b1杂散电流腐蚀防护.pptx
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1、城轨供电系统城轨供电系统杂散电流腐蚀防护杂散电流腐蚀防护杂散电流腐蚀防护对专业的要求杂散电流腐蚀防护对专业的要求三三杂散电流腐蚀防护措施和监测手段杂散电流腐蚀防护措施和监测手段二二一一杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流收集网截面计算杂散电流收集网截面计算四四第第第第4 4章章章章 杂散电流腐蚀防护杂散电流腐蚀防护杂散电流腐蚀防护杂散电流腐蚀防护一一.杂散电流(迷流)腐蚀概念杂散电流(迷流)腐蚀概念n以走行轨为回流通路的直流牵引供电系统,由于走行轨以走行轨为回流通路的直流牵引供电系统,由于走行轨不可能完全绝缘于道床结构,钢轨不可避免地向道床及不可能完全绝缘于道床结构
2、,钢轨不可避免地向道床及其它结构泄漏电流,这种电流就是杂散电流,也称为地其它结构泄漏电流,这种电流就是杂散电流,也称为地中迷流。中迷流。n杂散电流对土建结构钢筋、设备金属外壳及其它地下金杂散电流对土建结构钢筋、设备金属外壳及其它地下金属管线产生的电化学腐蚀,即杂散电流腐蚀,也叫做迷属管线产生的电化学腐蚀,即杂散电流腐蚀,也叫做迷流腐蚀。流腐蚀。4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害二二.杂散电流的产生杂散电流的产生杂散电流可用以下形式说明。杂散电流可用以下形式说明。电位差电位差-在回流轨中电流由在回流轨中
3、电流由高电位流向低电位,回流轨与高电位流向低电位,回流轨与地之间形成了电位差地之间形成了电位差泄漏电流,即杂散电流泄漏电流,即杂散电流随着线路运营时间的延长,随着线路运营时间的延长,运营环境逐步恶化,泄漏电运营环境逐步恶化,泄漏电阻值还将逐步减小阻值还将逐步减小杂散电流增大杂散电流增大回流轨对地的电位与牵引变回流轨对地的电位与牵引变电所供电距离、牵引电流大电所供电距离、牵引电流大小及回流轨纵向电阻大小直小及回流轨纵向电阻大小直接相关。接相关。过渡电阻过渡电阻-回流轨与轨枕、回流轨与轨枕、地之间存在一定的过渡电阻地之间存在一定的过渡电阻4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐
4、蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害三三.杂散电流的腐蚀机理杂散电流的腐蚀机理1.电化学腐蚀电化学腐蚀n杂散电流腐蚀属于电化学腐蚀。杂散电流腐蚀属于电化学腐蚀。n电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中,金属电化学腐蚀反应是一种氧化还原反应。在反应中,金属失去电子而被氧化,其反应过程称为阳极反应过程。介失去电子而被氧化,其反应过程称为阳极反应过程。介质中的物质从金属表面获得电子而被还原,其反应过程质中的物质从金属表面获得电子而被还原,其反应过程称为阴极反应过程。称为阴极反应过程。n把进行电子传导的金属导体与进行离子传导的电解质相把进行电子传导的金属导体与进行离
5、子传导的电解质相接触的界面称为电极系,电子导体和离子导体的接合称接触的界面称为电极系,电子导体和离子导体的接合称为为e-ie-i接合。接合。4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害三三.杂散电流的腐蚀机理杂散电流的腐蚀机理2.城轨杂散电流腐蚀机理城轨杂散电流腐蚀机理n走行轨和金属管线均为电子导体,地面为离子导体,电走行轨和金属管线均为电子导体,地面为离子导体,电子在子在A A和和D D点流出,金属导体与地面组成点流出,金属导体与地面组成e-ie-i界面为阳极。界面为阳极。电流在电流在C C点和点和F F点流
6、入,则地面与金属导体组成的点流入,则地面与金属导体组成的i-ei-e界界面为阴极。面为阴极。nA A、B B、C C和和DD、E E、F F分别构成了两个串联的电解电池。分别构成了两个串联的电解电池。电池电池:A A 钢轨(阳极区)钢轨(阳极区)B B道床、土壤道床、土壤C C金属管线(阴极区)金属管线(阴极区)电池电池:D D金属管线(阳极区)金属管线(阳极区)E E土壤、道床土壤、道床F F钢轨(阴极区)钢轨(阴极区)4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害三三.杂散电流的腐蚀机理杂散电流的腐蚀机理2.
7、城轨杂散电流腐蚀机理城轨杂散电流腐蚀机理n当杂散电流由两个阳极区当杂散电流由两个阳极区走行轨(走行轨(A A)和金属管线)和金属管线(D D)流出时,都会发生失掉电子的氧化反应,该部位)流出时,都会发生失掉电子的氧化反应,该部位的金属(的金属(FeFe)就会遭到腐蚀。)就会遭到腐蚀。4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害三三.杂散电流的腐蚀机理杂散电流的腐蚀机理2.城轨杂散电流腐蚀机理城轨杂散电流腐蚀机理n当金属铁(当金属铁(FeFe)周围的介质是酸性电解质,发生的氧化)周围的介质是酸性电解质,发生的氧化
8、还原反应是析氢腐蚀;还原反应是析氢腐蚀;阳极:阳极:阴极:阴极:4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害三三.杂散电流的腐蚀机理杂散电流的腐蚀机理2.城轨杂散电流腐蚀机理城轨杂散电流腐蚀机理n当金属铁(当金属铁(FeFe)周围的介质是碱性电解质时,发生的氧)周围的介质是碱性电解质时,发生的氧化还原反应为吸氧腐蚀。化还原反应为吸氧腐蚀。阳极:阳极:阴极:阴极:腐蚀反应腐蚀反应Fe(OH)Fe(OH)2 2Fe(OH)Fe(OH)3 3FeFe2 2O O3 32xH2xH2 2O OFeFe3 3O O4 4
9、(红锈)(红锈)(黑锈)(黑锈)4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害三三.杂散电流腐蚀特点及危害杂散电流腐蚀特点及危害1.腐蚀特点腐蚀特点腐蚀激烈。腐蚀激烈。n金属的腐蚀量满足法拉第定律:金属的腐蚀量满足法拉第定律:n如,铁的如,铁的K K=2.8910=2.8910-1-1kg/Ckg/C,1A1A的直流电流通过的直流电流通过1 1年,由于电解引起的金属损失为:年,由于电解引起的金属损失为:n北京地铁实测值可达北京地铁实测值可达22022032A32AP 电腐蚀损失重量电腐蚀损失重量(kg)(kg)K
10、 电化当量电化当量(kg/C)(kg/C)I I 流出金属的电流流出金属的电流(A)(A)t t 电流通过的时间电流通过的时间(s)(s)4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害三三.杂散电流的腐蚀机理杂散电流的腐蚀机理1.腐蚀特点腐蚀特点腐蚀集中于局部位置。腐蚀集中于局部位置。有防腐层时,往往集中于防腐层的缺陷部位。有防腐层时,往往集中于防腐层的缺陷部位。4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害三三.杂散电流的腐蚀机理
11、杂散电流的腐蚀机理2.杂散电流的危害杂散电流的危害走行轨及其附件的腐蚀。走行轨及其附件的腐蚀。钢筋混凝土金属结构物的腐蚀。钢筋混凝土金属结构物的腐蚀。周围埋地管线的腐蚀。周围埋地管线的腐蚀。杂散电流流入电气接地装置,引起某些设备无法正常工杂散电流流入电气接地装置,引起某些设备无法正常工作。作。4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害四四.杂散电流的分布规律杂散电流的分布规律1.基本假设基本假设轨道对地的过渡电阻是均布的;轨道对地的过渡电阻是均布的;走行轨的电阻是均布的;走行轨的电阻是均布的;地下的金属构件纵
12、向电阻是均布的;地下的金属构件纵向电阻是均布的;金属构件向大地的漏电忽略不计;金属构件向大地的漏电忽略不计;其它杂散电流源的干扰忽略不计;其它杂散电流源的干扰忽略不计;双边供电时,两侧电源特性相同。双边供电时,两侧电源特性相同。4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害四四.杂散电流的分布规律杂散电流的分布规律2.单边供电杂散电流分布单边供电杂散电流分布4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害r 牵引网阻抗牵引网阻抗()R
13、 走行轨单位阻抗走行轨单位阻抗(/km)/km)Rg g 走行轨对地电阻率走行轨对地电阻率(km)km)I 牵引电流牵引电流(A)(A)四四.杂散电流的分布规律杂散电流的分布规律3.双边供电杂散电流分布双边供电杂散电流分布4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害四四.杂散电流的分布规律杂散电流的分布规律3.双边供电杂散电流分布双边供电杂散电流分布4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害四四.杂散电流的分布规律杂散电流的分
14、布规律3.双边供电杂散电流分布双边供电杂散电流分布4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害四四.杂散电流的分布规律杂散电流的分布规律3.双边供电杂散电流分布双边供电杂散电流分布牵引变电所负极附近的轨道电位为负的最大值,此处杂牵引变电所负极附近的轨道电位为负的最大值,此处杂散电流从埋地金属结构流出,埋地金属结构为阳极,受散电流从埋地金属结构流出,埋地金属结构为阳极,受杂散电流腐蚀最严重。列车下部的走行轨为正的最大值,杂散电流腐蚀最严重。列车下部的走行轨为正的最大值,杂散电流从走行轨流出,走行轨为阳极,埋地金属
15、为阴杂散电流从走行轨流出,走行轨为阳极,埋地金属为阴极,此处走行轨受杂散电流腐蚀最严重。极,此处走行轨受杂散电流腐蚀最严重。牵引电流的大小对走行轨电位有影响,牵引电流越大,牵引电流的大小对走行轨电位有影响,牵引电流越大,走行轨对地电位越高,杂散电流也越大。走行轨对地电位越高,杂散电流也越大。牵引变电所之间的距离增加,在牵引电流不变的情况下,牵引变电所之间的距离增加,在牵引电流不变的情况下,走轨对地电位和杂散电流也随之增加。走轨对地电位和杂散电流也随之增加。4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害四四.杂散电
16、流的分布规律杂散电流的分布规律3.双边供电杂散电流分布双边供电杂散电流分布轨地过渡电阻对杂散电流的分布影响很大,过渡电阻越轨地过渡电阻对杂散电流的分布影响很大,过渡电阻越小,杂散电流强度越大,过渡电阻越大,杂散电流强度小,杂散电流强度越大,过渡电阻越大,杂散电流强度越小。越小。走行轨纵向电阻对走行轨电位影响较大,走行轨纵向电走行轨纵向电阻对走行轨电位影响较大,走行轨纵向电阻增加,走行轨纵向电位成比例增加,走行轨对地电位阻增加,走行轨纵向电位成比例增加,走行轨对地电位增加,杂散电流也增加。增加,杂散电流也增加。埋地金属结构的纵向电阻对走行轨电位和杂散电流的影埋地金属结构的纵向电阻对走行轨电位和杂
17、散电流的影响较小。响较小。4-1 4-1 杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害杂散电流产生、腐蚀机理及危害一一.杂散电流的防护措施杂散电流的防护措施1.1.“防防”源控法源控法杂散电流经验估算公式杂散电流经验估算公式A.A.单边供电:单边供电:B.B.单边供电(变电所附近走行轨接地):单边供电(变电所附近走行轨接地):4-2 4-2 杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段I I 列车牵引电流列车牵引电流(A)(A)R R 走行轨纵向电阻走行轨纵向电阻(/km)/km)R Rg g走
18、行对地过渡电阻走行对地过渡电阻(km)km)L L 牵引所与开车之间距离牵引所与开车之间距离(km)(km)一一.杂散电流的防护措施杂散电流的防护措施1.1.“防防”源控法源控法杂散电流经验估算公式杂散电流经验估算公式C.C.双边供电:双边供电:4-2 4-2 杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段I I 列车牵引电流列车牵引电流(A)(A)R R 走行轨纵向电阻走行轨纵向电阻(/km)/km)R Rg g走行对地过渡电阻走行对地过渡电阻(km)km)L L 牵引所与开车之间距离牵引所与开车之间距离(km)(km)一一.杂散电流
19、的防护措施杂散电流的防护措施1.1.“防防”源控法源控法杂散电流防护方法杂散电流防护方法A.A.合理设置牵引变电所合理设置牵引变电所n杂散电流与列车到牵引变电所距离的平方成正比,牵引杂散电流与列车到牵引变电所距离的平方成正比,牵引变电所之间的距离越长,杂散电流越大。在满足供电负变电所之间的距离越长,杂散电流越大。在满足供电负荷、供电质量等前提下,可以适当调整牵引变电所的数荷、供电质量等前提下,可以适当调整牵引变电所的数量和位置,尽量使牵引变电所均匀布置。量和位置,尽量使牵引变电所均匀布置。4-2 4-2 杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护
20、措施和监测手段一一.杂散电流的防护措施杂散电流的防护措施1.1.“防防”源控法源控法杂散电流防护方法杂散电流防护方法B.B.牵引网采用双边供电牵引网采用双边供电n在牵引网制式、牵引变电所间距以及走轨电阻值等条件在牵引网制式、牵引变电所间距以及走轨电阻值等条件相同的情况下,采用双边供电比采用单边供电,其牵引相同的情况下,采用双边供电比采用单边供电,其牵引电流值减小近一倍,杂散电流值仅为单边供电的电流值减小近一倍,杂散电流值仅为单边供电的1/41/4。4-2 4-2 杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段一一.杂散电流的防护措施杂散
21、电流的防护措施1.1.“防防”源控法源控法杂散电流防护方法杂散电流防护方法C.C.加强走行轨对地绝缘加强走行轨对地绝缘n走行轨对地绝缘水平越好,则杂散电流的值越小。城市走行轨对地绝缘水平越好,则杂散电流的值越小。城市轨道交通运营中,轨地过渡电阻值的降低是产生杂散电轨道交通运营中,轨地过渡电阻值的降低是产生杂散电流的最主要原因。流的最主要原因。地铁杂散电流腐蚀防护技术规程地铁杂散电流腐蚀防护技术规程中规定:新建线路的走行轨与区间主体结构之间的过渡中规定:新建线路的走行轨与区间主体结构之间的过渡电阻值不应小于电阻值不应小于1515kmkm,对于运行线路不应小于,对于运行线路不应小于3 3 kmkm
22、。4-2 4-2 杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段一一.杂散电流的防护措施杂散电流的防护措施1.1.“防防”源控法源控法杂散电流防护方法杂散电流防护方法C.C.加强走行轨对地绝缘加强走行轨对地绝缘走行轨下设置绝缘垫。单块绝缘垫电阻不小于走行轨下设置绝缘垫。单块绝缘垫电阻不小于10108 8。走行轨对地保持一定间隙。道床面至走行轨底面的间隙走行轨对地保持一定间隙。道床面至走行轨底面的间隙不小于不小于30mm30mm。道床排水沟设置。(道床排水沟设置。()n宜将道床排水沟设在道床两侧,并保证排水通畅。宜将道床排水沟设在道床两侧
23、,并保证排水通畅。4-2 4-2 杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段一一.杂散电流的防护措施杂散电流的防护措施1.1.“防防”源控法源控法杂散电流防护方法杂散电流防护方法C.C.加强走行轨对地绝缘加强走行轨对地绝缘道床混凝土的设置。道床混凝土的设置。n为有效防止杂散电流对主体结构钢筋进行腐蚀,杂散电为有效防止杂散电流对主体结构钢筋进行腐蚀,杂散电流道床收集网钢筋与走行轨之间需要进行绝缘处理,混流道床收集网钢筋与走行轨之间需要进行绝缘处理,混凝土层需要一定的厚度。凝土层需要一定的厚度。保持牵引回流通路顺畅。保持牵引回流通路顺畅
24、。4-2 4-2 杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段杂散电流防护措施和监测手段一一.杂散电流的防护措施杂散电流的防护措施1.1.“防防”源控法源控法杂散电流防护方法杂散电流防护方法C.C.加强走行轨对地绝缘加强走行轨对地绝缘重视日常运营维护。重视日常运营维护。n必须定期清扫线路,清除粉尘、油污、脏物、沙土等,必须定期清扫线路,清除粉尘、油污、脏物、沙土等,保持走行轨绝缘水平良好。保持走行轨绝缘水平良好。n及时消除道床积水,保持道床处于清洁干燥状态。及时消除道床积水,保持道床处于清洁干燥状态。n根据杂散电流监测系统的报警信息,及时处理线路异常根据杂散电
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