地铁供电迷流腐蚀机理及防护

地铁供电迷流腐蚀机理及防护

李佳昊,王雪皓,张玉飞

青岛地铁运营有限公司   山东青岛 266000

摘要：根据ＧＢ５０１５７—２０１３《地铁设计规范》，我国将ＤＣ７５０Ｖ和ＤＣ１５００Ｖ直流电压列为地铁轨道交通牵引供电的标准电压等级，供电系统以走形轨道作为负极回流牵引变电站。随着地铁运营设备的老化，以及潮湿、渗水等使得供电系统的轨地绝缘遭到破坏，泄漏到大地中的电流增大。泄漏电流可沿大地及土壤中的各种埋地金属管道、钢筋混凝土结构、钢构建筑等回流到牵引变电站，形成迷流。本文对地铁供电迷流腐蚀机理及防护进行分析，以供参考。

关键词：迷流腐蚀机理；迷流防护；分析

引言

与一般工程类似，地铁供电系统设备监造工作的进度和质量管理存在一种相互对立又统一的关系。具体来说，如果在设备监造过程中过分追求完成速度和效率以加快工程进度，非常容易导致设备制造工序简单、工艺简陋，进而导致设备质量不合格，造成安全隐患。反之，如果设备制造过分追求设备质量，而忽视制造效率的控制，那一定会拖慢工程进度，导致无法按时按量完成工程任务。从二者统一的角度来看，进度控制和质量控制需要达到一个平衡，不可偏废，最终目的都是促进工程进展。进度和设备制造商以及工程的经济效益直接相关，而质量与人民群众的利益和人身安全相关性更大，施工每一环节的把控均可能影响设备成品的质量。

1地铁供电系统电能分析

在城市地铁交通供电系统中包含较多的元素，其中涉及高压供电系统、牵引供电系统及低压配电系统。不同的系统具备不同的能耗，并且在运行过程中往往伴随着大量的能源损耗，其中包括线损、空载、热消耗等，从当前大部分地铁供电系统的能耗情况进行分析可以看出，整个地铁线路通常主要包含低压配电能耗、商业能耗、牵引供电能耗、办公能耗等，其中低压配电与牵引供电能耗占据较大的比例。本文重点对牵引供电能耗进行分析探讨，并且提出相应的改善措施，降低地铁线路供电能源消耗。

2迷流腐蚀机理

流腐蚀属于电化学腐蚀,是一种氧化还原反应。执行电线的金属导体与执行离子线的电解质接触的表面称为电极系统,电子导体和离子导体的组合称为e-i键。地铁直流供电产生的流量及其腐蚀性部件如图2所示。铁轨和地下金属是电子导体,地面是离子导体,电子在A点和D点流动,金属导体和地面E-I接口是阳极;当电子在点B和F处流动时,i-e接口是地面和金属导体之间的阴极。流动电流通过的路径可以被看作是两个串联的电解槽。电池1:A-轨道(阳极区)→B床,地板→C-埋金属(阴极区)。电池2:D埋金属(阳极区)→E地板,轨床→F轨(阴极区)。当流动电流从两个阳极区域,即轨道(A)和地下金属(D)流动时,金属在该位置失去Fe电子被电解氧化。氧化还原反应,在没有氧气存在时发生,当介质是金属Fe周围,是氢的腐蚀;当金属Fe介质周围存在氧气时发生的氧化还原反应是氧的吸收腐蚀。

3地铁牵引供电系统供电方式

地铁牵引供电系统主要是列车通过受电弓、接触网以及馈线来获取电能，驱动列车行驶。牵引变电所及地铁线路中的接触网等共同构建了完整的牵引供电体系，在该体系中，最关键的是实现对接触网以及变电所的有效管理控制。在城市交通轨道系统中，通常使用直流供电系统，并且包含不同的供电电压等级，通常包含直流制式额定电压750V及1500V。为了减少电力损耗，确保地铁线路以及电网系统能够实现有效兼容，电力行业以及地铁企业也构建起了相应的用电标准，牵引供电系统设施也在不断优化。在此环节，接触网上的额定电压进一步提高（提升约50%），能够适当延长牵引变电所原间距的1/3，以此来降低地铁线路以及地铁车站的建设成本，能够有效降低损耗。

4检查和试验质量管理

地铁电力系统设备监控服务项目部有足够的人力来检查供应商是否按照工厂检验和验收程序进行了相应的测试,并要求地铁电力系统设备供应商不得以任何借口减少测试项目和内容。(1)电力设备关键部件和原材料的检查和检验:根据质量计划,检查和检验供方采购的设备关键部件和原材料是否符合合同和有关法规的要求。(2)加工过程中的检查和检验:根据质量计划或明确规定的程序对供电系统设备供应商的工作进行检查、检验和认证。(3)检验、测量和检测设备:供电系统监测规划部门应要求供方对其检验、测量和检测的设备进行定期检查、检查和维护,以确保这些产品符合规定的要求。(4)检验检验状态:供电系统设备监理项目部应要求供货商用商标、印章、标签、卡片、检验记录等标识其产品的检验检验状态。上述标志必须在产品的制造和安装过程中保留,以确保只有通过必要的检查和试验的产品才能出口,使用或安装。在记录中,必须指定签发合格产品的授权检验机构。(5)最终检验:根据质量计划和法规的规定对其产品进行最终检验,最终确认供电系统供应商完成的产品符合合同规格和设计联络会议记录的要求。进行工厂检验并不免除供应商在合同范围内的质量保证。(6)供电系统设备监控项目部建立并保存记录,证明产品已按照规定的验收条件通过了检验和试验,并可作检验准备。

5地铁直流供电系统迷流腐蚀

世界上绝大多数带人行道的牵引供电系统都形成了供电链,地下直流供电也是如此,因为行人轨道和地面不能完全隔离,所以部分电流必然泄漏到地面,电流泄漏到地面将是由于土壤、地下金属等的特性。因此,这部分电流分布非常广泛,形成混合电流,也称为电流。运动可能会对道路和地下金属造成腐蚀。这部分电流通过牵引变电站附近的运行轨道流回负柜。在牵引变电站的回流点,混合电流通过地面流回变电站。当沿线有金属导体时,地面上的散射电流将沿导体传播,靠近反射点,并通过铁路返回变电站,反射点处的金属导体形成阳极区,对地球产生正电位,导致管道、管道、电缆、铁轨等阳极区附近发生严重腐蚀。因此,防腐蚀保护对于城市轨道交通系统的稳定运行具有长远的意义。通常可以使用以下保护方法。(1)增加行车道与地面的绝缘,降低行车轨道阻力,保证回流系统的平稳运行。(2)在钢轨床上使用钢筋,与集电网连接,均匀地返回变电站。(3)缩短与相邻变电站的距离,减少回流路径。(4)安装排水设备以消除冲击。(5)技术创新,采用四轮电源模式,可以消除源头的噪声电流。（5）模态切换，所设计双向变流系统可以对直流牵引网和电压的变化情况进行实时监测，在对网侧电压和直流牵引网的电压进行数值比较之后即可对工作模态作出调整。即可采用逆变的方式把直流牵引网的能量传输回电网，又可采用整流的方式将电网能量传输到直流侧，让能量得以双向流动。在系统并网后，系统在直流牵引网的电压比所设定阀值高时保持在逆变回馈模态，反之则保持在整流牵引模态。若发现电网频率或电压超出规定范围，则系统将保持在逆变回馈模态。

结束语

地铁供电迷流腐蚀危害到群众的居住出行安全，危害城市公共设施。有效地预防和控制迷流腐蚀，能够更好地促进城市的可持续发展，减少公共事业的支出，提升整个社会的经济效益。对于车辆设计制造企业开展交流供电地铁列车设计研究能够推动铁路新技术变革，提高产品竞争力，提升企业的社会责任感和荣誉感。对于地铁运营单位开行交流供电地铁列车能够有效减少因迷流腐蚀而造成的额外维护支出，减少运营的全生命周期成本，保护地下管网和城市钢筋混凝土建筑，实现地铁系统的安全绿色运营。

参考文献

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