作者：王建業，張玉，馮萬周
第一作者單位：佛山市華禪能燃氣設計有限公司
摘自《煤氣與熱力》2016年4月刊
隨著廣東經濟的持續快速發展和城鎮化建設加快，作為市政配套的城市地鐵得到了迅猛發展。截至2013年12月28日，廣州地鐵共有9條營運路線，總長260.5 km，共164座地鐵站。為更好地解決地面交通擁堵問題，廣州地鐵仍在大規模地擴建。廣州地鐵的遠期規劃長度將達到751 km。地鐵在給人們的生活帶來方便的同時，也帶來一些不容忽視的問題，其運行期間雜散電流腐蝕問題就是其一。本文通過運用試片檢測法，探討埋地鋼質燃氣管道（以下簡稱埋地鋼管）受到雜散電流的影響及其防護措施。
2 軌道雜散電流形成的機理及危害① 軌道雜散電流形成的機理
城市軌道交通常用1 500 V或750 V直流供電，牽引電流經接觸軌道送給車輛，然後再經行走軌道流回牽引變電所。在地鐵工程系統中，雖然全線軌道對大地絕緣，在任何地點不直接接地或通過其他裝置接地，但軌道對地的洩漏電阻率仍不可能無限大，一般為5～100 Ω·km。地鐵雜散電流形成機理見圖1。牽引變電所產生的電流I的大部分電流I1能經過接觸軌道和行走軌道流回牽引變電所負極，但還有部分電流I2從軌道與地面絕緣不良的位置洩漏到道床，再通過道床向周圍土壤洩漏電流I3。其中，I2、I3形成雜散電流。I2、I3在土壤中無規律地流動，絕大部分直接流回牽引變電所的負極，少部分從土壤流入埋地鋼管，再由埋地鋼管某處流入土壤，再流回牽引變電所。從埋地鋼管流出電流的部位極易發生腐蝕，即雜散電流腐蝕。
② 雜散電流的危害
圖1 地鐵雜散電流形成機理
3 實例分析3.1 工程簡介
魁奇路至綠景路埋地鋼管外直徑為219 mm，位於廣佛地鐵線路的上方，距離均在10 m範圍以內，並行長度約10 km。魁奇路至綠景路埋地管網和地鐵線路及檢測點見圖2。該段埋地管網採用犧牲陽極為主的陰極保護系統。自廣佛地鐵線路開通以來，該段燃氣管道的極化電位出現了正向偏移，管道陰極保護系統的保護電位數據出現異常變化，幹擾影響嚴重。且管道部分時間處於陽極狀態，通過在地鐵運行期間利用專用測量儀器CIPS測量管道的通斷陰極保護電位，發現整體波動範圍為-4 109～1 998 mV。
圖2 魁奇路至綠景路埋地管網和地鐵線路及檢測點
3.2 試片檢測法
試片檢測法是檢測時在埋地燃氣管道上用導線連接一片與管道材質相同的標準測試片（以下簡稱測試片），測試片與管道構成電流導通的網絡，埋地鋼管上的各種電流會流向測試片，對測試片產生極化作用。管道與測試片的導線中間安裝電流中斷器，通過電流中斷器的「通與斷」，用專用測量儀器CIPS測試儀測得測試片的瞬時「通與斷」電位，即管道的管/地電位Von和管道的極化電位（也稱為有效保護電位）Voff。試片檢測法接線原理見圖3。測試片尺寸為：5 cm×2.5 cm×7 mm。本文中論及的電位均是相對於銅/飽和硫酸銅參比電極（簡稱CSE）。
圖3 試片檢測法接線原理
3.3 雜散電流影響分析
為研究廣佛地鐵線路開通對沿線埋地鋼管的影響及影響結果，在地鐵運行和地鐵停運期間，對禪城區魁奇路至綠景路地鐵沿線埋地鋼管檢測點進行電位檢測，運用試片檢測法，在保證測試片被電流充分極化的情況下，設置中斷周期為3 s，其中通電時間為2 s，測量測試片的Von；關斷時間1 s。關斷後向後延遲，從5 ms至250 ms每隔5 ms測量一組測試片的Voff。埋地鋼管電位檢測數據統計見表1，地鐵運行及地鐵停運時沿線區域埋地鋼管電位檢測數據分別見圖4、5。
由表1可知，地鐵運行期間管道的陰極保護電位波動範圍非常大，為-4 109～1 998 mV，並且每個檢測點Von和Voff電位範圍跳動很大。而地鐵停運時，管道電位波動範圍為-1 221～-507 mV，每個檢測點Von和Voff電位範圍變化不大，管道電位非常穩定。
表1 埋地鋼管電位檢測數據統計mV
圖4 地鐵運行時沿線區域埋地鋼管電位檢測數據
圖5 地鐵停運時沿線區域埋地鋼管電位檢測數據
對比地鐵運行與地鐵停運時埋地鋼管電位可以得出，埋地鋼管上存在強雜散電流幹擾，雜散電流來源於地鐵運行。雜散電流從某段管道上流出，導致該管段的極化電位出現正向偏移，該管段處於陽極狀態，偏移或波動範圍越大說明雜散電流影響越嚴重。地鐵停運時，Voff範圍為-507～-966 mV。由GB T/21448—2008《埋地鋼質管道陰極保護技術規範》陰極保護準則：管道陰極保護電位（即管/地極化電位）應為-850～-1 200 mV。因此該管段受到地鐵雜散電流幹擾影響嚴重。
① 源控法
源控法指從雜散電流的源頭做起，控制雜散電流的流出。
控制合理的牽引變電所的距離
雜散電流的大小與牽引變電所的距離的二次方成正比，所以距離牽引變電所的距離越大，雜散電流也就越大，而減小牽引變電所距離，又會增加造價，因此需要綜合考慮，合理控制牽引變電所距離。
加強軌道、道床及其扣件、配件的絕緣設計
雜散電流是通過軌道、扣件和配件絕緣薄弱處或者損壞處流至道床，然後再經過道床絕緣薄弱處或損壞處流至土壤，進而影響道床鋼筋結構及埋地鋼管。因此必須加強軌道、道床及其扣件、配件的絕緣設計，增強絕緣等級，從而減少雜散電流的洩漏。
其他方法
減少行走軌道的接頭，降低迴路電壓，採用雙邊供電，安裝與行走軌道並行的導線以及均流電纜等，控制雜散電流流出。
② 排流法
排流法指從雜散電流的受害方做起，做好埋地鋼管的保護。
增強埋地鋼管的防腐
有研究表明，對埋地鋼管採用防水絕緣護套的雙塑絕緣墊層，對減少雜散電流的腐蝕具有良好的作用。同時，增加埋地鋼管拐彎和分支處的防腐。
連接埋地鋼管與牽引變電所的負極
其原理是將埋地鋼管變為陰極，從而防止金屬發生陽極腐蝕。
安裝排流櫃法
城市地鐵採用智能型排流櫃，是運用極性排流的原理。當埋地鋼管相對於行走軌道的電位為正時，就會有電流通過，把行走軌道洩漏到埋地鋼管上的雜散電流I3直接排到軌道上，從而減少雜散電流對埋地鋼管的腐蝕。
採用犧牲陽極法
犧牲陽極使埋地鋼管成陰極性，防止陽極腐蝕，從而對埋地鋼管進行保護。
除以上方法外，定期清掃地鐵線路，清除油汙、粉塵等，保持道床乾燥清潔，對地鐵沿線軌道雜散電流實時監控，及時排出，有利於防護埋地鋼管。
5 結論①地鐵運行時產生雜散電流，並且對鋼質埋地燃氣管道影響較為嚴重。
②距離牽引變電所越近的管段，其電位正向偏移越大，雜散電流越容易流出，對該管段的腐蝕性越大。
③為解決雜散電流，應採取保護鋼質埋地燃氣管道的措施，確保鋼質埋地燃氣管網的長期安全運行。
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