摘 要：城市軌道交通系統(tǒng)，在今天已經成為各個城市發(fā)展和解決城市交通的重要砝碼，它以安全、準時、快速、減少污染等優(yōu)點日益成為人們出行的首選。作為城市軌道交通系統(tǒng)常用的直流供電系統(tǒng)，在具有相對的能量輸送功率大、傳輸距離遠、變電所間互聯(lián)容易、繼電保護簡單等優(yōu)點的同時，也存在著一些負面影響，其中雜散電流和由它引起的電腐蝕就是一直困擾人們的一個問題。它對地鐵的內部的金屬構建，甚至鄰近地鐵的外部的一些設備產生腐蝕，導致設備的使用壽命降低，造成嚴重的經濟損失。因此地鐵雜散電流的防護逐漸被人們認識并重視，此文對雜散電流的相關問題進行一些粗淺的分析，闡明本人的一些觀點，希望起到拋磚引玉的作用。

翻開世界上電氣化鐵路的運營史，雜散電流和由它引起的電腐蝕一直是困擾人們的一個問題，在此就此問題，進行一些粗淺的談論，以闡明本人的一些觀點，以起到拋磚引玉的作用
1．雜散電流的產生
眾所周知，目前世界上城市軌道交通系統(tǒng)的供電方式，絕大多數采用直流供電系統(tǒng)。作為電源的牽引整流變電所，通過與之正極相連的接觸軌或架空接觸網，向電動列車輸送電能，然后通過列車，以走行軌作為直流電流的回流通路，最終在牽引整流變電所附近，將走行軌與牽引整流變電所負極相連，使饋出的直流電流返回牽引整流變電所。但供電系統(tǒng)在實際運營過程中，上述的直流回路往往無法保證與周圍的環(huán)境隔絕，由于各種原因，系統(tǒng)對周圍環(huán)境存在著或多或少的泄漏電阻，隨著線路運營時間的延長，運營環(huán)境逐步惡化，泄漏電阻值還將逐步減小，尤其是作為回流通路的走行軌，大多安裝在隧道內的道床上，而在地面線路，更是直接安裝在露天，經受著風吹雨淋，因此走行軌與大地之間的過渡電阻勢必會減小，從而造成有部分直流電流泄漏向大地，侵入線路周圍的地區(qū)，尤其是線路周圍的輸電電纜、通信電纜、煤氣管道、自來水管道等金屬構件。這部分沒有按照既有線路流通，而流入大地電流，我們稱之為雜散電流。圖1清楚地反映了雜散電流的形成。

圖 1 雜散電流的形成

由于雜散電流的產生以及它的電腐蝕效應，使對線路以及周圍設施的金屬構件構成了一定的威脅。這種電腐蝕總是發(fā)生在離子導電電流流出金屬結構的地方，即發(fā)生在金屬與電解質存在的陽極區(qū)。雜散電流的陽極電腐蝕對金屬的破壞相當嚴重，能引起水管穿孔漏水、銹蝕、電纜掛鉤打火、道釘生銹斷裂等，導致地鐵設施的使用壽命降低，造成嚴重的經濟損失。
2．雜散電流的計算
要正確計算雜散電流，需要整個系統(tǒng)回路狀態(tài)的分布參數，而對于一個龐大的軌道交通系統(tǒng)的供電系統(tǒng)而言，要準確把握整個系統(tǒng)的分布參數是相當困難的。因此對于工程計算而言，我們可以把部分條件進行簡化，然后再進行計算。在此我們認為軌道對地的過渡電阻是均布的；走行軌的電阻是均布的；地下的金屬構件縱向電阻是均布的；金屬構件向大地的漏電忽略不計；其它雜散電流源的干擾忽略不計。
在上述簡化條件下，我們對幾種典型牽引供電系統(tǒng)的雜散電流進行計算：
1） 單邊供電區(qū)段：

圖 2 單邊供電雜散電流分布示意圖

式中：r為走行軌單位長度的電阻；
w為走行軌對地的過渡電阻；
I為變電所對機車的饋電電流；
2） 單邊供電，變電所附近走行軌接地：

圖 3 單邊供電，變電所附近走行軌接地的雜散電流分布示意圖


3） 雙邊供電，機車在線路中部取流：

圖 3 雙邊供電，機車在線路中部取流的雜散電流分布示意圖

由上面的幾種典型牽引供電系統(tǒng)的雜散電流計算，推而廣之即可進行整個牽引供電系統(tǒng)的雜散電流分布情況計算，在此就不進行詳述。
3．雜散電流的防護
通過前面的論述和計算，我們已經看到了雜散電流危害的嚴重性，這一問題也逐步得到人們的重視。那么如何減少和降低雜散電流對我們的軌道交通系統(tǒng)以及臨近線路的其它金屬構件的危害呢？在此，根據軌道交通中的通常采用的做法進行一些說明。
3.1雜散電流的預防
從前面推倒的公式中可以看出，雜散電流的大小與走行軌的單位電阻成正比；與走行軌對地的過渡電阻成反比；與軌道的長度的平方成正比。從前面的分析也可以看出，雜散電流是途經走行軌—鐵墊板—固定螺栓道釘—進入道床以及相關金屬構件的。在此回路中將會形成若干陽極區(qū)域，從而導致部分金屬的腐蝕，此中腐蝕危害的嚴重點均是由于局部腐蝕引起的，這包括走行軌、螺栓道釘以及局部的金屬構件。為了更好的實施雜散電流防護，首先在設計階段，在滿足整個系統(tǒng)的要求的同時，應盡可能考慮減小雜散電流的可能，如盡可能的延長牽引變電所間距，采用合理的方式增大對地過渡電阻等；其次在系統(tǒng)的建設過程中，應針對軌道絕緣實施嚴格的施工和質量控制，使得新建系統(tǒng)的走行軌對地過渡電阻滿足《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規(guī)程》中規(guī)定的不小于15ohm.km的要求；再次在系統(tǒng)的運營過程中，應加強運營的檢測和維護，保持系統(tǒng)的清潔和干燥，及時更換老化失效的減震絕緣墊板，以保證軌道的絕緣水平，使得運營系統(tǒng)的走行軌對地過渡電阻滿足《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規(guī)程》中規(guī)定的不小于10ohm.km的要求，從而在根本上減少雜散電流的危害。
3.2 雜散電流的排流
（1）直接排流法
為了減少從鋼軌泄漏至地下的雜散電流對金屬導體產生的電化學腐蝕，最早的做法是采用直接排流方法；即將牽引所附近的金屬導體與牽引所內負母線直接相連，在金屬導體與負母線之間形成很小的電阻通路，這樣從鋼軌泄漏至地下的雜散電流在進入地下金屬導體后，由于這部分雜散電流是沿著導體電阻較小的通路流回牽引所負母線，而不是先流出導體進入土壤，而后從土壤進入網軌，從而避免了對牽引所附近金屬導體的腐蝕。這種排流方法，稱之為直接排流法。如圖4。
這種排流方法在線路上只有一個牽引變電所運營，且變電所附近的結構電位基本不改變極性的情況下可以達到較理想的效果。但現在城市軌道交通的供電系統(tǒng)，基本采用多個牽引變電所共同為線路供電，而且新型列車，如VVVF列車的使用，往往使得負母線（或其附近鋼軌）電位反而可能大于地下導體電位，在這種情況下，直接排流電纜的連接造成額外雜散電流的增加。因此出現了選擇排流法。

圖 4 直接排流法示意圖

（2）選擇排流法
選擇排流法是在排流回路里增加二極管，二極管的加入使得排流設備具備了單向導通的功能，從而避免了上述額外雜散電流的產生。如圖5。


選擇排流法為國外地鐵普遍采用。它能有效防止雜散電流對隧道內金屬設備、隧道結構鋼筋的電腐蝕破壞，同時也防止了雜散電流向地鐵外部泄漏，是一種有效的防護方法。
3.3排流中應注意的問題
排流網的引入會在其周圍產生對地電位的下降，從而使電流進入排流網，最終從兩側向排流點集中，通過排流設備流回牽引變電所的負極。在這樣的前提下，我們就應注意排流設備的投入時間和排流點的選擇。
關于排流設備的投入時間，由于新建線路，線路情況較好，對地的過渡電阻較大，因此雜散電流是很小的。如果此時投入排流設備，勢必會造成雜散電流的增大，造成不必要的損失。因此對于新建線路，建議初期只投入雜散電流檢測系統(tǒng)，只在必要的時候，再投入排流設備。
關于排流點的選擇，在第2節(jié)中雜散電流分布計算中，即單邊供電，變電所附近走行軌接地情況下，我們注意到，雜散電流成倍地增加。因此我們在選擇雜散電流排流的回流點時，應盡量遠離牽引變電所，以減小雜散電流的形成。
另外，排流網以及設備的引入還帶來了干擾問題，即流向排流網的排流電流在大地中產生電位梯度。當在電位梯度較大的地帶正好是在市區(qū)、工廠等地下管網構件密集區(qū)時，一部分排流電流就會在這些構件的流出點形成電腐蝕現象。因此降低這種干擾現象也是應予以注意的。其主要方法有：在排流回路中串接電阻，適當減少排流電流；選擇更適合的排流點；與其它設備共同排流，或安裝排流均流線；在相關設備上也安裝排流設備。
4結束語
雜散電流的防治是一個多工種，多專業(yè)協(xié)調配合的工作，它不僅涉及到供電專業(yè)，也涉及到結構、管道等等專業(yè)，因此無論在設計、施工和運營維護中各個專業(yè)的協(xié)調配合是做好雜散電流防護的必要前提。
目前雜散電流的防護已被人們所認識，并日益收到人們的重視。但正如《地鐵雜散電流腐蝕防護技術規(guī)程》中所言，地鐵雜散電流腐蝕防護的基本原則應“以治本為主，將地鐵雜散電流減小至最低限度”，應以防為主，以排為輔，實行防排結合。積極做好設計、施工和運營維護等各個環(huán)節(jié)的工作，這樣才能取得雜散電流防護的最佳效果。