城市軌道交通供電雜散電流課件

第6章雜散電流易東

西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院城市軌道交通供電第6章雜散電流易東西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院城市軌道交通1第6章雜散電流6.1雜散電流分布的一般規(guī)律6.2雜散電流的分析計(jì)算6.3雜散電流的危害6.4雜散電流腐蝕機(jī)理6.5雜散電流防護(hù)原則6.6雜散電流防護(hù)措施分類(lèi)6.7工程中適用的雜散電流防護(hù)措施6.8排流柜和單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用6.9雜散電流的監(jiān)測(cè)方法

第6章雜散電流6.1雜散電流分布的一般規(guī)律26.1雜散電流分布的一般規(guī)律定義分布特點(diǎn)表示雜散電流的參數(shù)陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)

6.1雜散電流分布的一般規(guī)律定義3雜散電流定義

牽引電流沿接觸網(wǎng)送給電動(dòng)車(chē)輛(組)，然后經(jīng)軌道(走行軌)流回牽引變電所，有少量電流不沿回流軌回到牽引變電所的負(fù)極，而流向電位低、電阻率低的位置（如流入大地），形成雜散電流，或稱(chēng)為迷流。雜散電流定義牽引電流沿接觸網(wǎng)送給電動(dòng)車(chē)輛4雜散電流分布的特點(diǎn)<1>（1）沿軌道的電流先是多，后是少，最后是多；地中電流則先是少，后是多，最后是少。雜散電流分布的特點(diǎn)<1>（1）沿軌道的電流先是多，后是少，最5雜散電流分布的特點(diǎn)<2>（2）接近軌道的雜散電流密度大，遠(yuǎn)離軌道的雜散電流密度小

雜散電流分布的特點(diǎn)<2>（2）接近軌道的雜散電流密度大，遠(yuǎn)離6雜散電流分布的特點(diǎn)<3>（3）雜散電流的分布在變電所附近發(fā)生畸變

在實(shí)際應(yīng)用中，變電所變壓器牽引側(cè)的接地端通常一邊與岔線(xiàn)軌道焊接，一邊又接入變電所接地網(wǎng)。雜散電流分布的特點(diǎn)<3>（3）雜散電流的分布在變電所附近發(fā)生7表示雜散電流的參數(shù)<1>軌道回路狀態(tài)、路基情況、土壤電導(dǎo)率、地下金屬物體的位置與特點(diǎn)、列車(chē)運(yùn)行圖等隨著城市軌道交通運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，由于受到不可避免的污染、潮濕、滲水、漏水和高地應(yīng)力作用等影響，使城市軌道交通車(chē)站以及區(qū)間隧道中的軌、地絕緣性能降低或先期防護(hù)措施失效，勢(shì)必增大由走行軌泄漏到土壤介質(zhì)中的雜散電流。表示雜散電流的參數(shù)<1>軌道回路狀態(tài)、路基情況、土壤電導(dǎo)率、8表示雜散電流的參數(shù)<2>電流由鋼軌泄漏大地，與軌道的狀態(tài)有關(guān)，即與單位長(zhǎng)度內(nèi)鋼軌的電阻系數(shù)rg（歐姆/公里）和鋼軌——大地的接觸過(guò)渡電阻rt（歐姆/公里）有關(guān)系。數(shù)值rg包括鋼軌，鋼軌接頭及軌端連接線(xiàn)的電阻數(shù)值rt包括軌枕、道碴層電阻，鋼軌與軌枕之間，軌枕與道床之間的接觸電阻，以及大地電阻對(duì)電流泄漏影響的泄漏阻抗。表示雜散電流的參數(shù)<2>電流由鋼軌泄漏大地，與軌道的狀態(tài)有關(guān)9表示雜散電流的參數(shù)<3>在雜散電流的理論中，除了一次參數(shù)rg和rt外，還使用二次參數(shù)——衰減系數(shù)和特性阻抗。表示雜散電流的參數(shù)<3>在雜散電流的理論中，除了一次參數(shù)rg10陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)<1>鋼軌電位產(chǎn)生的原因是牽引回流在鋼軌上產(chǎn)生了縱向電壓。

陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)<1>鋼軌電位產(chǎn)生的原因是牽引回流在鋼軌上產(chǎn)生11陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)<2>陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的長(zhǎng)度和寬度

在電氣化鐵路運(yùn)行中，各個(gè)極區(qū)的范圍尺寸不是固定不變的，而是根據(jù)負(fù)荷的分布位置不同而經(jīng)常變化的。因此，出現(xiàn)一個(gè)變極區(qū)，在這個(gè)變極區(qū)內(nèi)，可能有不同的符號(hào)。在采用再生制動(dòng)時(shí)，在整個(gè)區(qū)段長(zhǎng)度內(nèi)，陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)可能相互交替分布。陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)<2>陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的長(zhǎng)度和寬度126.2雜散電流的分析計(jì)算<1>6.2雜散電流的分析計(jì)算<1>13雜散電流的分析計(jì)算<2>雜散電流的分析計(jì)算<2>14雜散電流的分析計(jì)算<3>雜散電流的分析計(jì)算<3>15雜散電流的分析計(jì)算<4>各點(diǎn)泄漏的電流分別為雜散電流的分析計(jì)算<4>各點(diǎn)泄漏的電流分別為166.3雜散電流的危害對(duì)地形成電位

加速金屬物體的腐蝕

煤氣管道的腐蝕穿孔造成煤氣泄漏、隧道內(nèi)水管腐蝕穿孔而被迫更換等。同時(shí)也對(duì)城市軌道交通沿線(xiàn)城市公用管線(xiàn)和結(jié)構(gòu)鋼筋產(chǎn)生“雜散電流腐蝕”

6.3雜散電流的危害對(duì)地形成電位176.4雜散電流腐蝕機(jī)理<1>電化學(xué)腐蝕

與鋼鐵在大氣條件下或在水溶液及土壤電解質(zhì)中發(fā)生的自然腐蝕一樣，都是具有陽(yáng)極過(guò)程和陰極過(guò)程的氧化還原反應(yīng)，即電極電位較低的金屬鐵失去電子被氧化變成金屬離子，同時(shí)金屬周?chē)橘|(zhì)中電極電位較高的去極化劑，如金屬離子或非金屬離子得到電子被還原。

6.4雜散電流腐蝕機(jī)理<1>電化學(xué)腐蝕18雜散電流腐蝕機(jī)理<2>電池Ⅰ：A鋼軌(陽(yáng)極區(qū))+B道床、土壤+C金屬管線(xiàn)(陰極區(qū))；電池Ⅱ：D金屬管線(xiàn)(陽(yáng)極區(qū))+E土壤、道床+F鋼軌(陰極區(qū))。雜散電流腐蝕機(jī)理<2>電池Ⅰ：A鋼軌(陽(yáng)極區(qū))+B道床、土19雜散電流腐蝕機(jī)理<3>發(fā)生腐蝕的氧化還原反應(yīng)分為兩種

(1)當(dāng)金屬鐵周?chē)慕橘|(zhì)是酸性電解質(zhì)，即PH<7時(shí)，發(fā)生的氧化還原反應(yīng)是析氫腐蝕，以H+為去極化劑；(2)當(dāng)金屬鐵周?chē)慕橘|(zhì)是堿性電解質(zhì)，即PH>7時(shí),發(fā)生的氧化還原反應(yīng)是吸氧腐蝕以為O2去極化劑。雜散電流腐蝕機(jī)理<3>發(fā)生腐蝕的氧化還原反應(yīng)分為兩種20雜散電流腐蝕機(jī)理<4>雜散電流的腐蝕危險(xiǎn)可按金屬表面的泄漏電流密度（直接判據(jù)）計(jì)算，也可按周?chē)橘|(zhì)的相對(duì)電位（間接判據(jù)）計(jì)算。電腐蝕危險(xiǎn)最大，土壤活性又最高的地下設(shè)施區(qū)段腐蝕最為嚴(yán)重。電腐蝕的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，是金屬表面上沒(méi)有泄漏電流或?qū)Υ蟮氐年?yáng)極電位降低到零值，在達(dá)到一定負(fù)電位時(shí)，同時(shí)還能保證對(duì)土壤腐蝕的防護(hù)。

雜散電流腐蝕機(jī)理<4>雜散電流的腐蝕危險(xiǎn)可按金屬表面的泄漏電216.5雜散電流防護(hù)原則<1>“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)”(1)防減少回流軌縱向電阻，降低鋼軌電位和提高回流軌對(duì)地過(guò)渡電阻，確保暢通的牽引回流系統(tǒng)，隔離和控制所有的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進(jìn)入城市軌道交通系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備以及沿線(xiàn)附近相關(guān)設(shè)施的結(jié)構(gòu)鋼筋。6.5雜散電流防護(hù)原則<1>“以防為主，以排為輔，防排結(jié)22雜散電流防護(hù)原則<2>(2)排在回流軌的整體道床中設(shè)置雜散電流的收集系統(tǒng)。(3)測(cè)設(shè)計(jì)完備的雜散電流檢測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)視和測(cè)量雜散電流的大小，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供依據(jù)。雜散電流防護(hù)原則<2>(2)排236.6雜散電流防護(hù)措施分類(lèi)雜散電流防護(hù)措施可歸結(jié)為兩大類(lèi)：

對(duì)地鐵輕軌系統(tǒng)本身采取措施

對(duì)鄰近地鐵輕軌的地下結(jié)構(gòu)采取措施6.6雜散電流防護(hù)措施分類(lèi)雜散電流防護(hù)措施可歸結(jié)為兩大類(lèi)：24對(duì)地鐵輕軌系統(tǒng)本身采取措施供電臂長(zhǎng)度回流走行軌縱向電阻回流走行軌對(duì)地的過(guò)渡電阻機(jī)車(chē)負(fù)荷大小排流網(wǎng)縱向電阻是否排流對(duì)地鐵輕軌系統(tǒng)本身采取措施供電臂長(zhǎng)度25供電臂長(zhǎng)度供電距離越短，鋼軌泄漏電流和鋼軌電位越低，雜散電流越小，越不易對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋或金屬管線(xiàn)產(chǎn)生腐蝕。因此在布置牽引變電所所址時(shí)應(yīng)適當(dāng)考慮減小變電所距離，接觸網(wǎng)上采用雙邊供電，盡量不采用單邊供電。供電臂長(zhǎng)度供電距離越短，鋼軌泄漏電流和鋼軌電位越低，雜散電流26回流走行軌縱向電阻減小回流走行軌縱向電阻的主要措施有：增加回流走行軌截面尺寸盡量多地設(shè)置鋼軌之間的均流線(xiàn)減小牽引變電所間的距離回流走行軌縱向電阻減小回流走行軌縱向電阻的主要措施有：27回流走行軌對(duì)地的過(guò)渡電阻鋼軌絕緣安裝道床與結(jié)構(gòu)鋼筋間絕緣隔離利用絕緣軌縫隔離分區(qū)做好工程中的防水排水做好對(duì)道床的維護(hù)，防止道床污染

回流走行軌對(duì)地的過(guò)渡電阻鋼軌絕緣安裝28機(jī)車(chē)負(fù)荷大小的影響機(jī)車(chē)負(fù)荷電流對(duì)泄漏電流和鋼軌電位都有影響，機(jī)車(chē)負(fù)荷電流越大，產(chǎn)生的雜散電流越多機(jī)車(chē)負(fù)荷電流與系統(tǒng)電壓、客流量、變電所間距、列車(chē)追蹤時(shí)間間隔等有關(guān)機(jī)車(chē)負(fù)荷大小的影響機(jī)車(chē)負(fù)荷電流對(duì)泄漏電流和鋼軌電位都有影響29排流網(wǎng)縱向電阻的影響排流網(wǎng)縱向電阻對(duì)泄漏電流和鋼軌電位影響較小，但排流網(wǎng)縱向電阻的大小與排流網(wǎng)的縱向電壓降相關(guān)，影響排流網(wǎng)是否向外泄漏電流，腐蝕主體結(jié)構(gòu)鋼筋或管線(xiàn)。排流網(wǎng)的縱向電壓降為其周?chē)慕饘俟芫€(xiàn)腐蝕的驅(qū)動(dòng)源。排流網(wǎng)縱向電阻越小，即排流網(wǎng)截面越大的情況下，排流網(wǎng)鋼筋泄漏雜散電流密度越低.排流網(wǎng)縱向電阻的影響排流網(wǎng)縱向電阻對(duì)泄漏電流和鋼軌電位影響30排流網(wǎng)與是否排流的影響排流網(wǎng)與負(fù)極連接后鋼軌電位升高，泄漏電流增大，陽(yáng)極區(qū)加寬，排流網(wǎng)泄漏電流趨于零，對(duì)結(jié)構(gòu)鋼筋或金屬管線(xiàn)確實(shí)起到了保護(hù)作用，代價(jià)是鋼軌腐蝕嚴(yán)重些，并需安裝鋼軌過(guò)電壓限制器設(shè)備，維持正常的接觸電壓，保證人身安全。排流網(wǎng)與是否排流的影響排流網(wǎng)與負(fù)極連接后鋼軌電位升高，泄漏31對(duì)鄰近地鐵輕軌的地下結(jié)構(gòu)采取措施鈍化防護(hù)活化防護(hù)對(duì)鄰近地鐵輕軌的地下結(jié)構(gòu)采取措施鈍化防護(hù)32鈍化防護(hù)鈍化防護(hù)是減少周?chē)橘|(zhì)中雜散電流進(jìn)入到地下金屬結(jié)構(gòu)的保護(hù)方法

(1)金屬管線(xiàn)內(nèi)外涂刷瀝青等絕緣材料，既防化學(xué)腐蝕，也防電化學(xué)腐蝕。(2)金屬管線(xiàn)安裝于素混凝土支墩上，減少與土壤介質(zhì)的接觸。(3)在金屬管線(xiàn)下穿地鐵線(xiàn)路時(shí)，在金屬管線(xiàn)與道床間敷設(shè)絕緣膜。(4)保證包住結(jié)構(gòu)鋼筋的混凝土厚度。(5)金屬管線(xiàn)采用絕緣法蘭或絕緣短管分段。(6)電纜在支架上敷設(shè)時(shí)應(yīng)具有絕緣墊層。鈍化防護(hù)鈍化防護(hù)是減少周?chē)橘|(zhì)中雜散電流進(jìn)入到地下金屬結(jié)構(gòu)的33活化防護(hù)活化防護(hù)是雜散電流進(jìn)入到金屬結(jié)構(gòu)后的保護(hù)方法(1)排流保護(hù)將金屬結(jié)構(gòu)中流動(dòng)的干擾電流，人為地使之直接回到整流器，達(dá)到防止管道電腐蝕的方法。(2)陰極保護(hù)在需要保護(hù)的金屬結(jié)構(gòu)上外接一直流電源的負(fù)極，使得金屬結(jié)構(gòu)對(duì)地電位降低，從而達(dá)到防電蝕的目的?；罨雷o(hù)是補(bǔ)救措施，一般應(yīng)用于已經(jīng)受雜散電流腐蝕的金屬結(jié)構(gòu)活化防護(hù)活化防護(hù)是雜散電流進(jìn)入到金屬結(jié)構(gòu)后的保護(hù)方法346.7工程中適用的雜散電流防護(hù)措施<1>在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮到可能受到雜散電流影響的系統(tǒng)有：

管道系統(tǒng)鎧裝電纜或金屬護(hù)套電纜金屬儲(chǔ)物容器(箱、罐)接地系統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)埋地金屬結(jié)構(gòu)獨(dú)立設(shè)置的陰極保護(hù)裝置信號(hào)和通信系統(tǒng)6.7工程中適用的雜散電流防護(hù)措施<1>在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該考35工程中適用的雜散電流防護(hù)措施<2>降低鋼軌電位方案或確保暢通的牽引回流系統(tǒng)措施增大鋼軌泄漏電阻措施雜散電流的流通路徑控制措施結(jié)構(gòu)鋼筋腐蝕防護(hù)措施排流柜設(shè)置方案盾構(gòu)區(qū)間防護(hù)雜散電流方案高架區(qū)段防護(hù)雜散電流方案車(chē)輛段及停車(chē)場(chǎng)雜散電流防護(hù)措施整體道床雜散電流的防護(hù)地下金屬物體的主要防護(hù)措施工程中適用的雜散電流防護(hù)措施<2>降低鋼軌電位方案或確保暢通366.8排流柜和單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用排流柜的工作原理單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用排流網(wǎng)截面積計(jì)算6.8排流柜和單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用排流柜的工作原理37排流柜的工作原理排流柜的工作原理38單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用<1>在城市軌道交通停車(chē)場(chǎng)和列車(chē)檢修庫(kù)中，由于運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜以及人為因素，引起雜散電流泄漏的原因較多。另外，軌道由于電氣系統(tǒng)運(yùn)行的原因，在此位置設(shè)有絕緣節(jié)。因此，單向?qū)ㄑb置的采用，不但解決了絕緣節(jié)的電氣連接問(wèn)題，也解決了雜散電流防護(hù)的難題。單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用<1>在城市軌道交通停車(chē)場(chǎng)和列車(chē)檢修庫(kù)中，39單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用<2>單向?qū)ㄑb置的應(yīng)用<2>40排流網(wǎng)截面積計(jì)算<1>陽(yáng)極電流(流出的雜散電流)和陽(yáng)極電位變化的規(guī)律(陽(yáng)極極化曲線(xiàn))排流網(wǎng)截面積計(jì)算<1>陽(yáng)極電流(流出的雜散電流)和陽(yáng)極電位41排流網(wǎng)截面積計(jì)算<2>

排流網(wǎng)結(jié)構(gòu)鋼筋流出的雜散電流可以測(cè)試出來(lái)，它集中在變電所附近，在數(shù)值上為排流網(wǎng)結(jié)構(gòu)鋼筋上流過(guò)電流的最大值和最近區(qū)間端點(diǎn)值之差。利用這個(gè)數(shù)值可以計(jì)算出當(dāng)流出電流密度為0.6mA/dm2時(shí)對(duì)應(yīng)的排流網(wǎng)截面積.每根鋼筋的截面積排流網(wǎng)截面積計(jì)算<2>排流網(wǎng)結(jié)構(gòu)鋼筋流出的42排流網(wǎng)截面積計(jì)算<3>總截面積為:

對(duì)于一個(gè)確定的雙邊供電系統(tǒng)，極化電壓的正向最大值出現(xiàn)在當(dāng)機(jī)車(chē)運(yùn)行到區(qū)間中間位置時(shí)的排流柜排流處。按照此條件，可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的排流網(wǎng)最小截面積。排流網(wǎng)截面積計(jì)算<3>總截面積為:436.9雜散電流的監(jiān)測(cè)方法

設(shè)計(jì)完整的雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)雜散電流的大小，可為運(yùn)行維護(hù)和防止雜散電流提供依據(jù)

分散式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

集中式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成6.9雜散電流的監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)完整的雜散電44分散式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由參考電極、道床收集網(wǎng)測(cè)試端子、高架橋梁收集網(wǎng)測(cè)試端子、隧道收集網(wǎng)測(cè)試端子、測(cè)試盒、測(cè)試電纜、雜散電流