摘要：随着城市快速发展，我国城市轨道交通运营里程不断刷出新高，城市轨道交通杂散电流治理却成为日益突出的问题。而“西气东输”工程沿线大口径输气管道又不可避免地与城市轨道交通运营线路交叉或相距较近，杂散电流干扰已经是一个无法回避的问题。本文分析了我国某城市有轨电车项目与西气东输管线交叉位置杂散电流干扰，并探讨了初步解决方案。
关键词：轨道交通；杂散电流；西气东输；阴极保护；解决方案
随着城市快速发展，为满足市民便捷出行，城市轨道交通建设进入高潮。然而，城市轨道交通杂散电流治理却成为日益突出的问题。在电力机车车运行过程中，不可避免的会有电流泄露到大地中。这部分电流流经土壤、管道等路径回流到变电所，形成直流杂散电流，并在杂散电流从管道流出的区域造成快速的腐蚀，给附近埋地油气管道带来安全隐患。尤其涉及到西气东输国家战略工程，问题显得尤为突出。
1.西气东输工程杂散电流干扰问题发现及调查
在西气东输工程某城市管理处运营过程中发现其正常运行的阴极保护系统出现运行不稳定情况，直流干扰超出规范治理标准，对输气管道安全运行造成严重影响。
1.1阴极保护系统设计要求
1）对被保护的埋地管道，提供足够的保护电流并将其合理分布，保护电位宜达到GB/T 21448-2017《钢质管道外腐蚀控制规范》阴极保护准则电位的要求：管道阴极保护电位（即管/地界面极化电位）应为-850mV或更负，但不能比-1200mV更负；若难以达到该要求，可采用阴极极化或去极化电位差大于100mV来判断。
2）辅助阳极地床应有足够的使用寿命，并使保护电流合理化，对附近的其它金属结构不产生有害的阴、阳极干扰影响。
3）管道的腐蚀速率应小于0.01mm/年。
注：下文规定的构筑物对电解质电位均被规定为相对于铜/饱和硫酸铜参比电极（CSE）。
1.2 西气东输工程管道干扰调查
靠近城轨线路测试桩检测结果：
.png)
图1 测试结果图
根据上图可知，管道在白天受到干扰较大，通电电位的最正直为1.440V，最负值为-4.435V，断电电位最正直为-0.621V，最负值为-1.208，夜间处于正常工作保护状态。
根据规范要求，管道印记保护电位应为-850mV（CSE）或更负，测试结果明显超出标准值。
2.西气东输管道干扰分析
根据调查发现，管道收到干扰的时段主要集中在白天或者城轨运营时段。而出现干扰峰值时间与靠近管道的车站列车靠站时间基本吻合。所以基本断定本次发生的管道干扰由邻近城市轨道交通运行引起。
2.1杂散电流泄露原因分析
2.1.1城轨列车属于超级电容储能车辆，在每个车站设置直流充电桩，车辆进站后启动大电流快速充电。电流通过地面钢轨及连接电缆形成的通路回流至变电所内。由于充电电流大、回流回路阻抗较大、回流路径较远等不确定因素，难免会有杂散电流泄露到大地中。
2.1.2施工设计文件要求钢轨绝缘安装，即钢轨与地面保持绝缘状态，并且在车站两端设置绝缘节，避免造成迷流。但是实际施工过程中，钢轨扣件、地面雨水、泥土灰尘、金属粉末等吸附在绝缘垫上，减小了钢轨和整体道床及大地之间的泄露阻抗，钢轨中的回流通过这些污染物流入到大地中，产生杂散电流。杂散电流以整体道床、地中金属管道为通路，在离开金属通路时会对金属造成腐蚀。并且，为了城市美观，在轨道中间填充泥土，种植草皮，使得钢轨绝缘安装形同虚设。电流轻易流向大地及地中金属管道。
2.1.3城轨设置了杂散电流防护系统。排流柜安装于牵引变电所内，一段接负极柜内直流负母排，另一端接整体道床结构钢筋、变电所接地母排。通过设置的杂散电流排流网，使结构钢筋中的杂散电流单向回流到牵引变电所内的负极柜，防止杂散地阿牛对结构钢筋及周边地下管道的腐蚀。该系统通过对轨道电位和接地电阻实时监测，实现排流设备排流智能控制。
但是，通过调查发现，排流装置基本没有工作。分析认为杂散电流排流网限制，无法及时将车站处泄露电流收集排走，抑或是防护系统传感器故障，无法正常排流，导致杂散电流泄露。
.png)
图2 双边供电走行轨对地泄露电流示意图
2.2管道防护问题分析
2.2.1因为初期施工方案包括对交叉过轨的西气东输管道实施保护，在施工过程中受各方面因素影响，未达到保护指标要求。管道失去一道自我保护屏障。
2.2.2西气东输管道设置的阴极保护系统保护范围和能力受限，无法对管道起到完全防护，出现明显杂散电流干扰影响。
3.杂散电流干扰解决方法探讨
杂散电流的防护原则是“以防为主、以排为辅、防排结合、加强监测”。杂散电流是现代轨道交通无法回避的问题，在直流牵引供电系统中，利用钢轨作为回流导体，回流轨上必然会形成对地电位差。而回流轨安装无法保证足够好的绝缘，以致总存在一部分泄露电流在轨道电位的作用下流向电势较低的结构钢筋或底线金属管道，或者当轨位电压限制动作时，都会形成杂散电流，造成对地下建筑金属管线的化学腐蚀和电磁骚扰。
解决干扰依然应当从两个方向入手，一方面是管道的主被动保护；另一方面加强城轨排流能力，尽量阻断城轨杂散电流的泄露。
3.1管道被动保护。在与轨道平行和交叉的管道附近设置排流网，阻挡杂散电流流向管道。或者采用管道牺牲阳极排流。在靠近城轨线路的管道周围设置多处铝镁合金或者其他强活性金属作为牺牲阳极，牺牲阳极和管道之间增加一个极性排流器，实现有效排流。
3.2管道主动保护。设置阴极保护系统，强制电流阴极保护。恒电位仪采用高频开关原理工作，通过检测管道电化学腐蚀电流，强加电流保护，使燃气管道处于电子过剩状态，保护管道免遭电化学腐蚀。
3.3对城轨轨道改造。改变车站位置的钢轨绝缘安装形式，加强回流轨对地绝缘；取消现有轨道中间草皮，铺设环保绝缘材料，避免钢轨通过中间草皮泄露电流。
以上三种方法比较：第一种方法保护效果不一定理想，且使用年限较短；第二种方法保护效果明显，但是成本略高；第三种方法考虑到城轨运营情况，实施起来较为困难。可采用第二种方法或者一、二种方法相结合的方案治理干扰。
4. 结束语
本文根据西气东输工程管道运行中监测到的异常状况，分析出了相邻城市轨道交通杂散电流产生干扰，并对造成杂散电流泄露原因进行了分析。初步探讨了治理杂散电流干扰的方法，为以后解决问题提供参考。
参考文献：
[1] 董亮,姜子涛,杜艳霞,路民旭,孟庆思.地铁杂散电流对管道牺牲阳极的影响及防护. 石油学报,2016,37(1).
[2] 胡曙光，耿健，丁庆军.杂散电流干扰下掺矿物掺合料水泥石固化氯离子的特点.华中科技大学学报（自然科学版）,2008,36(3).
[3] CJJ49-92 地铁杂散电流腐蚀防护技术规程.
[4]GB/T 21448-2017《钢质管道外腐蚀控制规范.