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摘要：随着城市化进程的不断推进，城市运输网络规模日渐增大，经常会出现高铁、地铁、城铁等电气化铁路与城市内埋地管道并行、交叉的情况。如防护措施不当，可能导致电气化铁路中的电流随着大地流入到埋地管道中，对埋地管道自身的阴极保护系统造成影响，使原本处于阴极保护下的管道产生杂散电流干扰，存在腐蚀风险。本文主要研究城市轨道交通运行状导致地铁杂散电流对埋地管道的影响，并提出相应的防护技术。
关键词：地铁交通；杂散电流；排流技术
引言
地铁轨道交通具有运载量大、安全快捷、受气候等因素影响小等优点，是中大型城市主要的交通方式之一。城市地铁一般采用直流电力牵引的供电方式，采用接触网或第三轨为正极，全线连通的走行轨（即钢轨）兼作回流线回流至负极。钢轨铺设于道床之上，通过绝缘垫层与大地电气隔离，但受油渍污染、渗水潮湿、轮轨磨损散落的铁粉等因素影响，钢轨的轨地绝缘性能降低，会向周围土壤和混凝土等介质泄漏一定的电流，称为地铁杂散电流或迷流。部分杂散电流在邻近埋地金属管道等具有良好导电性的结构上流入和流出，最终会回流至钢轨。杂散电流在埋地金属管道上的流入流出造成其保护电位发生波动，在杂散电流流出点发生金属的阳极溶解反应，从而构成严重的电解腐蚀。因此加强地铁杂散电流防护技术应用具有重要意义。
1杂散电流干扰概述
按照干扰源种类，杂散电流干扰对于管道的影响大致可分为直流杂散电流和交流杂散电流干扰。直流杂散电流干扰包括：直流制电力牵引运输系统（如电气化铁路和电车等）、直流输送线路、其他结构或设备自身安装使用的阴极保护系统等；交流杂散电流干扰包括：电网中高压电力线路设施和交流电气化铁路相关设备等。
由于交流杂散电流干扰比直流杂散电流的干扰能力弱，按照国际标准，当交流杂散电流大于100A/m2时才会出现可预测的腐蚀，在某管道周边并未检测到该量级的交流杂散电流产生，因此实际中某管道的杂散电流干扰，更多是由于地铁等直流制电力牵引运输系统引起的。但是对于交流电流产生的杂散电流干扰，还是需要引起管道检测人员的关注，例如：定期观测管道中交流杂散电流的电压是否超过4V的标准。
2杂散电流腐蚀的成因及危害
杂散电流干扰源有：高压输电线路、接地为回路的输电系统、电气化铁路等。
对于输电线路，当出现单向短路或遇到雷电天气导致系统故障时，会有电流通过输电系统的接地体，接地体电流流入地下，通过土壤电阻流向电阻更小的金属管道，使管道受杂散电流干扰的部分区域与未受电流影响的区域之间形成电位差，从而对管道造成电化学腐蚀。如果输电线通过电流为交流电，交流电流除直接泄露外，还可以产生交变磁场使与其并行铺设的埋地管道感应出交流电压，虽然这种通过电磁耦合方式产生的电压不是很大，但持续时间长，在交流电长期的干扰作用下，管道很容易出现腐蚀穿孔现象。
电气化铁路电力传输通常由架空电线或钢轨提供。电流回路通常是由附近变电站相连的运行轨道来实现，但由于轨道不可能完全与周围环境绝缘，通常会有弥散的电流在规定的回路之外流动。以国内地铁为例，多采用牵引供电系统，通过架空输电网供电，电流沿钢轨回流过程中，会有少量牵引电流通过走行轨进入大地。由于地铁等城轨交通运行范围大，因此轨道附近的整个区域几乎都受到杂散电流的影响，如地下输油管道、水管、电缆和煤气管等基础设施，会缩短其使用寿命。而且，土壤中各个区域的电阻率有差异，轨道与地下管道的绝缘电阻也不是固定值，因此杂散电流的流动区域和大小是不确定的，对杂散电流的预防和缓解造成了一定困难。
3城市轨道交通杂散电流防护排流技术
依据杂散电流排流方式的不同，可分为跨接排流法、极性排流法、接地排流法和强制排流法四种。在实际工作中，根据管道周围不同的干扰环境选择合适的排流方法，采用一种或多种排流方法有效保护管道。
3.1跨接排流法
对于直流制电力牵引运输设备附近的埋地管道，用电缆将埋地管道与运输设备的铁轨或者负回归线进行电连接，将流入管道的杂散电流直接通过导线跨接排回干扰源。跨接排流法无需排流设备，是一种在国外常用且有效的排流方法，造价低廉，仅需要确定管道的阴极干扰区并对埋地管道和轨道通过线缆跨接即可。适合于管道上存在稳定不变的阴极区域的情况，在直接连接的电缆中可串联可调电阻、控制开关以及断路系统，据此可控制排流量的大小及管道的相对电位，以防止排流量过大造成管道防腐层的老化和剥离。同时为了更好地削弱杂散电流影响，也可在此基础上加固屏蔽阳极干扰区的管道防腐层，尽可能削减流入管道的杂散电流。
3.2极性排流法
在跨接排流法中提到的管道电势低于干扰结构跨接位置电势的情况，为了防止逆流的产生，设置一种装置，使埋地管道回路中的直流杂散电流单向由管道流入干扰结构中。这种装置主要是由逆电压继电器和二极管组成的，由于二极管的单向导通性，因此该方法也可称为极性排流法。极性排流法具有单向导电性，只允许杂散电流从管道排除，而不允许杂散电流流入管道，能防止逆流。
该种排流法的特点：（1）当直流制电力牵引运输设备与管道产生的电势差产生波动时能够可靠排流；（2）在排流过程中，由于二极管的特性，正向电流流通性好，反向抗压大，产生的逆电流较小；（3）由于配件、结构简单，维护方便，同时适用于较复杂环境；（4）该设备可以在发现异常电流时自我切断，降低了电流损坏设备本体或管道的概率。
3.3接地排流法
接地排流法排流电缆不直接连接到铁轨上，而是连接到一个埋地辅助阳极上，电流先在大地中疏散，然后再经过土壤流回到铁轨上，这样避免了对铁路信号造成直接干扰。由于地铁运行和管道运行归属不同的管理企业，因此企业之间相互协调难度大。目前最常见的直流杂散电流排流措施就是接地排流，通过导线将管道与排流接地体连接，利用排流接地体将管道上的杂散电流排入大地，降低杂散电流经管道流入大地所造成的管道母材腐蚀风险。接地排流法对排流地床材质和接地电阻具有较高的技术要求，排流地床接地电阻应尽可能低，这样有利于杂散电流经排流地床流入大地。排流地床材质应选择相对电位较负的材料，这样有利于提高管道正电位的抑制能力。
3.4强制排流法
强制排流法的原理类似于外加了一套阴极保护系统，是在管道与铁轨（或接地阳极）之间安装一个整流器，可起到电位控制器的作用。在外部存在电位差的条件下强制进行排流，其功能兼具排流和阴极保护的双重作用，比较经济、有效。强制排流技术就是针对目前排流技术存在的弊端而研发的一种全新排流技术。通过安装在管道上的监测探头实时监测管道管地电位，将采集到的数据反馈给系统中心处理器单元，通过处理后向设备电流补偿单元或电流吸收单元发出控制指令，调整补偿电流或吸收电流的大小，将管道电位控制在规定的范围内，是一套自适应强制排流系统。
4结束语
综上所述，电力系统的快速发展使杂散电流腐蚀问题日益严重，杂散电流对埋地管道腐蚀的影响涉及众多方面。如何对杂散电流的精准测量以评估发生腐蚀的风险，以及开发操作简单、经济适用的排流方法，也是未来研究的热点之一。本文中简要针对杂散电流排流技术进行分析，以期起到一定借鉴作用。
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