杂散电流防护措施

15.5.1 单一管道的杂散电流防护

直流装置上的措施往往不足以限制杂散电流，特别是在直流铁路上更是如此。在许多事例中，在受影响的装置上采取额外的防护措施是明智的[1，甚至是必要的[111。

防护措施限制杂散电流从特定装置向外流到周围土壤中。最简单的做法是用电缆把受保护的装置与有足够负电位的铁轨连接起来(见图15-5)。以前经由土壤流过的杂散电流，现在经由此连接电缆流回到铁轨中而不产生危险。假如受保护装置的电位与自然腐蚀电位相等或比自然腐蚀电位更负，就能防止杂散电流腐蚀，当然瞬息的峰值电流属于例外情况。降低此电位就能达到局部阴极保护的效果。

用于阴极保护的条件同样适用于直流铁路铁轨的杂散电流排流或强制排流(见10.2节)。受保护的目的物必须电连通。必须跨接各个绝缘套筒(如捻铅缝的或橡胶螺丝套筒)。这些受保护的装置与铁轨必须没有电连接，因为在跨接处这是可能发生的。即使在采取杂散电流防护措施的情况下，跨接线也是危险的来源，因为其承载杂散电流。如图15-5所示为在有和没有杂散电流排流的不同情况下与有轨电车轨道平行敷设的管道所受到的影响。“09

该图说明了单根轨道的电流与电位分布情况，其在平行延伸的端部向铁轨提供电流1。在铁轨附近，杂散电流从传动铁轨通过土壤流到管道中;在变电站地区没有杂散电流排流的情况下，电流从管道流出并通过土壤重新流回到铁轨中，在此引起管道的阳极性腐蚀。在正极性轨道的区域内，即从/2~，管道有阴极保护。而从0~/2这段负极性轨道区域内是阳极极化。假设这些铁轨的电位是低电阻杂散电流排进变电站之前的铁轨的结果。

因此，管地电位变得非常负。在防腐层质量很差的管道上，管子电流变得非常大。在杂散电流排流中包括一个电阻R就能限制这个管子电流，这样可以极大地降低管道的电位，相当于图15-5中的曲线，管地电位变得比自然腐蚀电位略负一些。图15-5中的曲线可以大大简化，仅用于瞬息状态。在实践中，总是有几条电车轨道它们使铁轨延伸段获得不同的电流量。这样，在很宽的时间范围内电流和电位会随时间发生变化。如果没有防护措施，在有轨电车系统以外区域内的管地电位通常更负一些，而在变电站附近的管地电位更正一些。在很宽的中间地带，电位朝两个方向发生变化。通过测量管地电位能够确定电流流进和流出的所在区域。测量结果得出杂散电流腐蚀危险非定量的量值，因为它们包括很大的IR降组分。没有杂散电流干扰的线路通常有一个自然腐蚀电位 Ucu-cuso,=-0.5~一0.6V，在有轨电车停运时才能测到这个值。

  采用杂散电流直接排流(有或没有电阻R)来限制电流时，应将电缆(杂散电流返回导线)连接到产生杂散电流源的负极。在杂散电流排流处，假如用几个变电站向有轨电车

网供电，有时铁轨能比管道更正。在杂散电流返回导体时，发生电流逆向，导致受保护装置的远端增加杂散电流的危险。必须采用整流元件(二极管)或电动继电器的极性杂散电流排流(见图15-6)，避免杂散电流的引人。

整流元件的缺点是相对较高的截止电压，硒整流元件的截止电压为0.4V，硅整流元件的截止电压为0.7V。然而它的优点是将经过整流的杂散电流排到变电站的负母线，因为在运行中返回连接电缆中的电压降使其电位较铁轨的电位更负。在返回导线电缆中增加电阻有望提高它的有效性。杂散电流排流不足以实现完全的阴极保护，因此在大多数情况下，人们宁愿选用变压整流器而不是杂散电流强制排流(见图15-7)。

如图15-8所示为同步记录的管道与铁轨之间的电压，以及在有和没有各种防护措施时有轨电车变电站区域内排出电流的管地电位Ucucuso,的URS。图15-8(a)记录的是没有防护措施的值。假如铁轨相对于管道是负的(URS>0)，那么管地电位变得更正，存在杂散电流流出情况。但是，间或URs<0，那么，杂散电流进入管道，使管地电位变得更负。如图15-8(b)所示为所记录的杂散电流直接排到铁轨的特征。当URS>0时，电流从管道流出，经由杂散电流返回导体流回铁轨，所以管道没有阳极性极化。当URs<0时，电流流经管道的连接线并使之阳极性极化。因此在这种情况下，杂散电流直接排流是不可能的。如图15-8(c)所示为整流后的杂散电流排到铁轨的情况。现今管道总是被阴极极化。但是，也无法完全达到阴极保护。

采用杂散电流强制排流时，借助电网供电的整流器，电流从管道流回铁轨。将变压整流器接人杂散电流返回导体，负极与受保护的装置连接，正极与铁轨连接，或与变电站母线的负极侧连接。

  第8章描述了保护整流器的各种电路及其可能的用途。利用降低电流的电阻R能够减少保护电流的较大波动(见图15-7)。这意味着在中间的管地电位变得不太负了。将整流器连接到电网上或在变压器与桥式整流器之间利用感应电阻来减少损失都能达到消除电流波动的平滑作用(见8.4节)。

  如果利用不加控制的保护电流设备执行杂散电流排流和强制排流，往往需要在建立保护排流试验站时进行大量的排流试验，利用有控制的保护电流设备就能减少这方面的开支(见8.6节)。并且，利用有控制的保护电流设备，可以利用土壤中杂散电流引起的电压降以调节连接在一起的各段管道中发生的电位波动。

  如果大量杂散电流流人使其变得比外加的标称电位更负，那么即使是非常正的有轨电车铁轨也能产生这样负的管地电位。必须恰当设计保护电流设备，在这种情况下可以将育流输出控制为零。假如在管道上没有安装额外的保护站，那么必须合理安排这些保护设备使外加的最小保护电流不被削弱。

随着距有轨电车铁轨的交叉点或临近点的距离不断增加，被管道吸收的杂散电流会重新冒出来。电流流出点主要发生在与其他有轨电车轨道的交叉部位。除了恒电位控制外基本电流调节也是必要的。

  在图 15-9中，包括两个恒电位控制的保护整流器和一个额外的二极管以排出峰值电流。在管道与外部铁道网的交叉部位(如在城市以外的地区)，应将杂散电流强制排流尽量安装在靠近显示负电位的铁轨旁，使其有最长的操作时间。正铁轨吸收的电流也将在铁轨交叉部位以外的区域内继续流动。在此建议使用恒电位控制的整流器，不仅连接到铁轨上，也连接到强制电流辅助阳极上。

15.5.2 在城市地区杂散电流综合性防护措施

  在城市地区早期建设的煤气和供水管网往往只有沥青防腐层，所以漏电负荷很高。电力供电电缆与电话电缆情况相似。要使它们单独实施杂散电流防护措施是不可能的，因为早期建设的输气站和供水站有大量的电连接，而且在地下交叉部位有许多事故性连接。在有轨电车变电站附近的所有管道和电缆都处于杂散电流腐蚀的危险之中。因此，比较适宜的做法是将需要防护的各管道和电缆用导线连接到变电站附近的接线盒，在那里经由可变电阻与共用的杂散电流母线连接。在此，还可以用有足够横截面的电缆，经由二极管、继a-没有保护措施;b一杂散电流直接排到铁轨上;c-整流后的杂散电流排到铁轨上;d-利用不加控制的保护整流器的杂散电流强制排流;e一利用恒电流控制的保护整流器的杂散电流强制排流;f-用恒电位控制的保护整流器的杂散电流强制排流;8-利用恒电位控制的保护整流器和外加的恒电流的杂散电流强制排流电器或电网供电整流器，直接与铁轨以及变电站中的负母线连接。预期在大型变电站里需要高达几百安培的保护电流，而对于杂散电流强制排流整流器，通常只需要几伏的输出电压。

  有轨电车网是利用许多变电站供电的。杂散电流排流和强制排流应尽量靠近变电站安装。在配电电网中有大容量变电站时，将杂散电流直接排到负母线就足够了。所有与此装置有关的方面应同时进行这样的测量。参考文献[12]中说明了费用的分析。所有受益方应参与建设共用杂散电流防护措施并分担相应费用，应尽可能同时进行各项测量[12]。