交流电气化铁路杂散电流排流工程设计方案

交流电气化铁路杂散电流交流电气化铁路杂散电流 排流工程排流工程 设设 计计 方方 案案 河南汇龙合金材料有限公司河南汇龙合金材料有限公司 20192019 年正版年正版 随着我国电气化铁路改造以及高铁网络的建设以及特 高压输电线路、变电站的建设，因其产生的杂散电流不可避 免的干扰到临近的地下管道、 油库等设施， 导致其电位紊乱， 阴极保护系统失效，腐蚀加剧，因此杂散电流的防护及排流 越来越收到人们的重视，这就需要采取有效的防杂散电流措 施，使杂散电流量控制在允许的范围内。杂散电流的防护工 程基本上采用“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测” 的原则。本文讲述了山东石创公司在杂散电流防护过程中的 一点体会和理念。 1 1 杂散电流的防护原则杂散电流的防护原则 轨道交通直流牵引供电系统中，只要用走行轨兼做回流 导体，杂散电流的产生是不可避免的。为了减少杂散电流的 危害，就应当设法减少杂散电流量。这就需要采取有效的防 杂散电流措施，使杂散电流量控制在允许的范围内。杂散电 流的防护工程基本上采用“以防为主，以排为辅，防排结合， 加强监测”的原则。 (1) 以防为主 控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入 轨道交通系统的主体结构、设备以及沿线附近相关设施的结 构钢筋。具体实施时，由于涉及到的专业多，各专业、各工 种必须紧密配合，尤其在施工设计阶段更要考虑综合防治措 施，尽量减少直流系统与其他建筑物的电气连接。可采取的 措施有:牵引变电所内和区间的交直流供电设备在安装时与 结构钢筋和结构主体绝缘安装;走行轨道在施工时，采用与 轨道道床绝缘的安装方式;由外界引入轨道交通内部或由轨 道交通内部引出的金属管线均应进行绝缘处理后方可引入 和引出;在轨道交通线内部设立结构钢筋电气连通，把所有 结构钢筋和接地点连接在一起，将泄漏的杂散电流排流回直 流系统。 (2) 以排为辅 设置杂散电流的收集系统。此收集系统为杂散电流从回 流轨上泄漏后遇到的第一道小电阻的回流通道，可以将杂散 电流尽量限制在本系统内部，防止杂散电流向本系统以外泄 漏。 2 2 不同区段的不同区段的杂散电流排流系统系统 具体实施中，不同区段应采取相应的排流措施。 2.1 高架区段杂散电流排流系统 轨道交通高架线路一般采用现浇混凝土简支箱梁结构 形式，箱梁与桥墩之间通过板式橡胶支座安装，起到绝缘安 装的效果。在杂散电流防护系统中，现浇混凝土简支箱梁内 部的表面钢筋网与主体结构钢筋网焊接，作为收集和排流的 通道，是杂散电流防护的第一道防线。用铜排引出结构表面 作为排流铜端子，利用 1×150mm2 电缆把每段现浇混凝土简 支箱梁的排流铜端子连接起来，再通过安装在变电所内的排 流系统，把散落在区间的杂散电流排流到直流供电系统，起 到杂散电流的防护作用。同时，铜端子也可作为杂散电流监 测系统的监测点。 2.2盾构隧道区间杂散电流排流系统 盾构隧道区间是由圆形管片一片一片通过螺栓连接在 一起，每个盾构管片内有结构钢筋。在隧道内安装的管片是 预制的。按杂散电流专业的要求，每个管片内结构钢筋成网 状，焊接在一起，使管片内部结构钢筋电气连通，通过钢垫 圈将电气连接点良好引出。隧道管片拼装作业时，通过螺栓 和螺母将各隧道管片结构钢筋全部电气连通，形成等电位 体。环、纵两向通过螺栓将每块管片、每环管片连成一体， 形成一个法拉第笼，对地铁进行电气屏蔽，以防止地铁杂散 电流对外泄漏，减少对地下环境的污染。 2.3 整体道床杂散电流的防护 整体道床用于地下区间隧道内时，由于整体道床位于走 行轨的下面，与轨道距离最近，最容易直接收集轨道泄漏的 杂散电流。因此，在盾构隧道内，利用整体道床内部结构钢 筋的电气连接，建立主要杂散电流的收集网，最能从根本上 解决杂散电流的防护问题。但整体道床的设计需考虑地震等 自然条件的影响。在一定位置设沉降缝，在沉降缝位置引出 道床钢筋连接铜端子，用 1×150mm2 电缆将沉降缝两侧道床 结构钢筋进行电气连接，然后通过牵引变电所的排流系统将 杂散电流排流回直流系统， 起到杂散电流防护的作用。 同时， 引出的铜端子为杂散电流的监测提供了直接监测点。 整体道床用于高架区间时，由于现浇混凝土简支箱梁形 式的采用，杂散电流基本上得到控制，因此，在该整体道床 内部的结构钢筋不再做杂散电流防护电气连接，只作为结构 主钢筋起加固作用。 2.4 其他相关专业的要求 接触网、电缆支架及给排水专业的排水管道等固定件的 安装，均需用膨胀螺栓进行固定。在隧道内和高架区间安装 施工时，必须避开管片和箱梁结构的主筋，在预留螺栓时应 设置遇水膨胀密封垫圈，既利于防水，又不至于和金属螺栓 预埋件接触，隔断杂散电流传播的途径。 3 3 设置杂散电流监测系统设置杂散电流监测系统 设计完整的杂散电流监测系统监测杂散电流的大小，可 为运行维护和防止杂散电流提供数据依据。 电化学中的电位分析法是现阶段杂散电流测量的原理。 选取电位恒定的、提供测量电位标准的参比电极作为基本电 位，以测量结构钢筋、排流铜排、钢轨等的电位大小，来衡 量轨道交通中杂散电流的多少。 杂散电流监测系统由参比电极、轨道电位测试端子、排 流网测试端子、主体结构钢筋测试端子、电位测量箱以及杂 散电流综合测试装置构成。目前，轨道交通杂散电流监测系 统中，硫酸铜参比电极作为参比电极，测量时通过数据采集 仪收集数据。它接收来自电位测量箱的测量电位的信号，进 行记录并保存，可以与计算机联接同步监测记录，对数据进 行分析后若发现异常，则发出报警信号。此法便于对杂散电 流的情况进行掌握，并及时做出处理，保护轨道建设工程。 通过上述防、排、监测等方法的配合采用，基本上能防 止杂散电流的危害，起到保护轨道交通及附近地下公共环境 的作用。