论文导读：城市地铁工程中供电系统回路泄漏的杂散电流对地铁金属结构和埋地管线造成严重的腐蚀，因此在工程建设中必须研究地铁杂散电流的分布状态，采取有效的措施减少杂散电流腐蚀，确保系统正常运营。地铁（轻轨）采用直流供电方式，利用钢轨作为回流线，由于钢轨对地绝缘不充分，部分负荷电流泄漏于大地，形成杂散电流。杂散电流的防护主要有两种形式：一是控制、一是疏导。
关键词：地铁，杂散电流，防护
城市地铁工程中供电系统回路泄漏的杂散电流对地铁金属结构和埋地管线造成严重的腐蚀，因此在工程建设中必须研究地铁杂散电流的分布状态，采取有效的措施减少杂散电流腐蚀，确保系统正常运营。
1、杂散电流的形成与危害
地铁（轻轨）采用直流供电方式，利用钢轨作为回流线，由于钢轨对地绝缘不充分，部分负荷电流泄漏于大地，形成杂散电流。这种杂散电流对地铁隧道中的结构钢筋产生腐蚀，破坏了结构钢的强度，降低了其使用寿命。
杂散电流腐蚀一般具有以下特点：腐蚀激烈、腐蚀集中于局部位置、有防腐层时往往集中于防腐层的缺陷部位。
杂散电流会引起地铁设施、地铁附近的钢筋混凝土结构物以及埋地管线发生腐蚀，造成严重后果。主要表现在：钢轨及其附件的腐蚀、钢筋混凝土金属结构物的腐蚀、埋地管线的腐蚀、异常腐蚀。
2、地铁杂散电流腐蚀的防护形式
杂散电流的防护主要有两种形式：一是控制、一是疏导。
如何将杂散电流降到最低程度，采取“源控制”的办法乃是根本的治理大计。即在地铁建设中，首先应有一个严格和完善的杂散电流防护的设计，以及严格按照标准要求进行的一丝不苟的施工。但是，许多先期防护措施是会随着时间的推移而逐渐失效的，一项新建的杂散电流甚小的地铁系统，在运行一段时间之后，由于不可避免的污染、潮湿、漏水和受力破坏等因素，均会使原来良好的轨、地绝缘性能降低、老化或失效。当出现这种情况后，排流法即成为消除杂散电流腐蚀最有效的手段，此外分段供电、在轨道上设置绝缘结、使用单向导通装置也是防止特殊地段杂散电流腐蚀的有效措施之一。
3、地下设施防止杂散电流腐蚀的方法
地下设施防止杂散电流腐蚀的措施分为被动型和主动型两种。
被动型保护法主要是采取覆盖绝缘层、铺设在绝缘管道内、选择合适的路线和电分段等防护措施。对于地下设施，防止牵引电流从钢轨直接流入设施是基本的和首要的措施。具体措施如：铸铁管表面涂沥青，管接头处采用相互绝缘的连接方式；敷设镀锌钢管和电缆时，应尽可能远离地铁线路，尽量减少与地铁线路交叉，增大交叉间距；电缆在线路下部时采用绝缘管道保护如玻璃钢管、石棉管等；钢管敷设在有绝缘垫的管沟内，绝缘垫上集中放置管子；在杂散电流区域内敷设金属管道，采用绝缘法兰连接等。
主动型防护方法，是基于将杂散电流从地下设施引至回流轨（电气排流防护），或将这些电流与相遇的电流抵消（阴极保护、流通防护）。主动型防护方法主要有以下几种方法：
①排流保护法
排流保护法主要是为保护金属导体而采取的防护措施，其基本原理是将被保护的金属导体对走行轨的阳极区用导线连接起来，使被保护的管道变为阴极性，从而防止金属发生阳极腐蚀。
②阴极保护法
杂散电流不能从钢轨上排流时，则需采用阴极保护。其工作原理是用专门的直流电源（阴极站）供出反方向的电流，来抵消地下设施流出的杂散电流。为了在大地形成上述电流，阴极站的负极引出端接至地下设施；正极引出端接至特殊阳极接地器。当阴极保护电流等于从设施流出的杂散电流时，设施表面的电腐蚀终止；当电流较大时，则形成阴极极化效应。
③防蚀器防护法
用防蚀器防护，是由阴极保护法派生出的，其防护电流是靠电极（防蚀器）本身的溶解作用完成的。电极主要是由镁的特殊合金制成的。防蚀器是在防护设施的附近并用导线与其相连接。钢、铝或铅制成的设施与防蚀器形成电偶。该电偶使防护电流达到30～50mA，并通过大地闭合。防蚀器一般概念是辅助(牺牲)阳极，且使流过电流的方向是使被保护物(原阳极)成为阴极，不再被电蚀，从而得到充分的保护。
防蚀器若用电位很负的金属构成，则由该辅助电极与原电极所形成电池的电动势来提供阴极保护电流，这实质上是由镁的溶解提供的，所以通常也称为阴极保护法中的牺牲阳极法(或流电阳极法)。
④阳极保护法
即将被保护物的电位提高到钝态电位，从而阻止腐蚀。由于地铁系统，尤其是在大城市附近，地下结构设施复杂，显然难以采用将被保护的设施的电位提高到钝态电位的阳极保护法。
⑤加强排流法
加强排流法即采用排流防护和阴极保护的组合方法，是用和整流器的正端子与钢轨相连接的阴极站，代替阳极接地，电源负极和被防护的设施相连接，二极管接入电路，以便提高电路的反向击穿电压。
加强排流电路不同于阴极保护，优点是电能消耗很小，也无需阴极保护的设备。也不同于排流防护，优点是不仅在钢轨网的阴极区，而在杂散电流分布的任何区域，甚至在无杂散电流时均可用于防护。
4、地铁线路防止杂散电流腐蚀的措施
地铁线路杂散电流的防护是一系统工程，目前常用的防护方法大致可归纳为以下三类：
① 让回流轨中的电流全部流回牵引变电所的负极，而不能向地下泄漏，即在回流轨与地之间采取有效的绝缘，控制和减小杂散电流产生的根源，隔离所有可能的杂散电流泄漏途径，俗称“堵”；
② 通过与排流网电气连接的测防端子和走行轨来监测杂散电流大小，以便超标时及时采取措施，俗称“测”；
③ 将回流轨中部分向外泄漏的电流，以某种渠道将其引回变电所的负极，即设置合理的排流网结构，为杂散电流提供一条畅通的低电阻通路，俗称“排”。
在直流牵引供电系统中，对杂散电流的防护的原则：预防于“测”，以“堵”为主，“堵”、“排”结合。若“堵”未处理好，那么“排”与“测”仅是无奈之举；而在先期的防护措施逐渐失效造成大量杂散电流时，“测”和“排”又起着关键作用。
（1）“堵”——源控制法
根据实践经验和杂散电流的估算公式，杂散电流值与用电列车和供电牵引变电所的距离的平方成正比，与回流走行轨的纵向电阻成正比，与牵引电流成正比，与轨道对结构钢的过渡电阻成反比。基于上述原理，可采取以下措施：
①提高牵引网压
杂散电流值和牵引电流成正比，在相同的牵引功率下，提高直流牵引电压，可以按相同的比例降低负荷电流值，从而达到降低杂散电流的数值。目前我国地铁牵引供电系统中，供电电压主要有750V和1500V，采用1500V电压牵引供电可以减小杂散电流的产生。
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