感器传输的数据存贮于存贮器中，并送入监测装置，保证系统的实时测量。

监测装置可通过该信号转接器向所连接的传感器发布校正本体电位命令。

信号转接器安装后应不影响行车安全。

     信号转接器的施工与传感器相同。

2.5监测装置

     监测装置内置于排流柜内部，与基础槽钢采取绝缘安装。

输入端与信号转接器的通信电缆相连，输出端与SCADA进行通信。

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，完成相应参数的计算。

并可向上位计算机传输数据，历史数据可保存一个月。

装置设计有键盘整定功能，可实现全面的人机对话功能；采用的大屏幕液晶（LCD）显示器，显示信息丰富，方便用户现场使用。

     主要显示信息包括：

结构钢的极化电压瞬时值、结构钢的极化电压30min最大值和结构钢对参比电极的自然本体电位。

2.6主要施工方法及要求

（1）测防端子连接前，应对其连接接触面进行清洁；测防端子与接线端子的连接螺栓应用力矩扳手按规范要求进行紧固。

（2）参比电极安装时，为保证良好的测试结果，传感器不得直接接触结构钢筋，但与结构钢筋的距离也不得大于15mm。

     （3）传感器、信号转接器应垂直安装固定，为防止外力损坏其连接电缆，可采用铠装电缆保护或穿热镀锌钢管防护。

     （4）变电所监测装置安装于排流柜内，排流柜整体做绝缘安装，整体框架的对地绝缘不得小于2M?

（用1000V兆欧表测）。

3结束语

     通过对北京地铁十号线杂散电流监测系统的构成和系统各部分硬件施工方法详细介绍，对杂散电流监测系统硬件配置和功能有了一定的认识，尤其是北京地铁第1次采用传感器进行数字化传输，对整个系统的防干扰起到了良好的作用，对今后北京地铁杂散电流监控系统在施工和运营中提供了新的发展方向。

摘　要　结合上海市轨道交通六号线工程土建3标段施工,分析杂散电流产生原因、作用机理,介绍上海项目防杂散电流设施施工情况。

关键词　轻轨　杂散电流　危害　防护

1工程概况

     上海市轨道交通六号线工程土建3标段位于规划的浦兴路路中13m绿化带内,起点桩号为SK7+077.360,终点桩号为SK9+470.250,包括2站2区间,正线全长2462.89m,站房面积8231m2。

标段钻孔灌注桩总共294根,共计14688延m。

PHC预制管桩686根,均为600mm,本合同段区间承台73座。

高架桥采用简支箱梁、连续箱梁,连续梁形式,区间长2382.89m共计70跨,最大跨度80m,最小跨度25m;桥墩有71座是双柱墩、2座是独立墩,桥梁基础是打入PHC管桩或钻孔灌注桩。

2杂散电流的危害

     直流牵引供电系统中,以走行轨作负极回流导体的供电网络,在实际运行中,有少量电流不沿回流轨回到牵引变电所负极,而流向电位低、电阻率低的位置,形成杂散电流,或称为迷流。

     在城市地铁和轻轨等轨道交通运输系统中,一般采用直流牵引,走行轨回流,因此,不可避免会有电流从走行轨泄入大地,对地下或地面的金属构件如结构钢筋、地下管线等产生严重的腐蚀。

因此,对杂散电流腐蚀必须给予足够的重视,并在施工过程中加以防范,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,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。

3预防杂散电流的方法

3.1减小钢轨阻抗

     地铁列车走行钢轨同时作为牵引列车电流回流用,因此钢轨阻抗越小,从钢轨向外流失的杂散电流也越小。

减小钢轨阻抗的有效办法是采用长钢轨,钢轨越长,钢轨接头就越少,钢轨的阻抗也就越小。

钢轨接头除了用鱼尾板螺栓连接外,再在两根钢轨之间用2根断面积为120mm2以上的绝缘铜电缆连接。

3.2走行钢轨采用点支承

     减少钢轨与地面的接触面也是减小杂散电流的方法之一,为此走行钢轨采用点支承,即用混凝土轨枕作为支承。

3.3钢轨与地绝缘

     钢轨与地绝缘越好,杂散电流也就越小,为此在钢轨与混凝土轨枕之间、螺栓与混凝土轨枕之间、扣件与混凝土轨枕之间采取绝缘措施,要求轨道对杂散电流收集网的泄漏电阻值大于10Ω/km。

3.4设置杂散电流收集网

     上海轨道交通电动车辆采用直流供电,额定电压为1500V,额定在引电流高达3000A。

虽然兼作回流的走行钢轨与地之间采取了绝缘措施,又采用长钢轨,钢轨接头处加焊铜电缆,但钢轨本身具有电阻,当电流流过钢轨时因电阻作用就产生电位差。

钢轨对地绝缘电阻不可能处于无穷大,有电位差就会产生杂散电流,即走行钢轨有小部分电流将流出轨道,此杂散电流在地铁中形成“迷流”。

当迷流进入地铁隧道的结构钢筋及与隧道绝缘不良的金属管道、支架、桥架等时,在有电解质的情况下,这些金属设备将受到电腐蚀。

为此须在地铁混凝土轨枕下道床内设置杂散电流收集网。

     杂散电流收集网由上、下两排纵向钢筋组成,每排5根Φ12mm钢筋,每隔50m用一根Φ25mm以上的横向钢筋将5根纵向钢筋焊接成一整体,同时用两根Φ20mm钢筋把上、下2根横向连接钢筋焊成一体,如图1所示。

上排的5根钢筋除了起杂散电流收集作用外,还起固定混凝土轨枕的作用,混凝土轨枕上预先留孔,钢筋在施工时穿进去。

下排钢筋固定在混凝土道床里。

　  杂散电流收集网与隧道的结构钢筋间应绝缘,不能相连。

杂散电流收集网在每个牵引变电所的两个端头设引出端子,用以测量和收集杂散电流。

     我公司施工的上海轨道交通六号线工程中,基础及下部结构采用内部钢筋作为导电体,墩身中主筋和承台钢筋框架相连接,再通过承台钢筋与桩基钢筋焊接后导入地下。

承台及墩帽预埋的钢板作为接地用,墩身预埋钢板用来测试电阻,要求电阻值均小于10Ω。

具体布置见图2。

      预埋钢板尺寸120mm×120mm×16mm,与墩身、墩帽及承台主筋焊连。

     上部梁体结构采用梁体主筋作为导电体,设计要求:

（1）所有顶板面层纵向钢筋作纵向电气焊接,腹板及底板外侧1/3纵筋作纵向电气焊接,纵向每隔5m将顶板底板钢筋与纵向主筋加以电气搭焊作为杂散电流收集网。

（2）在梁端用5mm×50mm铜排与顶板面层

　  纵向钢筋焊接后,在梁左右两侧引出连接端子,并用两根AC1000V、断面120mm2电缆将桥梁内收集网钢筋纵向电气连通。

（3）梁端收集网下大横向钢筋圈焊连及引出方式:

将箱梁内首末端300mm处钢筋与顶板横向钢筋焊接成大的横向钢筋圈,然后把此两个大钢筋圈与顶板面层所有纵向钢筋及腹板、底板的1/3纵向钢筋焊连,并经Φ10L形辅助钢筋分别将预埋钢板的锚筋（共4块）与大横向钢筋圈中的钢筋焊接。

     （4）在预埋承轨台钢筋时,所有1/2承轨台钢筋与梁体主筋进行点焊,承轨台钢筋和梁体主筋也形成电气连通。

     （5）焊接要求:

当两根钢筋平行紧靠时用单面焊接,hf/l=6mm/30mm;当两根钢筋十字相交时（除注明外）,如为国产钢筋,允许丁字点焊（不能咬肉）,hf/l=6mm/30mm,尽量满足。

具体布置详见图3。

3.5　防范措施

（1）预制支承块中,使用尼龙套管作为紧固螺栓孔,这样就使走行轨与承轨台之间有了绝缘保护。

（2）承轨台施工中,“三筋”分离,即桥面预埋钢筋、承轨台结构钢筋、支承块外伸钢筋三者之间绝缘,确保“三轨”供电牵引网与桥面的绝缘。

为达到这一目的,首先,对桥面预埋钢筋进行调整,包括顺线路方向、线路垂直方向及高度方向的切割、搭焊处理,使两者基本达到绝缘;接着,对承轨台结构钢筋和桥面预埋钢筋两者间进行绝缘检查,有搭接处,用PVC管隔离、胶带固定的方式,保证两者绝缘。

完成后,浇筑混凝土,收浆抹面时设人字排水坡,以便迅速排水,保持承轨台干燥。

承轨台施工、长轨铺设完后,作桥面防水处理,达到保持梁体内部干燥的目的。

采取以上措施的关键是增大走行轨对地的过渡电阻,达到减小杂散电流的目的。

3.6　“导”的措施

     在“导”方面,线上、线下施工过程中,也都进行了相应的处理。

（1）线下施工即高架桥施工中,对梁片结构钢筋进行处理,形成钢筋网;同时,在梁端焊接防迷流端子,使进入梁体内的杂散电流能够导出。

（2）线上铺架施工即整体道床施工,杂散电流的导出,依靠承轨台结构钢筋个体的连通和一片梁内所有承轨台结构钢筋的连通。

承轨台结构钢筋个体的连通是通过主筋和两端整圈箍筋焊接来保证的。

一片梁上所有承轨台钢筋的连通是通过承轨台结构钢筋相互间横向、纵向扁钢焊接来保证的。

同时,在梁伸缩缝处,设防迷流端子,将进入道床内的杂散电流导出。

4　杂散电流的监测

     现代新建的轨道交通系统都要求预留测防端子和预装参考电极,在需要时可配备杂散电流的检测系统,对杂散电流腐蚀的可能性进行实时监测。

杂散电流的调查一般是指轨道交通系统的结构如车站处的轨道对地电阻和腐蚀电势。

其它杂散电流的监测包括轨道对地电压、泄漏电流、指定的金属结构对负母线的电压和从牵引变电所馈出的总电流等的测量。

这些测量数据用于对当前杂散电流和杂散电流腐蚀的评估。

中华人民共和国行业标准———地铁杂散电流防护技术规程规定:

隧道结构的外表面受杂散电流腐蚀危害控制指标是由泄漏电流引起的结构电压偏离自然电位数值。

钢筋混凝土地铁主体结构的钢筋,上述极化电压的正向偏移平均值不应超过0.5V。

一般轨道交通系统的杂散电流监测系统主要是监测杂散电流对结构钢筋的腐蚀可能,因此主要监测结构钢筋的极化电压。

5结束语

     上海轨道交通施工中将防杂散电流施工分布于主体工程施工的各工序中,严格按照技术规范“防”、“导”相结合,对杂散电流进行防范,减小、避免杂散电流造成危害。

采用ZC29B型接地电阻测试仪测试杂散电流,各项指标均达到行业标准,收到了良好的效果。

参考文献

1易友详.一种积极有效的地铁杂散电流防护方案.天津理工学院学报，1995

（2）

2胡　斌.地铁迷流及上海地铁的迷流防护措施.电世界，1994

（1）