（广州地铁集团有限公司）
摘要：城市轨道交通线路一般采用直流牵引供电系统，存在大量杂散电流入侵现象。本文通过对直流牵引网络系统中杂散电流分布规律的研究，根据数学模型的计算，确定了影响杂散电流大小的因素，从而有针对性的提出了杂散电流的防护优化方案。
关键词：城市轨道交通、杂散电流、防护优化
1 概述
城市轨道交通线路一般采用直流牵引供电系统，并利用走行轨作为牵引电流回流通路。由于走行轨纵向电阻、走行轨与地之间过渡电阻的存在，牵引电流回流过程中会不可避免的产生杂散电流。杂散电流的腐蚀速度和强度比自然腐蚀大得多，如果防护不善，会严重腐蚀钢轨、结构钢筋及周边金属设施，危及地铁主体结构，影响行车安全。本文开展回流安全参数分布规律及治理措施的研究，结合现场测试数据提出改进优化措施。
2 杂散电流的形成
地铁杂散电流是指从走行轨泄漏到土壤的电流，杂散电流会沿土壤流入地下构筑物，埋地金属管道等，再沿这些金属管线通过杂散电流排流网和接地装置流回至变电站负极柜。我国目前的地铁供电系统大都采用750V和1500V直流供电两种制式，牵引供电系统主要由牵引变电所、接触网、回流线、馈线、走行轨等部分组成[27]。走行轨敷设在混凝土道床上，电流通过钢轨回流到牵引变电所负极时，由于钢轨对地不可能做到完全绝缘，实际存在纵向电阻，钢轨纵向存在压降，对地有电位差，致使一部分电流会流到钢轨之外，如图1-1所示，通过钢轨下的道床钢筋、结构钢筋、地下金属管线等流到牵引变电所负极，还有部分电流会通过大地散流。
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图1-1 杂散电流形成示意图
3杂散电流的分布路径
走行轨作为回流线的一部分，牵引电流通过走行轨回流时，由于走行轨的部分绝缘脱落或损坏，走行轨纵向电阻增大，走行轨对地过渡电阻减小，部分电流通过走行轨绝缘较差的位置流入地中形成杂散电流，会对管道产生阻性耦合干扰。 在整个牵引供电系统中，走行轨与大地的绝缘性能越差，泄漏到大地中的杂散电流也相应的越大。尽管地铁的供电方式主要是直流牵引制式，但是不可避免的牵引电流会有谐波存在，地铁交流杂散电流源主要是在变电所和牵引网上产生的各次谐波。当谐波电流通过机车流至走行轨时，走行轨与管道之间的耦合将不再是纯阻性耦合，还包括感性和容性耦合，由于地铁隧道内的各管道之间的距离比较小，随着谐波频率增大，容性耦合可以忽略不计，感性耦合加强[29]。由于输电线路本身强电流产生的交变磁场会对与之平行的管道产生感性耦合干扰，当管道与输电线路长距离平行接近或斜接近时，将产生一个由交变相电流周围产生磁场作用而在管道道上产生的二次交流电压或电流[30]。
如图1-2所示为地铁动态杂散电流在地中管道的分布路径，其中 I1和 I2为变电站正极流出的馈线电流；I3和I4为通过走行轨回流到各自的牵引变电站负极的电流；I5为通过走行轨泄漏到土壤中的电流，I6和I7为从走行轨泄漏进入埋地金属或通过感性耦合产生的感应电流； I8和I9为通过排流网或接地母排将杂散电流收集回流至变电站负极回流柜的杂散电流。杂散电流的阻性耦合路径受走行轨对地过渡电阻R的影响，管道之间的感性耦合路径受互感M1和M2的影响。
通过以上分析，可以发现轨道的电磁耦合路径即地铁杂散电流的散流途径主要包括（1）入地电流阻性耦合；（2）轨道电流感性耦合。
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图1-2 杂散电流分布路径
4 地铁杂散电流防治分析
通过以上分析可知，抑制或减小杂散电流的电磁耦合主要途径有：减小入地电流阻性耦合（即耦合电阻）、减小轨道电流感性耦合即降低敏感对象周围空间的磁感应强度。
从城市轨道交通实际情况分析，抑制或减小杂散电流的电磁耦合在地铁的设计和施工阶段一般采取2个主要措施：1是对一切可能从钢轨向大地泄漏的部分均采取隔离措施，包括在钢轨底下安装绝缘垫，使用绝缘扣件等措施，并加强日常的清扫和维护，减少因潮湿和污染降低钢轨对地的绝缘。2是建立杂散电流收集网，减少杂散电流向外界扩散。
主要措施分析：
建立杂散电流收集网不能减少杂散电流的产生，其作用主要是将杂散电流控制在一定范围内，避免杂散电流影响区域扩大，从而产生不可估量的影响。对于从钢轨向大地泄漏的隔离措施，轨道交通主要采用绝缘垫与绝缘扣件进行隔离，钢轨每1km大约有2000个绝缘扣件，绝缘扣件在现场安装后，钢轨对地的绝缘性能并不仅仅由扣件本体的绝缘性能所决定。同时受到污染、潮湿、渗水、漏水等因素的影响，扣件沿面泄漏电阻远少于本体的绝缘电阻。经现场实测统计，环境相对湿度为99.8%，温度为20℃左右。不同受潮时间下表面电阻随电压变化。
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图1-3 不同受潮时间下表面电阻随电压变化曲线图
综上所示，以湿度举例，当受潮时间相同时，温度较高的情况下，表面电阻较大。可通过加强隧道通风，以降低区间内湿度，同时结合加密清污，从而降低表面电阻值，到达抑制或减小杂散电流的目的。
5 结语
本文对城市轨道交通杂散电流进行了研究，理论分析了杂散电流的形成和分布路径。结合实测数据，研究影响因素对电阻的影响程度，所以提出解决措施。对于运营维护，我们应该加强钢轨对地的电阻，提高钢轨对地绝缘，从源头降低线路对地杂散电流；同时从技术角度，应推进新技术、新工艺的应用，比如“绝缘轨”等，通过技术手段加强轨地绝缘水平。