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【摘 要】 地鐵产生的杂散电流带来了很大危害，因此必须加强对地铁杂散电流的防治。基于此，文章对地铁杂散电流进行综合的分析，并提出具体的抑制措施，以期能够更好的保障地铁运行的安全性。
【关键词】 地铁；杂散电流；抑制措施
1.杂散电流的危害
杂散电流会对地铁周围的金属设施、钢筋混凝土金属结构物、埋地金属管线造成腐烛，减少金属的使用寿命，从而带来严重的经济损失。杂散电流腐烛要比一般的土壤腐蚀或电偶腐烛破坏力要强得多。杂散电流的腐烛是长期的积累效应，大部分是穿孔形式，多发生在金属管线与钢轨的跨越交叉处以及卡固支架部位附近。其危害主要表现在以下几个方面：
1.1杂散电流对钢轨及其附件的腐烛。杂散电流会对地铁结构钢筋以及埋地金属设备产生严重的腐蚀。列车下部，列车处于阳极区时，更容易发生电化学腐蚀。由于这些腐烛往往产生于内部，从外观很难发现，一旦发现，已经腐烛透了，必须更换钢轨，造成较大的经济损失，危害更大。
1.2杂散电流对钢筋混凝土金属结构物的腐烛。杂散电流通过混凝土时对混凝土本身并不产生影响。但因为混凝土中存在钢筋，杂散电流从混凝土中进入钢筋，又从钢筋流入混凝土，在电流离开钢筋返回混凝土的部位，钢筋呈阳性并发生腐烛，腐烛产生物排挤混凝土而使之开裂，破坏了混凝土的整体强度和使用寿命。如果混凝土内的钢筋直接与钢轨有点接触，更容易受到杂散电流的腐烛。
1.3杂散电流对腐蚀埋地管线的腐烛。在地铁附近一般都会埋设有各种管线，主要有水管、石油管线、煤气管线，天然气等，在这些管线中由于金属结构的存在，杂散电流一定会对其造成不同程度的腐烛。腐烛严重时，会造成石油、煤气、天然气等管的泄漏，甚至发生爆炸，这样会危及附近居民的生命安全，造成居民财产的严重损失。
1.4杂散电流对乘客安全的威胁。由于钢轨电位差的存在，乘客在车厢与站台之间存在一定的电位差，当地铁车厢与站台之间的电位差很高时，乘客在上下车时就会有触电的危险。
2.杂散电流的腐蚀机理
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，直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地做不到完全绝缘，所以有一部分电流从走形轨泄漏到大地。这部分从走形轨漏出的电流被称为杂散电流，又叫迷流。杂散电流从走形轨漏出后，经过地铁的道床流入大地，然后从大地流回钢轨回流点。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。
杂散电流腐蚀属于电化学腐蚀，电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程。介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。进行电子传导的金属导体与进行离子传导的电解质相接触的界面称为电极系，电子导体和离子导体的接合称为e-i接合。
地铁直流牵引供电方式所形成的杂散电流及其腐蚀部位如图1所示，走行轨和金属管线均为电子导体，地面为离子导体，电子在A点和D点流出，那么金属导体和地面一起组成的界面为阳极。在电流经过过程中，如果电流在B点和F点流入，那么地面与金属导体所共同组成的界面为阴极。根据图1可以看出，杂散电流所流过的地方可以看成两个电解电池串连在一起。
当杂散电流由钢轨（A）和金属管线（D）部位流出时，都会发生失掉电子的氧化反应，该部位的金属就会遭到腐蚀。
3.杂散电流仿真
以某地地铁设计为例，运行车辆为6节编组B型车，初期运行间隔为300秒，近期运行间隔为200秒，远期为120秒。本次供电系统采用1500V直流供电，假设走行轨对结构钢筋的过渡电阻全线均匀一致，其值达到了15Ω/km。根据杂散电流估算公式如下：
式中 IS：杂散电流值；ψ：对结构的过渡电阻值；l：带电列车距供电牵引所间的距离；r：回流走行轨的纵向电阻值。根据以上条件分别对各个牵引所之间的杂散电流进行了仿真计算。
根据计算结果并结合现有地铁杂散电流实验和研究经验，杂散电流主要受以下因素影响：（1）走行轨对结构钢筋的过渡电阻大小与杂散电流成反比。过渡电阻越大，杂散电流越小；为减少杂散电流，需增加轨地绝缘。（2）走行轨的线路电阻与杂散电流成正比。电阻越小，杂散电流越小；在采用60kg钢轨后，必要时可在走行轨均流线间并联电缆以减小走形轨线路电阻，达到减少杂散电流的目的。（3）在有条件时应增加牵引变电所数量，减小变电所的最大供电距离。（4）列车用电点至变电所的距离与杂散电流成平方比。距离越远杂散电流越大。
4.杂散电流的防护措施
4.1控制杂散电流的产生
（1）减小钢轨纵向电阻
由于钢轨本身具有电阻，当牵引电流通过钢轨回流时会产生电压降，钢轨对地无法做到绝对的绝缘，因此会产生对地电位差和杂散电流。所以要降低杂散电流的数量，就要减小钢轨压降，降低钢轨压降的方法主要有如下几点：
a.采用长轨以减小钢轨的电阻；b.采用低阻钢轨；c.保证钢轨接头之间的电气畅通连接；d.尽量减小变电所的供电距离。
（2）増大杂散电流流通路径的电阻
钢轨对地过渡电阻对杂散电流的影响最大，应当采取措施使其值保持在左右，从而使其对杂散电流的泄漏没有太大影响。其具体措施主要有：
a.增加轨道对地过渡电阻：釆用木质轨枕并进行绝缘处理、设置专门的绝缘层。b.增加杂散电流泄漏路径电阻：轨道交通系统采用不接地或二极管接地策略。c.在车辆段的检修库和停车库中，使用绝缘接头或采用单向导通装置。
（3）减小变电所间的距离
供电距离越短，钢轨电压就越低，杂散电流越小，对结构件筋或金属管线产生的腐蚀也就越小。因此，在布置牵引变电所位置时应适当考虑减小变电所距离，接触网采用双边供电，尽量不釆用单边供电方式。
4.2排流保护措施
（1）直接排流法
直接排流法是将被保护的结构件与回流轨直接用导线连接，如图2（a）所示。这种方法虽然简单，但只能在没有逆向电流时才能使用。
（2）选择排流法
在直流排流的连接线上加装半导体整流器，只允许电流单方向流向钢轨，逆向不能流通。如图2（b）所示。
（3）强制排流法
当被保护的结构件处于杂散电流交替干扰区时，釆用直接或选择排流法都不能将干扰电流排回钢轨时就需要釆用“强制排流法”，如图2（c）所示。
4.3阴、阳极保护法
（1）阴极保护法
阴极保护是指向金属结构件提供电流，有外加电源法和牺牲阳极法：根据电化学腐蚀原理，电化学腐蚀主要是产生在阳极区域，阴极保护法就是根据这一原理使被保护的金属物处于阴极电位，从而得到充分的保护。
牺牲阳极阴极保护法是采用比管道构成材料活跃的金属（如锌、镁、铝等制成牺牲阳极，将其与管道进行电气连接或者镀在管道的外层，如图3（a）所示。外加阴极保护法则是采用外接直流电源将被保护的结构件与保护电极相连，结构件接电源负极，保护电极接电源正极，通过电源的作用使被保护结构件处于阴极电位，如图3（b）所示。
（2）阳极保护法
理论上将被保护结构件的电位提高到钝态电位，从而阻止杂散电流腐蚀。在实际实施中却很难做到。
5.结束语
随着我国城市地铁或轻轨交通快速发展，人们越来越重视地铁防护杂散电流，所以需要对杂散电流的分布规律进行分析，对各种影响杂散电流分布的因素进行了解，从而设计出合理有效的防护杂散电流的方案，才能减少在地铁建设中的投资、降低地铁的运营成本。
参考文献：
[1]李磊.城市轨道交通杂散电流监测系统及其应用[J].都市快轨交通，2012，02：99-101.
[2]陈启德.地铁杂散电流的防治[J].中国高新技术企业，2010，34：122-124.
[3]李月俊.地铁杂散电流防护技术措施[J].科技信息，2009，06：603+596.
【关键词】 地铁；杂散电流；抑制措施
1.杂散电流的危害
杂散电流会对地铁周围的金属设施、钢筋混凝土金属结构物、埋地金属管线造成腐烛，减少金属的使用寿命，从而带来严重的经济损失。杂散电流腐烛要比一般的土壤腐蚀或电偶腐烛破坏力要强得多。杂散电流的腐烛是长期的积累效应，大部分是穿孔形式，多发生在金属管线与钢轨的跨越交叉处以及卡固支架部位附近。其危害主要表现在以下几个方面：
1.1杂散电流对钢轨及其附件的腐烛。杂散电流会对地铁结构钢筋以及埋地金属设备产生严重的腐蚀。列车下部，列车处于阳极区时，更容易发生电化学腐蚀。由于这些腐烛往往产生于内部，从外观很难发现，一旦发现，已经腐烛透了，必须更换钢轨，造成较大的经济损失，危害更大。
1.2杂散电流对钢筋混凝土金属结构物的腐烛。杂散电流通过混凝土时对混凝土本身并不产生影响。但因为混凝土中存在钢筋，杂散电流从混凝土中进入钢筋，又从钢筋流入混凝土，在电流离开钢筋返回混凝土的部位，钢筋呈阳性并发生腐烛，腐烛产生物排挤混凝土而使之开裂，破坏了混凝土的整体强度和使用寿命。如果混凝土内的钢筋直接与钢轨有点接触，更容易受到杂散电流的腐烛。
1.3杂散电流对腐蚀埋地管线的腐烛。在地铁附近一般都会埋设有各种管线，主要有水管、石油管线、煤气管线，天然气等，在这些管线中由于金属结构的存在，杂散电流一定会对其造成不同程度的腐烛。腐烛严重时，会造成石油、煤气、天然气等管的泄漏，甚至发生爆炸，这样会危及附近居民的生命安全，造成居民财产的严重损失。
1.4杂散电流对乘客安全的威胁。由于钢轨电位差的存在，乘客在车厢与站台之间存在一定的电位差，当地铁车厢与站台之间的电位差很高时，乘客在上下车时就会有触电的危险。
2.杂散电流的腐蚀机理
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，直流供电的地铁系统的走形轨本身具有电阻且走形轨对地做不到完全绝缘，所以有一部分电流从走形轨泄漏到大地。这部分从走形轨漏出的电流被称为杂散电流，又叫迷流。杂散电流从走形轨漏出后，经过地铁的道床流入大地，然后从大地流回钢轨回流点。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。
杂散电流腐蚀属于电化学腐蚀，电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中，金属失去电子而被氧化，其反应过程称为阳极反应过程。介质中的物质从金属表面获得电子而被还原，其反应过程称为阴极反应过程。进行电子传导的金属导体与进行离子传导的电解质相接触的界面称为电极系，电子导体和离子导体的接合称为e-i接合。
地铁直流牵引供电方式所形成的杂散电流及其腐蚀部位如图1所示，走行轨和金属管线均为电子导体，地面为离子导体，电子在A点和D点流出，那么金属导体和地面一起组成的界面为阳极。在电流经过过程中，如果电流在B点和F点流入，那么地面与金属导体所共同组成的界面为阴极。根据图1可以看出，杂散电流所流过的地方可以看成两个电解电池串连在一起。
当杂散电流由钢轨（A）和金属管线（D）部位流出时，都会发生失掉电子的氧化反应，该部位的金属就会遭到腐蚀。
3.杂散电流仿真
以某地地铁设计为例，运行车辆为6节编组B型车，初期运行间隔为300秒，近期运行间隔为200秒，远期为120秒。本次供电系统采用1500V直流供电，假设走行轨对结构钢筋的过渡电阻全线均匀一致，其值达到了15Ω/km。根据杂散电流估算公式如下：
式中 IS：杂散电流值；ψ：对结构的过渡电阻值；l：带电列车距供电牵引所间的距离；r：回流走行轨的纵向电阻值。根据以上条件分别对各个牵引所之间的杂散电流进行了仿真计算。
根据计算结果并结合现有地铁杂散电流实验和研究经验，杂散电流主要受以下因素影响：（1）走行轨对结构钢筋的过渡电阻大小与杂散电流成反比。过渡电阻越大，杂散电流越小；为减少杂散电流，需增加轨地绝缘。（2）走行轨的线路电阻与杂散电流成正比。电阻越小，杂散电流越小；在采用60kg钢轨后，必要时可在走行轨均流线间并联电缆以减小走形轨线路电阻，达到减少杂散电流的目的。（3）在有条件时应增加牵引变电所数量，减小变电所的最大供电距离。（4）列车用电点至变电所的距离与杂散电流成平方比。距离越远杂散电流越大。
4.杂散电流的防护措施
4.1控制杂散电流的产生
（1）减小钢轨纵向电阻
由于钢轨本身具有电阻，当牵引电流通过钢轨回流时会产生电压降，钢轨对地无法做到绝对的绝缘，因此会产生对地电位差和杂散电流。所以要降低杂散电流的数量，就要减小钢轨压降，降低钢轨压降的方法主要有如下几点：
a.采用长轨以减小钢轨的电阻；b.采用低阻钢轨；c.保证钢轨接头之间的电气畅通连接；d.尽量减小变电所的供电距离。
（2）増大杂散电流流通路径的电阻
钢轨对地过渡电阻对杂散电流的影响最大，应当采取措施使其值保持在左右，从而使其对杂散电流的泄漏没有太大影响。其具体措施主要有：
a.增加轨道对地过渡电阻：釆用木质轨枕并进行绝缘处理、设置专门的绝缘层。b.增加杂散电流泄漏路径电阻：轨道交通系统采用不接地或二极管接地策略。c.在车辆段的检修库和停车库中，使用绝缘接头或采用单向导通装置。
（3）减小变电所间的距离
供电距离越短，钢轨电压就越低，杂散电流越小，对结构件筋或金属管线产生的腐蚀也就越小。因此，在布置牵引变电所位置时应适当考虑减小变电所距离，接触网采用双边供电，尽量不釆用单边供电方式。
4.2排流保护措施
（1）直接排流法
直接排流法是将被保护的结构件与回流轨直接用导线连接，如图2（a）所示。这种方法虽然简单，但只能在没有逆向电流时才能使用。
（2）选择排流法
在直流排流的连接线上加装半导体整流器，只允许电流单方向流向钢轨，逆向不能流通。如图2（b）所示。
（3）强制排流法
当被保护的结构件处于杂散电流交替干扰区时，釆用直接或选择排流法都不能将干扰电流排回钢轨时就需要釆用“强制排流法”，如图2（c）所示。
4.3阴、阳极保护法
（1）阴极保护法
阴极保护是指向金属结构件提供电流，有外加电源法和牺牲阳极法：根据电化学腐蚀原理，电化学腐蚀主要是产生在阳极区域，阴极保护法就是根据这一原理使被保护的金属物处于阴极电位，从而得到充分的保护。
牺牲阳极阴极保护法是采用比管道构成材料活跃的金属（如锌、镁、铝等制成牺牲阳极，将其与管道进行电气连接或者镀在管道的外层，如图3（a）所示。外加阴极保护法则是采用外接直流电源将被保护的结构件与保护电极相连，结构件接电源负极，保护电极接电源正极，通过电源的作用使被保护结构件处于阴极电位，如图3（b）所示。
（2）阳极保护法
理论上将被保护结构件的电位提高到钝态电位，从而阻止杂散电流腐蚀。在实际实施中却很难做到。
5.结束语
随着我国城市地铁或轻轨交通快速发展，人们越来越重视地铁防护杂散电流，所以需要对杂散电流的分布规律进行分析，对各种影响杂散电流分布的因素进行了解，从而设计出合理有效的防护杂散电流的方案，才能减少在地铁建设中的投资、降低地铁的运营成本。
参考文献：
[1]李磊.城市轨道交通杂散电流监测系统及其应用[J].都市快轨交通，2012，02：99-101.
[2]陈启德.地铁杂散电流的防治[J].中国高新技术企业，2010，34：122-124.
[3]李月俊.地铁杂散电流防护技术措施[J].科技信息，2009，06：603+596.