系统模式及组成
总体监测模式
传感器 信号转接器 监测装置 上位机
参比电极
排流柜
SCADA
所有测量信息最终上传到上位机，并受控于上 位机。 上位机与SCADA系统可以进行的通信。 图中的双向箭头代表命令和数据的双向传输。
系统模式及组成
两种模式的比较
这两种模式各有其特点和适用范围，选用哪种 系统应视具体情况而定。 总体监测模式以上位机为中心，与SCADA只 有一个接口，但其缺点是总体通信距离会受限制。 分区监测在每个供电区间为一段，每段以监测 装置为主体，通信距离缩短为供电区间长度，通 信距离没有问题，但其缺点是监测装置增加， SCADA接口也要增加。
监测内容
参比电极的本体电位 参比电极用于测量结构钢的极化电位。 但是参比电极的本体电位会随着时间的增 加而下降，当下降到一定值时会影响到测量 的精度。 监测参比电极的本体电位很有必要。
图6 极化电位测量示意图
杂散电流破坏混凝土结构
腐蚀反应产生的腐蚀产物Fe(OH)2、 Fe2O3.xH2O（红锈）、Fe3O4（黑锈）等 在钢筋或钢管表面沉淀形成锈层，膨胀致使 混凝土涨裂。 根据研究，红锈的体积可大到原来钢筋体积 的4倍，黑锈体积可大到原来的2倍。铁锈体 积的形成，使钢筋体积膨胀，进而对周围混 凝土产生压力，使混凝土内部形成拉应力。 由于混凝土的抗拉强度很低，使混凝土沿钢 筋方向开裂 。
地铁迷流对埋地金属管线和混凝土主体结 构中钢筋的腐蚀在本质上是电化学腐蚀， 这种腐蚀属于局部腐蚀。 迷流引起的腐蚀与钢铁在电解质中发生的 自然腐蚀不同，迷流腐蚀是由于外部电源 泄漏的电流作用而引起的结果，而自然腐 蚀的电流是自发进行的，且迷流在数值上 要比自然腐蚀的电流大几十倍，甚至上千 倍。 自然腐蚀的速度进行很慢，一般是经过一 段较长时间的腐蚀才能观察到，而迷流由 于数值大,使金属发生的腐蚀较快，经常遭 受迷流腐蚀的管线几个月便会穿孔。
改进轨道交通系统附近的 地下金属结构
在轨道附近的新建结构要仔细选择位置 避免电缆与管线和其它结构接触
管线和电缆的金属铠装要绝缘
对结构使用绝缘涂层 使受腐蚀影响的结构相互连接并与地铁的回流
电路相连
其他措施
控制钢轨电压恒定，使漏泄电流减至最小。按照 其所在处钢轨对地电压的高低把负馈电线的电压 恰当地叠加到钢轨上，使钢轨电压各处相同，从 而消除钢轨与大地间的电位差。 通过向埋地电极施加支流偏压来吸收钢轨对地漏 泄电流。在有道岔、铁路桥梁、隧洞或路基状况 不良而容易产尘漏泄电流之处的附近埋设电极， 在电极与钢轨间设置支流电源。适当调节电源的 电压和极性，可使该部位的漏泄电路基本上完全 被电极吸收或由电极排出，从而大幅度地减少流 经埋地结构物中的杂散电流，显著减轻其腐蚀。
杂散电流防护系统的设计原则
系统模式及组成 系统监测内容 系统各部分功能 系统设计原则
系统模式及组成
分区监测模式 总体监测模式 两种模式的比较
系统模式及组成
分区监测模式
传感器 监测装置 SCADA
参比电极
排流柜
所谓分区监测是指以每个供电区间为一个区间段。 每个供电区间的所有信息最终上传到监测装置， 与SCADA系统的通信也由监测装置完成 要求每个牵引变电所提供SCADA接口。
杂散电流烧毁排流设备
轨道与轨枕之间有绝缘相隔，如果由于某种 原因，绝缘被破坏，轨道与排流网短路，这时将 有非常大的杂散电流，通过排流网、排流柜，流 回牵引变流所负极柜，因而可能烧毁排流柜。
连续数学模型
（a）接线图
（b）节点电压
（c）节点电流
图3 轨道电压及杂散电流电流分布原理图
连续数学模型
根据图3推导出轨地电压、轨道电流、杂散电流、泄漏电 流（轨道和地之间的跨接电流）如下：
杂散电流腐蚀埋地管线
地铁系统附近的埋地管线主要有自来水管 线、石油管线、蒸汽管线、煤气管线、等 公共事业管线以及各种电缆管等。 埋地管线容易集积杂散电流，故易受腐蚀， 在设计和建造地铁时不考虑此问题会产生 极其严重的后果。 我国东北石油管道系统，穿越某直流电气 化铁路，埋地三年就发生了腐蚀穿孔，腐 蚀速度达到2.0~2.5mm/年。
v IZ
Rr L (th chx shx) R j Rr 2 Rj Rr L I r IZ (th shx chx) I R j Rr 2 R j Rr Rr Rr L I j IZ (th shx chx) I R j Rr 2 R j Rr Rr L I g vg IZg (th chx shx) R j Rr 2
杂散电流造成人身触电
地铁轨道为长轨，是由多节轨道焊接而成，轨道接缝电阻 值较大，而使轨道与结构钢之间的电位差增加，如果轨道接缝 处开焊，轨道接缝电阻更大，这使轨道与结构钢之间的电位差 更高。如图5所示，在站台上，地铁乘客手脚之间的电位差为 ΔV，当这个电位差很高时，人就有死亡的危险。德国标准 VDEO115规定：这个电位差不得超过92V。
地铁隧道或轻轨基础为混凝土结构，排流网总 的钢筋有杂散电流流出时，钢筋的电位将发生正向 偏移（阳极极化）。阳极电流（流出的杂散电流） 和阳极电位变化的规律如图3所示：
V
0.5
0
0.6
1.0
2.0 mA/m2
图5 阳极极化曲线
我国的《地铁杂散 电流腐蚀防护技术规程》 CJJ49-92 行 业 标 准 第 3.0.5 条中规定：对于主 体混凝土结构的钢筋极 化电压的正向偏移平均 值不得大于 500mV，这 一条作为防腐蚀的标准。
主要内容
杂散电流产生原理和危害 杂散电流的数学模型及分布规律研究 杂散电流危害防护的方法 杂散电流监测及防治系统设计原则
杂散电流产生原因和危害
原因： 在城市轨道交通等直流电气化轨道 运输系统中以轨道作为回流导体，由于钢 轨不可能对地完全绝缘，而且回流轨道存 在电压降，因而导致一部分负荷电流，从 轨道流到轨枕和道床及地下钢轨金属设施 中去，这部分电流，就是杂散电流。
监测内容
结构钢筋极化电压正向偏移平均值 参比电极的本体电位 钢轨对结构钢的电压值 轨道对结构钢的过渡电阻值
监测内容
结构钢筋极化电压正向偏移平均值 地铁轨道漏出来的杂散电流能否引起隧洞 结构钢筋的腐蚀，以杂散电流引起结构钢筋 的电压极化电压偏移值来确定。 《CJJ49-92地铁杂散电流腐蚀防护技术规 程》中的3.0.5条中规定：对于钢筋混凝土地 铁主体结构的钢筋，极化电压30分钟内的正 向偏移平均值不得超过500毫伏。 这一条作为设计地铁监测系统的依据。
杂散电流 监测防护系统简介
引言
在城市地铁和轻轨等轨道交通运输系统中， 一般采用直流牵引，走行轨回流，因此，不 可避免会有电流从走行轨泄入大地，对地下 或地面的金属构件如结构钢筋、地下管线等 产生严重的腐蚀。 腐蚀不仅造成大量的金属损失，更为严重的 是，可能造成结构的破坏和其他系统的损害， 由于腐蚀的隐蔽性和突发性，一旦发生事故， 往往会造成灾难性的后果，因此，对杂散电 流防护必须给予足够的重视。
杂散电流危害防护的方法
城市轨道交通工程是大型的重点工程，必须 贯彻“百年大计、质量第一”的方针，所以做好 地铁杂散电流防护是保证地铁/轻轨工程质量相 当重要的一环。对杂散电流防护的原则，应该
以堵为主 加强监测
以排为辅 防止外泄
具体做法： •加强轨道与轨枕间的绝缘； •减小回流轨的电阻 ； •铺设排流网； •采用极性排流措施。 •加强监测，预判腐蚀区域；
危害： • 杂散电流腐蚀金属 • 杂散电流破坏混凝土结构 • 杂散电流造成人身触电 • 杂散电流对通信信号造成影响 • 杂散电流烧毁排流设备
杂散电流腐蚀金属
在地铁隧道中是非常潮湿的，隧道中的水蒸 气多为酸性，金属的腐蚀是一种化学反应，其 化学反应式如下： 腐蚀产生物为金属的铁锈。 排流网是杂散电流的良好通道。在回流点附 近，杂散电流从排流网的结构钢中流出。排流 网的结构钢因失去电子，而带正电，铁离子与 水蒸气中的硫酸根离子作用而变成硫酸盐,因而 被腐蚀。
离散数学模型
对网络所有节点建立电流平衡方程，如下：
Rg Rr Rr Rg V 1 I Rr Rg Rj V2 Rj Rg 0 Rg 0 ... ... ... ... Rg 0 2 Rg Rr Rr Rg Vk 0 Rg Rj 2 Rg Rj 0 Rg Vk 1 0 ... ... ... ... Rg 0 Rg Rr Rr Vn I Rr Rg Rg Rj Rg Rj Vn 1 0
利用上式可求得网络各节点电压，然后带入单元电 流与端电压方程，即可求得各单元电流。
杂散电流的分布规律总结
直流牵引供电系统杂散电流的分布与轨地 过渡电阻、轨道纵向电阻、轨地电压、机 车电流、供电区间长度等参数有关。 利用数学模型对杂散电流的分布进行分析 表明，一般情况下，供电区间越长，轨道 纵向电阻越大，机车启动电流越高，轨地 过渡电阻越小，杂散电流越大。Βιβλιοθήκη 杂散电流示意图－ ＋
排流网
图1 杂散电流示意图
杂散电流示意图
－
F
＋
A
E D 阳极区
排流网
阴极区
B C
图2 地铁直流牵引供电方式及迷流腐蚀示意图
杂散电流所经过的路径可概括为两个串联的腐蚀电池，即 电池Ⅰ：A钢轨（阳极区）→B道床→C排流网（阴极区） 电池Ⅱ：D排流网（阳极区）→E道床→F钢轨（阴极区）
杂散电流的分布规律总结
轨地过渡电阻对杂散电流的分布影响最大， 过渡电阻越小，杂散电流越大。过渡电阻 大于15Ω•km时，杂散电流可以忽略；过渡 电阻大于3Ω•km时，杂散电流变化很小； 过渡电阻<3Ω•km时，杂散电流变化剧烈； 过渡电阻<1Ω•km后，杂散电流漏泄严重， 必须采取有效措施进行处理。