摘要：随着城市轨道交通的飞速发展，其杂散电流泄露日趋严重。杂散电流的存在不仅影响轨道交通系统的稳定运行，还会对金属结构、周边管网造成严重的腐蚀损害。本文章从多个角度出发，深入分析其产生机理和传播特性，并提出一系列切实可行的防护措施。

关键字：城市轨道交通；杂散电流腐蚀；

一、城市轨道交通工程杂散电流的产生机理与特点

城市轨道交通牵引供电系统采用1500V或750V直流供电制式，采用接触网/接触轨授流，走行轨（钢轨）兼做回流轨。整个直流牵引系统采用绝缘安装，在理想状态下，牵引电流通过接触网流向机车，再经过钢轨流回牵引变电所负极，形成闭合的电流回路。在列车实际运行中，由于钢轨与隧道或道床之间的绝缘并非完全可靠，一部分电流无法完全按既定路径流动，进而泄漏至结构钢或大地中，形成杂散电流。

杂散电流对城市轨道交通的影响主要表现在对设备和结构的腐蚀、设备寿命的缩短以及对乘客和工作人员安全的潜在威胁。具体来说，杂散电流会导致地铁附近的建筑物结构钢筋、金属管线等发生电化学腐蚀，进而破坏结构强度，降低使用寿命。同时，杂散电流若流入电气接地装置，将引起过高的接地电位，使某些设备无法正常工作，甚至可能引发安全事故。

二、杂散电流腐蚀的机理与形态分析

杂散电流腐蚀机理主要涉及电流在非预定路径上的流动导致的电化学腐蚀。当金属部件与电解质（如水或土壤）接触时，如果存在外部电流源，这些电流可能通过金属部件流动，导致金属失去电子并被氧化，进而发生腐蚀。这种腐蚀过程通常发生在地下管道、电缆护套、铁路轨道等结构物上，对设备的安全运行和寿命构成严重威胁。

交流杂散电流腐蚀形态主要表现为金属表面的局部腐蚀和均匀腐蚀。由于交流电流的方向不断变化，它可能在金属表面形成不同的阳极和阴极区域，导致金属在不同位置的腐蚀速度不均匀。这种不均匀的腐蚀可能导致金属结构的局部破坏，甚至引发结构失效。

直流杂散电流腐蚀形态则更倾向于形成点蚀或坑蚀。直流电流在金属表面形成稳定的阳极和阴极区域，使得腐蚀集中在特定位置。这种点蚀或坑蚀可能深入金属内部，导致金属结构强度的大幅降低。此外，直流杂散电流还可能导致金属的氢脆现象，进一步加剧腐蚀的危害。

三、城市轨道交通工程杂散电流腐蚀的危害

由于城市轨道交通系统采用直流供电方式，杂散电流在金属管道、钢筋等埋地设施中流动，导致电化学腐蚀现象的发生。长期下来，城市轨道交通的主体结构钢筋、金属管道等设施会受到严重损坏，影响使用寿命和安全性能。这不仅增加了维护成本，还可能引发安全事故，给城市轨道交通运营带来极大的风险。

在城市轨道交通沿线周边的埋地管线和结构钢筋等设施都可能受到杂散电流的腐蚀影响。这些设施是城市基础设施的重要组成部分，关系到城市居民的日常生活和公共安全。一旦受到腐蚀损坏，不仅会影响设施的正常运行，还可能引发环境污染、水源污染等问题，对周边环境和居民生活造成严重影响。

杂散电流流入电气接地装置会导致接地电位过高，使部分设备无法正常工作。同时，杂散电流还可能干扰附近的信息设备和精密仪器，影响通信和数据传输的准确性和稳定性。此外，杂散电流的排放将会引起管道对地电位剧烈波动，埋地管网的恒电位仪无法在恒压模式下工作，使得管线的阴极保护系统无法正常工作，会进一步加剧金属管线的电化学腐蚀。

四、城市轨道交通工程杂散电流腐蚀防护技术的思考

城市轨道交通杂散电流防护的原则是“以防为主、以排为辅、防排结合、加强监测”。杂散电流产生的原因是直流系统对地不能完全绝缘，因而需要从多个专业、多个工种协调配合解决杂散电流问题。

应该认识到，当前走行轨绝缘不够正是杂散电流泄露的主要原因，走行轨的绝缘良好对杂散电流的排放起到决定性作用。但是在工程实践上，轨道专业往往对杂散电流的排放机理以及危害认识不足，走行轨前期绝缘处理往往不到位，而又寄希望于后期补救。实际上，后续采取的电气措施均不能完全弥补这一缺陷，而且费效比较低。

供电系统在设计之初，即从人身安全、设备安全等角度出发，设计了杂散电流监测系统、排流柜、轨电位限制装置、单向导通装置等一系列设备。但是，这些电气装置的作用只是改变了杂散电流的传播途径，不能从源头上减少杂散电流泄露。例如，杂散电流监测系统的主要作用是通过电压传感器和氧化钼参比电极检测车站和区间的结构钢筋极化电位来间接反映杂散电流的泄漏，当极化电位超标时，排流柜投入将结构钢筋与牵引所负极单向导通。这一做法是将杂散电流经结构钢筋泄漏至地铁外改变为经道床钢筋通畅的流回变电所负极，实际上是在无法杜绝杂散电流泄露的前提下通过牺牲道床钢筋来保护结构钢筋和外部管线。同时，排流柜投入后，回流电阻大幅减小，由于钢轨绝缘薄弱，杂散电流泄漏严重，道床钢筋、排流柜中承受了非设计预期的持续大电流，将极大缩减排流柜的使用寿命。同时，排流柜的投入会进一步增加钢轨泄漏至大地中杂散电流的总量，因此在运营实践上对于排流柜是否应投入持较为审慎态度。

在走行轨兼做回流轨的供电模式下，首先应该在优化回流、阻断杂散电流的非预期传输路径上进行电气优化。在阻断杂散电流的非预期传输路径上看，增大走行轨的对地绝缘、选择绝缘性能稳定的扣件、扩大绝缘扣件的绝缘爬距能有效提升钢轨与大地之间的绝缘强度。降低回流阻抗也是减少杂散电流产生的重要措施，如采用回流电阻较小的走行轨、走行轨并联电缆。同时，鉴于区间金属粉尘污染、潮湿环境也会降低绝缘效果，运营阶段应定期检查维护，确保绝缘性能持久有效。在新材料研发上没有突破性进展的前提下，选择回流电阻较小的走行轨、对地过渡电阻较大的走行轨只在理论上可行，现阶段《城市轨道交通工程项目规范（GB55033-2022）》要求的走行轨过渡电阻值达到150Ω·km的加强绝缘防护方案在国内尚未见诸实践。而在走行轨绝缘不够的情况下，通过走行轨并联电缆从而优化钢轨回流电阻的方案费效比较低。

应该来说，城市轨道交通杂散电流问题越来越受到重视，通过新技术、新材料来防治杂散电流已取得了一定的实践经验。例如，在走行轨材质未发生突破的情况下，可以采用走行轨刷绝缘漆的方式加强走行轨对地绝缘，相关资料表明这一方法能够有效减少杂散电流，但是目前绝缘漆的费用较高、而且需要定期检修维护补漆，没有大面积应用。

另一种理论上切实可行的方法是采用专用回流轨即第四轨方案。造成杂散电流传播的主要原因就是钢轨的对地绝缘效果达不到预期，而专用回流轨可以做到良好的对地绝缘，理论上可以直接阻断杂散电流的传播。但是这种方式又反过来对限界、车辆、土建提出了新的要求，将会增大整体工程造价，因而这种方式在国内尚处于起步应用阶段。笔者认为，应该提高对杂散电流危害的认识，从全寿命周期、整体社会效益的角度考虑杂散电流的费效比，全面普及第四轨方案。

结语

综上所述，城市轨道交通工程杂散电流腐蚀防护研究具有重大的实践意义。通过深入研究杂散电流的产生机理和传播特性，提出了多项针对性的防护措施，以提高城市轨道交通系统的整体运行效率和安全性。展望未来，将继续关注杂散电流腐蚀防护的新技术、新方法，为城市轨道交通的可持续发展贡献力量。

参考文献

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