地铁杂散电流监测应用论文
目前在我国的各大城市中, 最受人民欢迎的出行方式便是地铁, 不仅速度快, 而且安全性高, 但是地铁在运行中还是有一些问题需要解决, 列车在行驶中产生的杂散电流不仅会影响列车的运行效率, 还会对地下隧道中的支撑金属、线缆成影响, 这种影响不是短期的, 而是一种长期的腐蚀。所以, 对地铁中的杂散电流进行监测是十分必要的。
1. 杂散电流的形成原因
在地铁的运行过程中, 地铁电客车的主要能源来自于沿线架设的接触轨或者架空接触网, 采用直流供电的方式向地铁传输能源, 然后经过列车的走行轨和牵引整流变电所负极相连, 使得馈出的直流电流返回到牵引整流变电所中。直流供电的地铁系统的走行轨本身具有电阻, 而且走行轨对地面不能做到百分百的绝缘, 因此, 一些电流在地铁运行过程中泄漏出来, 这些电流便被称之为杂散电流。杂散电流也叫迷流, 随着地铁运营时间的增加, 运行环境的不断恶化, 泄漏电阻的阻值也会随之降低。
2. 杂散电流的腐蚀危害
2.1 腐蚀金属
在地铁的运行过程中, 随着地铁的运行产生杂散电流, 杂散电流积累会对地铁轨道、地铁隧道内金属设备、地下通信管线、钢筋结构造成腐蚀, 这种腐蚀和自然电解质腐蚀完全不一样, 杂散电流的腐蚀是电流的直接作用, 电流数值比自然腐蚀的数值要大得多, 根据法拉第电磁电解定律, 每1安培杂散电流一年可以腐蚀约9.2千克金属。
2.2 破坏混凝土结构
在地铁运行通过隧道时, 产生的杂散电流虽然不会对混凝土发生反应, 但是会对混凝土内部的钢筋造成影响, 钢筋在混凝土中可以使电流发生汇集, 并且将汇集的电流引导到排流点。在杂散电流对混凝土内部钢筋发生接触时, 此时呈现阴极, 而阴极反应会析出氢气, 钢筋与电流反应后如果不能及时将产生的氢气从混凝土内部排除, 就会影响钢筋混凝土的内部稳定性, 最终导致钢筋和混凝土发生剥离。杂散电流对混凝土的影响是最为严重的, 如果大面积的混凝土发生开裂, 则隧道内部结构不稳定, 列车通过时产生振动极有可能造成塌方, 后果不堪设想。
3. 杂散电流的监测技术
地铁的结构和设备受杂散电流腐蚀的危险性指标是由电流密度来确定的, 但是电流密度的测量难度较大, 所以一般情况下要通过测量腐蚀危险性的间接指标来判断地铁设备被杂散电流的腐蚀状况, 也就是杂散电流引起的结构电位极化偏移值。需要参考的影响因素有:轨道电压、金属极化电位等等。
3.1 极化电位
地铁结构中的金属件对地电位的测量方法使用的是如下图1所示的近参比法, 需要使用长效参比作为测量传感器U0。在有杂散电流进行扰动的时候, 测量的电位会与U0发生偏移, 所测得的电位为U1, 偏移量为△U。通常情况下, 把为正的测量电压称为正极性电压, 负的测量电压称为负极性电压。下方的图2表示测量的时候可能会出现的曲线。在杂散电流进入金属件内部, 金属件就会表现为阴极, 此处的电位会从负向偏向U0, 如图2的 (-) 区域, 金属件的这一部位不会受到杂散电流的腐蚀。当杂散电流流出金属件部位, 金属件此时表现为阳极, 这一部位的电位将从正向偏离U0, 如图2的 (+) 区域, 这一部位将受到杂散电流的腐蚀。
3.2 轨道电位
轨道电位的测量难度较大, 可以使用钢轨对地铁结构金属件的电压来确定轨道电位。轨道电位的变化量和变化速度都很大, 在测量过程中要计算电位的平均值和最大值。
4. 杂散电流的防护措施
4.1 杂散电流的整体防护
通过对杂散电流的分布方式进行研究, 建立起完整的杂散电流防护系统。地铁的道床结构段约为五十米, 近几年的地铁建设都将道床结构的钢筋连接成电气整体, 这便是道床排流网, 将道床排流网与电缆相连接, 使道床内形成低电阻杂散电流通道, 直至变电所的负极。
4.2 自动排流柜
根据自动排流的技术要求, 自动排流柜根据实时监测的被保护埋地结构的极化电位的腐蚀情况进行状态控制, 如果检测处于腐蚀状态, 那么就要控制IGBT的导通角排流, 避免排流柜的通道被堵塞, 使隧道内部金属部分发生腐蚀。而排流系统受单片机控制系统管理, 自动采集电压、电流、电阻等故障信息, 远程切换排流线路, 增加排流的效率。排流柜的控制要参考排流网结构的排流设定量, 通过计算排流网结构钢筋和混凝土之间的电位差, 传送到监控系统中, 接着将计算好的极化电位值传送到控制器处理单元, 将这个数值和设定值进行比对调整电阻阻值, 保证排流柜的工作效率。
结束语:
随着国民经济的不断提升, 地铁作为城市建设和经济发展的重要组成部分, 一定会发展的越来越好, 而在此期间对地铁杂散电流的监测和针对性策略十分重要, 应该科学合理的利用现有的技术和手段, 分析成因, 为人们的出行安全和城市发展做出贡献。
摘要：随着我国的城市基础建设水平越来越高, 我国在近期加大了对各城市地铁建设的投资, 设置里程近3000千公里, 总投资达到了8000亿元, 我国目前成为世界上最大的地铁建设国家。但是地铁的运营过程中, 列车行驶过程中产生的杂散电流会对运行安全造成影响, 本文将阐述地铁杂散电流造成的危害和对其的监测方法, 保证人们的出行安全。
关键词：地铁,杂散电流,监测,应用分析
参考文献
[1] 高敬宇, 易凡.地铁及轻轨杂散电流腐蚀的防护.天津理工学院学报, 2016, 12 (1) :32—36.