軌道交通雜散電流腐蝕的監(jiān)測及防護研究

1、軌道交通雜散電流腐蝕的監(jiān)測及防護研究摘要： 研究 目的: 分析 地鐵雜散電流腐蝕在線監(jiān)測的原理，并對地鐵雜散電流監(jiān)測控制系統(tǒng)的軟、硬件進行初步設(shè)計。同時對地鐵雜散電流腐蝕防護措施提出看法。 研究 方法 :結(jié)合地鐵的實際情況及標準規(guī)定的雜散電流腐蝕危險性判定指標，選擇埋地金屬結(jié)構(gòu)的極化電位作為監(jiān)測的參數(shù)，采用具有電壓穩(wěn)定、不易極化、內(nèi)阻低且具有一機械強度的Cu /CuSO4作為參比電極;測控系統(tǒng)硬件的核心是基于ARM7微處理器，其高速的性能、豐富的接口資源，很容易實現(xiàn)測控功能。 研究結(jié)果:該研究 總結(jié) 出了可用于預(yù)測金屬結(jié)構(gòu)在雜散的腐蝕輕度和腐蝕趨勢的自動在線監(jiān)測系統(tǒng)。 研究結(jié)論:盡管地鐵雜散電

2、流的腐蝕性大，但只要采取 科學(xué) 合理的措施，設(shè)計合理的自動在線監(jiān)測系統(tǒng)，有效地降低雜散電流腐蝕的損失，確保地鐵長期運行使用的安全。 關(guān)鍵詞：地鐵;雜散電流;監(jiān)控;防護 目前 國內(nèi)外的城市軌道 交通 運輸直流牽引供電系統(tǒng)中，普遍采用走行軌回流的供電方式。列車直流牽引供電系統(tǒng)采用正極接觸網(wǎng)(軌)，走行軌兼作負回流線。由于走行軌不可能對地完全絕緣，且走行軌存在電壓降，因此有少量電流不會沿走行軌而是沿大地回到變電所或根本不回到變電所，形成雜散電流。它對地下隧道結(jié)構(gòu)鋼筋、高架橋結(jié)構(gòu)鋼筋、沿線金屬管線、屏蔽網(wǎng)等金屬設(shè)施產(chǎn)生嚴重的電流腐蝕作用，危及建筑設(shè)施的安全并可能會釀成災(zāi)難性的后果，如煤氣或石油管道的腐

3、蝕穿孔;結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕，會破壞混凝土的整體性，降低其強度和耐久性，給安全運營帶來嚴重威脅。因此對雜散電流進行監(jiān)測并采取有效的防護措施是地鐵及輕軌設(shè)計、建設(shè)、運營維護中必須考慮的一個重大課題，已經(jīng)引起國內(nèi)外科研和生產(chǎn)單位的重視。但國內(nèi)對這方面的研究還很欠缺。軌道交通系統(tǒng)中機車是一個運動變化的負荷，地鐵雜散電流腐蝕的介質(zhì)一般為土壤，情況千差萬別， 影響 腐蝕過程的因素太多，并隨時間變化。在 理論 分析的基礎(chǔ)上結(jié)合大量調(diào)查研究和試驗，才能提出有針對性的治理雜散電流的技術(shù)和方法。在分析清楚雜散電流分布的情況下，對新建的軌道交通系統(tǒng)，要在設(shè)計、施工各個階段，從實際出發(fā)，根據(jù)不同的線路施工方法、線路方案、

4、地質(zhì)狀況、供電方案，相關(guān)的專業(yè)都要采取相應(yīng)的技術(shù)措施，盡量減少雜散電流。對已建成的線路或因某些原因絕緣下降而產(chǎn)生雜散電流后，應(yīng)對雜散電流腐蝕的狀況進行實時監(jiān)測，采取有針對性的措施減少雜散電流對金屬結(jié)構(gòu)和管線的腐蝕。1.1監(jiān)測原理 雜散電流對埋地金屬的腐蝕本質(zhì)上是電化學(xué)過程，在埋地金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕檢測參數(shù)中，金屬結(jié)構(gòu)對地電位是最重要的參數(shù)，因為它既可以反映金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕特性，又可以反映雜散電流的干擾特性。因為接地零電位會因雜散電流的極化作用產(chǎn)生偏移，所以在測量中不能以接地作為電壓的基準，而是采用具有電壓穩(wěn)定、不易極化、內(nèi)阻低且具有一定機械強度的Cu /CuSO4作為參比電極。主要包括兩項參數(shù)的測量

5、:(1)參比電極的本體電位。通過檢測參電極的本體電位，可判斷參比電極工作是否正常。(2)結(jié)構(gòu)極化電位，即結(jié)構(gòu)鋼筋極化電壓的偏移值。根據(jù)這個值判斷雜散電流對結(jié)構(gòu)鋼筋的腐蝕情況，如果極化電壓正向偏移值一旦超過規(guī)定值，則啟動智能排流柜進行排流。1.2監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖2所示。 由圖2可知，檢測系統(tǒng)主要是由上位機系統(tǒng)和自動監(jiān)測裝置兩部分組成。自動監(jiān)測裝置是以ARM7處理器為核心的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，完成模擬量、開關(guān)量的采集和存儲。如參比電極的本體電位、結(jié)構(gòu)鋼的極化電位等，并對它們在液晶屏幕上進行實時顯示;當(dāng)檢測到結(jié)構(gòu)鋼極化電位超標、鋼軌電壓超標或接近CJJ49-92規(guī)定時，進行超標

6、報警;同時根據(jù)結(jié)構(gòu)鋼筋極化電壓的情況，輸出控制量向智能排流柜發(fā)布控制命令，啟動排流柜進行排流。上位機主要功能是通過USB接口與自動監(jiān)測裝置相連，通過系統(tǒng)軟件可實時顯示各種信息，可方便查詢 歷史 數(shù)據(jù)和故障記錄，同時達到遠程修改自動監(jiān)測裝置的系統(tǒng)時間等功能。1.3測控裝里的硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。 測控裝置的處理器采用Samsung S3C44BOX16/32位RISC處理器，有8 MB的內(nèi)存和16 MB的硬盤，接口包括一個USB接口、一個JTAG調(diào)試口、與轉(zhuǎn)換器的連接采用CAN總線接口。人機接口設(shè)備包括一個4x4的鍵盤和一塊280x128的LC D顯示屏。其中的USB接口主要用于在

7、和主機進行數(shù)據(jù)交換時獲得一個較高的傳輸速度;LCD主要用于顯示系統(tǒng)工作正常，作為監(jiān)視之用。1.4軟件的設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用的是C和匯編混合編程實現(xiàn)，它采用模塊化結(jié)構(gòu)，由初始化模塊、主控模塊、鍵盤輸人模塊、液晶顯示模塊、SPI通訊模塊、數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊、看門狗模塊、實時時鐘模塊組成。2防止雜散電流腐蝕的措施及監(jiān)測存在的 問題 雜散電流的防護工程基本上采用“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測”的原則。對地下設(shè)施可采用覆蓋絕緣層，鋪設(shè)在絕緣管道內(nèi)或者選擇合適的路線和電分段等。2.1地鐵線路采取的防止雜散電流腐蝕的措施 (1)以防為主 控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進入軌道 交通

8、系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備以及沿線附近相關(guān)設(shè)施的結(jié)構(gòu)鋼筋。具體實施時，由于涉及到的專業(yè)多，各專業(yè)、各工種必須緊密配合，尤其在施工設(shè)計階段更要考慮綜合防治措施，盡量減少直流系統(tǒng)與其他建筑物的電氣連接?？刹扇〉拇胧┯?牽引變電所內(nèi)和區(qū)間的直流供電設(shè)備在安裝時與結(jié)構(gòu)鋼筋和結(jié)構(gòu)主體絕緣安裝;走行軌道在施工時，采用與軌道道床絕緣的安裝方式;由外界引人軌道交通內(nèi)部或由軌道交通內(nèi)部引出的金屬管線均應(yīng)進行絕緣處理后方可引人和引出;在軌道交通線內(nèi)部設(shè)立結(jié)構(gòu)鋼筋電氣連通，把所有結(jié)構(gòu)鋼筋和接地點連接在一起，將泄漏的雜散電流排流回直流系統(tǒng)。 (2)以排為輔 設(shè)置合理的排流網(wǎng)結(jié)構(gòu)，為雜散電流提供低電阻通路，即將牽引所附近的金

9、屬導(dǎo)體與牽引所內(nèi)負母線直接相連，在金屬導(dǎo)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人地下金屬導(dǎo)體后，由于這部分雜散電流是沿著導(dǎo)體電阻較小的通路流回牽引所負母線，而不是先流出導(dǎo)體進人土壤，而后從土壤進人網(wǎng)軌，從而避免了對牽引所附近金屬導(dǎo)體的腐蝕。2.2雜散電流腐蝕監(jiān)測和防護方面存在的問題 (1)雜散電流難以直接準確測量，根據(jù)所測量的參數(shù)，很難預(yù)測金屬結(jié)構(gòu)在雜散電流作用下的腐程度和腐蝕趨勢。 (2) 目前 廣泛使用整體道床排流網(wǎng)進行雜散電流排流，其雜散電流的分布情況，排流機理，排流網(wǎng)的合理分布等都需進一步 研究 。 (3)地鐵軌地電阻和軌道縱向電阻也是 影響 地鐵雜散電流

10、分布的參數(shù)，缺乏有效的在線測量 方法 。3結(jié)束語 地鐵雜散電流腐蝕的防護和監(jiān)測，是地鐵設(shè)計、建設(shè)、運營維護中必須考慮的問題，而雜散電流的腐蝕是一個長期積累的結(jié)果，給研究工作帶來一定難度。在地鐵工程建設(shè)中，應(yīng)把地鐵雜散電流防護系統(tǒng)盡可能做到完善，減少雜散電流的產(chǎn)生及限制雜散電流的擴散。在運營維護中，按照設(shè)置的監(jiān)測系統(tǒng)及方案，定期測試及維護，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。盡管地鐵雜散電流的腐蝕性大，但只要采取 科學(xué) 合理的措施，一定能有效地降低雜散電流腐蝕的損失，防止危及地鐵主體結(jié)構(gòu)及管線結(jié)構(gòu)，確保地鐵長期運行使用的安全。 參考 文獻 :1趙煌.廣州地鐵一號線雜散電流腐蝕防腐 分析 J.腐蝕與防護，2001,22(8):360