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摘要：城軌普遍利用直流供電、走行軌回流方式。由于走行軌無法完全與大地理想絕緣，會有部分列車回流電流經走行軌泄漏至周邊，形成雜散電流，對周邊埋地金屬管線產生電化學腐蝕，從而影響城市關鍵地下金屬工程的運行安全。本文針對城軌雜散電流干擾的檢測方法進行分析，根據被影響對象的不同，分別分析了主體結構鋼筋受雜散電流干擾、埋地金屬結構受雜散電流干擾、大地中雜散電流、管道中的電流等檢測方法，為雜散電流干擾檢測提供基礎。
隨著城市軌道交通大量投入使用，城軌已經逐漸成為城市交通的重要部分，其具有運量大，快速安全，能耗低，享有獨立路權，占空間小，舒適快捷等優點，根據有關部門調查，越來越多的居民會選擇城軌來完成一天城市內部的出行，相比于其他交通工具，城軌出行的優越性不言而喻，所以未來城軌迅猛發展已成趨勢。目前直流牽引供電的城軌線路主要由牽引變電所、接觸網、回流系統、列車等組成。首先，城市電網中的高壓交流電經牽引變電所降壓整流，轉換成直流 750V 或 1500V 的電能運送到接觸網，再通過接觸網將牽引變電所正極電流送至列車，最后由回流系統回到牽引變電所負極。一般直流牽引供電系統懸浮接地，通過絕緣的走行軌回流，但因其存在縱向電阻，不能完全絕緣，只要有牽引電流通過走行軌時，就會形成一個鋼軌電位。其中一部分電流會發生外泄，形成雜散電流。目前對國內線路進行檢測發現線路中走行軌絕緣性普遍較低，經常出現鋼軌電位、雜散電流異常變化的現象，對系統設備的安全運行及乘客的人身安全產生危害，對線路的正常安全運行也產生危害。雜散電流會對周邊的關鍵地下金屬結構，如鋼軌、結構鋼筋、埋地管道等產生腐蝕影響。雜散電流在鋼軌泄漏處會發生氧化還原反應，在結構鋼筋流入位置發生析氫反應，產生靜壓力，對管線發生穿孔局部腐蝕。雖然短時間內雜散電流泄漏帶來的腐蝕效果并不明顯，但如果不能做到有效防護，隨著運營時間的增加，潮濕、污染等外界因素的作用，設施絕緣性就會降低，增大雜散電流泄漏水平，對周邊關鍵埋地金屬的影響會大大增加。因此，如何提高直流系統供電的安全性和可靠性，是城市軌道交通發展中必須要重視的問題。由于城軌雜散電流干擾范圍較大，不同被干擾對象的雜散電流檢測方法不同。本文總結分析了不同被干擾對象的雜散電流檢測方法，為雜散電流干擾的現場檢測提供基礎。
一、不同被干擾對象雜散電流檢測方法
從被干擾對象的角度，分別從主體結構鋼筋受雜散電流干擾、埋地金屬結構受雜散電流干擾、大地中雜散電流、管道中的電流等方面進行分析。
1-主體結構鋼筋受雜散電流干擾檢測
城軌主體結構鋼筋是軌道雜散電流泄漏之后最容易受到腐蝕干擾的對象。由于主體結構鋼筋位于混凝土環境中，在其受雜散電流干擾檢測時，主要采用氧化鉬參比電極檢測其極化電位。利用數據采集裝置近路結構極化電位原理如圖 1 所示。氧化鉬參比電極安裝在結構鋼筋附近，且盡量靠近被檢測結構鋼筋的表面，采集結構鋼筋對氧化鉬參比電極的極化電位。在檢測過程中，由于氧化鉬參比電極具有一定的本體電位1V ，因此，需要將檢測的電位值與本體電位值相減。當夜間線路停止運營后，線路無雜散電流泄漏，此時檢測的數據是參比電極的本體電位1V ，當線路運營后，存在雜散電流的情況下，結構鋼筋極化電位，極化電位無法直接測量，需要利用檢測到的結構鋼筋對參比電極的電壓與本體電位值相減后得出。由于極化電位檢測一般僅限于安裝電極附近的結構鋼筋，如果針對大范圍的結構鋼筋受干擾的檢測，需要針對不同位置設置不同的電極進行檢測，這對廣域結構鋼筋受干擾的檢測情況帶來一定難度。
2-埋地金屬結構受雜散電流干擾檢測
埋地金屬結構主要包括埋地管道、埋地金屬等。由于是處于土壤中，要有效檢測其受雜散電流的干擾情況，需要使用長效的硫酸銅參比電極提供參考電位，在不受雜散電流干擾時，測量電位穩定在本體電位 Uc，在受雜散電流干擾時，測量電位出現偏離電位 Uc的情況，此時測試電位為 U，偏離值為△ U，從而得到埋地金屬管道受雜散電流干擾情況的檢測值。檢測方法如圖 2 所示。在實際管道中，通常會隔一定間距設置一個檢測樁，檢測樁中設置一測試端子連接到管道上，為日常巡檢和檢測提供條件。
3-大地雜散電流干擾檢測
大地中雜散電流會引起土壤的地電位梯度發生變化，GB 50991-2014 等相關標準規定，可以通過地電位梯度的大小判斷雜散電流受直流干擾的情況。當地電位梯度低于0.5m V/m 時，可以認為不存在直流雜散電流。其檢測方法如圖 3 所示，選擇具有代表性的地段，選擇十字交叉的四個檢測點 a、b、c、d，ac 與 bd 的距離相等且對稱分布，間距可設置為 5m 或者 10m。四個檢測點位置設置硫酸銅參比電極，并檢測對參比電極之間的電位差，接入數據記錄儀，以蓄電池為數據記錄儀供電，測試持續一段時間后，拆除設備，進行數據處理，同時對應建立直角坐標系，可以計算出各分量的土壤電位梯度，并計算出大地中雜散電流的方向。在實際現場檢測過程中，由于雜散電流的方向會不斷改變，兩個坐標軸的分量大小和方向均會不斷改變，需要不斷計算各個分量的大小，來折合雜散電流的大小和方向。
4-管道中雜散電流的檢測
為有效評估埋地金屬管線中雜散電流水平和變化情況，管道中雜散電流檢測尤為重要。但管道埋入地下后難以開挖，并且埋地管道覆蓋面廣，傳統的電流檢測方法難以應用于埋地管道雜散電流的檢測。管地電位、土壤電位梯度等參數的檢測被用于間接反映埋地管道受雜散電流的干擾水平。但這些參數只能間接反映雜散電流的影響，而無法直接定量評估管道中雜散電流水平。取一段長度管道校準其縱向電阻后，取該兩點電位可以反映管道中雜散電流大小。該方法可以比較簡單地測得管道縱向壓降進而計算出管道中的電流大小。但也存在需要設置電氣連接點、不夠便攜等問題。如果是已經運行的管道，再進行開挖及設置電氣連接點會耗費較大的人力、物力。相關的霍爾電流傳感器無法有效應用到管道交直流電流檢測中。針對埋地管道交直流雜散電流，可以基于管道電流的電磁特性，設計利用磁力儀傳感器，非接觸式檢測管道中電流的大小。相關文獻表明，由于存在地磁影響，需要設計多個磁力儀傳感器，消除地磁干擾，同時檢測出管道中電流引起的磁場大小。與此同時，由于管道深度未知，需利用檢測信號判斷被檢測位置管道埋深。利用磁力儀檢測管道中電流產生的磁場時，檢測到的磁場并不僅是管道中電流產生，還會存在地磁、地中其他電流產生的電磁場，如何避免周邊電磁場的干擾是準確檢測管道中電流的重點。在當前電力系統類型復雜的情況下，管道的干擾類型也增多，存在交流干擾、直流干擾以及其他一些動態變化的干擾。在進行檢測時，應能準確區分不同的干擾源的大小，以分別評估不同類型干擾源對管道的影響，因此，應針對埋地管道交直流混合干擾進行檢測及分離。單一磁力儀探頭無法準確、有效的檢測到管道中電流產生的磁場，傳感器的陣列方式及陣列方式下電磁場的準確計算需進行研究。
二、總結
本文針對城市軌道交通雜散電流干擾的檢測方法開展分析，闡述了雜散電流的危害和影響，分別從主體結構鋼筋受雜散電流干擾、埋地金屬結構受雜散電流干擾、大地中雜散電流干擾、管道中的電流等不同對象進行分析，總結了各干擾對象的雜散電流檢測方法，為雜散電流的防護提供依據。
作者：吳德明 單位：寧波市軌道交通集團有限公司運營分公司
