地铁杂散电流防护毕业设计论文

地铁杂散电流防护毕业设计论文内容摘要：

离其自 然电位的数值来表示的。 对于钢筋混凝土中的地铁主体结构钢筋，上述极化电压的正向偏移平均值不应超过 O． 5V。 直接埋设在土壤中的金属外铠装电缆，受杂散电流腐蚀的危险电压不应大于表2． 2 所列数值。 表 2． 2 电缆金属外铠装危险电压 危险电压（ V） 土壤电阻率 /Ω .m 铁接地电极 硫酸铜测量参比电极 0 ＜ 100 100500 5001000 ＞ 1000 地铁杂散电流腐蚀的危害 杂散电流会引起地铁设施、地铁附近的钢筋混 凝土结构物以及埋地管线发生腐蚀，造成严重后果，主要表现在以下几个方面： (1)钢轨及其附件的腐蚀 在列车下部，列车处于阳极区，容易发生腐蚀。 文献 [12]表明，钢轨的杂散电流腐蚀在隧道内及道岔等部位尤为显著。 道钉也有杂散电流腐蚀现象，从地上难以发现。 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计 （论文） 15 (2)钢筋混凝土金属结构物的腐蚀 杂散电流通过混凝土时对混凝土本身并不产生影响。 但若有钢筋存在，则钢筋起汇集电流的作用并把电流引导到排流点处。 在杂散电流由混凝土进入钢筋之处，钢筋呈阴极。 若阴极析氢且氢气不能从混凝土内逸出，就会形成等静压力，使钢筋与混凝土脱开。 在电流离丌钢筋返回混凝土的部位，钢筋呈阳极并发生腐蚀。 腐蚀产物在阳极处的堆积会以机械作用排挤混凝土而使之开裂。 若结构物中的钢筋与钢轨有电接触，更易受到杂散电流腐蚀。 地铁运营一段时间后，要对由于杂散电流腐蚀钢筋而发生破坏的混凝土结构进行维修和更换将是十分困难的。 (3)埋地管线的腐蚀 杂散电流对埋地管线也会产生电流腐蚀。 在设计和建造地铁时不考虑此问题会产生及其严重的后果。 地铁系统内的埋地管线主要有自来水管线、石油管线、蒸汽管线、煤气管线等公共事业管线以及各种电缆管线等。 据调查，这些管线不同程度的存在杂 散电流腐蚀问题，有些铁管数年内甚至数月内即发生点腐。 (4)异常腐蚀 在把线路引入修理库、交检库及运转库等建筑物时，如绝缘施工不良，可使钢轨与建筑物发生某种程度的电连接，从而使泄露电流增大，产生异常激烈的杂散电流腐蚀。 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计 （论文） 16 从源头上控制杂散电流的产生 降低回流回路的阻值 钢轨本身具有电阻 ,当电流流过钢轨时在电阻上就产生电位差 ,因钢轨对地绝缘电阻不可能是无穷大 ,故产生有电位差和产生杂散电流。 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有如下几点 : ① 增加走形轨的长度 ,减小钢轨的电阻 :地铁列车走行钢轨同时作为牵引列车回流用 ,因此钢轨阻抗越小 ,从钢轨向外流失的杂散电流也越小 ,减少钢轨阻抗的有效办法是采用长钢轨 ,钢轨越长 ,钢轨接头就越少 ,钢轨的阻抗也就越小。 ② 各钢轨之间应有畅通的电气连接以保证低阻值的回流路径。 ③ 缩短变电所之间的距离 ,采用双边供电 :从杂散电流的估算公式来看 ,杂散电流与供电距离的平方成正比 ,所以缩短供电距离是减少杂散电流数量非常有效的方法。 增加杂散电流流通路径的电阻 增加杂散电流流通路径的电阻具体的有 2 点措 施 : ① 增加轨道对地的过渡电阻 :木质轨枕、枕木的端面和道钉必须经过绝缘处理或设置专门的绝缘层 ,轨道和接地回路之间应具有良好的绝缘 ,走行钢轨采用点支承等。 增加杂散电流泄漏路径电阻的另一个方法是地铁系统采用不接地或二极管接地策略。 ② 在车辆段的检修与停车库中 ,每一条线路的走形轨均应使用绝缘接头与车场线路的走形轨相隔离。 增加埋地金属管线的阻值 敷设在地铁沿线的电力、通讯及控制测量电缆 ,应采用防水绝缘护套的双塑绝缘垫层。 地铁中各种电缆 ,在隧洞中的电缆、水管等金属结构应以绝缘方式敷设。 所有通向隧洞外 的管线 ,必须装有绝缘接头或绝缘法兰。 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计 （论文） 17 排流保护措施 所谓排流法就是将金属结构中的杂散电流人为地使之直接回流到钢轨或变电所负极 ,其连接导线称为排流线。 排流法又可分为直接排流法、极性排流法、强制排流法 3 种。 其中极性排流法方法在地铁系统中应用最为广泛有效。 虽然极性排流在防止杂散电流腐蚀上起到了很好的效果 ,但是排流也会带来一些副作用。 其一是排流会使杂散电流的数量增加 ,这使那些没有接排流设备的结构物的腐蚀加剧。 Ｐｉｇｎａ ｔｅｌｌｉｐ详细考察了美国费城内地铁杂散电流对地下公共设施的 影响 时发现排流引起了严 重的干扰 ,拆除若干排流接头后 ,反而使大地杂散电流减少 2020Ａ。 其二使钢轨电位升高 ,其电位有可能超过容许安全电压 (规定为 65Ｖ )。 其三排流量过大还会带来如下的危害 :当一氯化亚汞电极为基准 ,埋地管道的对地电位低于 ,埋地管道的保护曾被破坏的危险增大。 当地中含有盐份时 ,铅不仅在阳极区受到腐蚀 ,而且在阴极区也受到腐蚀。 当排流量过大时 ,铅皮电位变的更低 ,这种腐蚀会加剧。 其他杂散电流防护方法 阴极保护 :阴极保护是指向金属结构物提供电流 ,有外加电源法和牺牲阳极法。 阳极保护法 :即使被保护物的 电位提高到钝态电位 ,从而阻止杂散电流腐蚀。 青木敏雄发明了一种装置 ,控制钢轨电压恒定 ,切断杂散电流产生的源头 ,使杂散电流减至最小。 这种设备把其所在钢轨对地电压叠加到钢轨上 ,使钢轨上各处电压相同 ,从而消除钢轨电位差。 三木邦敏发明的是利用向埋地电极施加支流电流的方法来吸收杂散电流 ,从而达到减轻杂散电流腐蚀危害的目的。 易友祥等提出了一种可以对杂散电流进行自动跟踪补偿 ,目的是减少杂散电流数量的积极的防护方案。 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计 （论文） 18 杂散电流的监测 为了地铁牵引回流泄漏的情况和地下金属结构受杂散电流腐蚀的程度 ,必须进行专门的测 量工作。 地铁结构与设备受杂散电流腐蚀的危险性指标 ,应由结构表面向周围电解质漏泄的电流密度和由此引起的电位极化偏移来确定。 由于电流密度难以直接测量 ,所以一般是通过测量腐蚀危险性的间接指标即由杂散电流引起的结构的电位极化偏移值来判断设备受杂散电流腐蚀的情况。 所需监测的参数有轨道电压、地下金属结构的极化电位、轨道过渡电阻和轨道纵向电阻等。 杂散电流测量点应设置在地铁沿线的车站站台的两侧进出站信号附近、每一个回流点处及需要进行测试的走形轨分断点处、地铁桥梁两段、地铁的尽头线和线路与车辆段的连接坡道处 ,并定期对监测点 进行检查维护。 可通过传感器将各测量点所采集的参比电极对结构钢筋及轨道对结构钢筋的电压的模拟量及时转化为数字量 ,再由安装在牵引变电所控制室内的监测装置传送到计算机系统 ,以供操作人员随时查询。 上海地铁、深圳地铁杂散电流防护分析 上海明珠线杂散电流防护系统 为防止杂散电流的干扰 ,上海明珠线采取的主要措施是建立畅通的牵引负极回路、回流轨采用绝缘垫、对地铁的各种管线及设备采取绝缘措施、利用整体道床内的结构钢筋构成杂散电流收集网。 上海明珠线的监测系统是由杂散电流收集网测量端子、埋置式参比电 极、测量信号电缆、数据转换箱以及微机监测装置构成。 每个车站有 3对测量端子 ,分别与地铁沿线测量端子和参比电极连接后经过电流排架引到变电站内的数据转换箱。 微机与数据转换箱连接 ,对各监测点的电位进行实时监测。 深圳地铁的杂散电流防护系统 深圳地铁杂散电流防护系统的防护原则是 “ 以堵为主 ,以排为辅 ,防排结合 ,加强监测 ”。 堵的措施有钢轨下加绝缘垫、使用绝缘扣件、枕轨下加绝缘垫、道岔处加强绝缘等。 排流的措施是将每个道床结构段内部的纵向钢筋搭接处以焊接方式焊接 ,形成可靠电气连接 ,形成主要的杂散电流收集网。 同时将隧道结构钢筋实现可靠湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计 （论文） 19 焊接 ,形成辅助杂散电流收集网。 车辆段引入线与正线间、停车库内钢轨与库外钢轨间设单向导通设备。 深圳地铁杂散电流监测系统是由 参考 电极、整体道床测量端子、车站隧道测量端子、信号电缆、信号测量端子箱、信号盒及微机综合测试装置构成。 地铁杂散电流的分析 地铁杂散电流会对地下金属结构造成严重的腐蚀，为了减小杂散电流的泄漏，必须进行排流，然而排流前后相关运行参数会发生什么样变化呢 ?研究地铁杂散电流分布特性，建立数学模型，进行相关分析是非常必要的。 由于地质条件不同，轨道对地 的过渡电阻和土壤电阻也是不同的，鉴于许多因素的不确定性，严格意义上的地铁杂散电流泄露的理论公式是很难推导的，即使进行了复杂的推导计算，最终结果的精度也不可能很高。 为简化所研究的问题，而同时不会给所要解决的问题带来明显的误差，我们采取理想的假定条件来推导确定轨道的电位与电流以及杂散电流的分布，然后再根据求得的各个参数的分布图来分析地铁杂散电流的分布情况，为地铁杂散电流腐蚀的监测和防护提供理论依据。 为了简化模型，取供电臂长约 1— 3km 的直线区间，区间中只有一台牵引机车在运行，且铁路沿线道床均匀敷设排流 网，建立这一系统的数学模型。 为了便于分析，我们做出如下的假设： 1)过渡电阻在轨道和排流网问均匀分布； 2)轨道电阻沿线均匀分布； 3)杂散电流全部被排流网收集起来。 3． 杂散电流分布数学模型 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计 （论文） 20 图 31单边供电模式轨道一排流网一大地电阻分布示意图 设为轨道对排流网的过渡电阻，Ω㎞； sR 为走行轨的电阻，Ω /㎞； R 为排流网纵向电阻，Ω㎞； xu 为走行轨在 x处的电压， V； xi 为走行轨 在 X处的的电流， A： xiR 为在 x处的轨道泄漏的杂散电流， A； x为距变电所的距离，㎞；L为列车距变电所的距离， km； I为列车取流电流， A。 图 3． 2轨道电压及电流分布原 理图 通过前面的论述，我们已经看到了杂散电流危害的严重性。 那么如何减少和降低杂散电流对我们的轨道交通系统以及临近线路的其它金属构件的危害呢。 杂散电流的大小与走行轨的单位电阻成正比；与走行轨对地的过渡电阻成反比；与轨道的长度的平方成正比。 从前面的分析也可以看出，杂散电流是途经走行轨 —铁垫板 —固定螺栓道钉 —进入道床以及相关金属构件的。 在此回路中将会形成若干湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计 （论文） 21 阳极区域，从而导致部分金属的腐蚀，此中腐蚀危害的严重点均是由于局部腐蚀引起的，这包括走行轨、螺栓道钉以及局部的金属构件。 为了更好的实施杂散电流防护，首先在设 计阶段，在满足整个系统的要求的同时，应尽可能考虑减小杂散电流的可能，如尽可能的延长牵引变电所间距，采用合理的方式增大对地过渡电阻等；其次在系统的建设过程中，应针对轨道绝缘实施严格的施工和质量控制，使得新建系统的走行轨对地过渡电阻满足《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》中规定的不小于 的要求；再次在系统的运营过程中，应加强运营的检测和维护，保持系统的清洁和干燥，及时更换老化失效的减震绝缘垫板，以保证轨道的绝缘水平，使得运营系统的走行轨对地过渡电阻满足《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》中规定的不小于 的要求，从而在根本上减少杂散电流的危害。 目前杂散电流的防护已被人们所熟悉，并日益 受 到人们的重视。 我们 必须对其采取防护和治理措施，以确保地铁的安全运营。 杂散电流监测系统组成 由图 31 可知，检测系统主要是由上位机系统和自动监测装置两部分组成。 自动监测装置是以 ARM7 处理器为核心的数据采集处理系统，完成模拟量、开关量的采集和存储。 如参比电极的本体电位、结构钢的极化电位等，并对它们在液晶屏幕上进行实时显示。 当检测到结构钢极化电位超标、钢轨电压超标或接近 CJJ4992规定时，进行超标报 警。 同时根据结构钢筋极化电压的情况，输出控制量向智能排流柜发布控制命令，启动排流柜进行排流。 上位机主要功能是通过 USB 接口与自动监测装置相连，通过系统软件可实时显示各种信息，可方便查询历史数据和故障记录，同时达到远程修改自动监测装置的系统时间等功能。 湖南铁路科技职业技术学院电子电气系毕业设计 （论文） 22 图 31 系统组成框图 3.. 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 (见图 4)。 目前 ,上海市轨道交通杂散电流监测系统中 ,多采用ＤＱＵ 350 型系列ＣＵ ＣＵＳＯ 4 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。 杂散电流的监测 杂散电流的监测可是。