轨道交通杂散电流腐蚀的监测及防护研究..docVIP

　摘要：研究目的:分析地铁杂散电流腐蚀在线监测的原理，并对地铁杂散电流监测控制系统的软、硬件进行初步设计。同时对地铁杂散电流腐蚀防护措施提出看法。 研究方法:结合地铁的实际情况及标准规定的杂散电流腐蚀危险性判定指标，选择埋地金属结构的极化电位作为监测的参数，采用具有电压稳定、不易极化、内阻低且具有一机械强度的Cu /CuSO4作为参比电极;测控系统硬件的核心是基于ARM7微处理器，其高速的性能、丰富的接口资源，很容易实现测控功能。 研究结果:该研究总结出了可用于预测金属结构在杂散的腐蚀轻度和腐蚀趋势的自动在线监测系统。 研究结论:尽管地铁杂散电流的腐蚀性大，但只要采取科学合理的措施，设计合理的自动在线监测系统，有效地降低杂散电流腐蚀的损失，确保地铁长期运行使用的安全。 关键词：地铁;杂散电流;监控;防护  目前国内外的城市轨道交通运输直流牵引供电系统中，普遍采用走行轨回流的供电方式。列车直流牵引供电系统采用正极接触网(轨)，走行轨兼作负回流线。由于走行轨不可能对地完全绝缘，且走行轨存在电压降，因此有少量电流不会沿走行轨而是沿大地回到变电所或根本不回到变电所，形成杂散电流。它对地下隧道结构钢筋、高架桥结构钢筋、沿线金属管线、屏蔽网等金属设施产生严重的电流腐蚀作用，危及建筑设施的安全并可能会酿成灾难性的后果，如煤气或石油管道的腐蚀穿孔;结构钢筋的腐蚀，会破坏混凝土的整体性，降低其强度和耐久性，给安全运营带来严重威胁。因此对杂散电流进行监测并采取有效的防护措施是地铁及轻轨设计、建设、运营维护中必须考虑的一个重大课题，已经引起国内外科研和生产单位的重视。但国内对这方面的研究还很欠缺。轨道交通系统中机车是一个运动变化的负荷，地铁杂散电流腐蚀的介质一般为土壤，情况千差万别，影响腐蚀过程的因素太多，并随时间变化。在理论分析的基础上结合大量调查研究和试验，才能提出有针对性的治理杂散电流的技术和方法。在分析清楚杂散电流分布的情况下，对新建的轨道交通系统，要在设计、施工各个阶段，从实际出发，根据不同的线路施工方法、线路方案、地质状况、供电方案，相关的专业都要采取相应的技术措施，尽量减少杂散电流。对已建成的线路或因某些原因绝缘下降而产生杂散电流后，应对杂散电流腐蚀的状况进行实时监测，采取有针对性的措施减少杂散电流对金属结构和管线的腐蚀。 1.1监测原理 杂散电流对埋地金属的腐蚀本质上是电化学过程，在埋地金属结构的腐蚀检测参数中，金属结构对地电位是最重要的参数，因为它既可以反映金属结构的腐蚀特性，又可以反映杂散电流的干扰特性。因为接地零电位会因杂散电流的极化作用产生偏移，所以在测量中不能以接地作为电压的基准，而是采用具有电压稳定、不易极化、内阻低且具有一定机械强度的Cu /CuSO4作为参比电极。主要包括两项参数的测量:(1)参比电极的本体电位。通过检测参电极的本体电位，可判断参比电极工作是否正常。(2)结构极化电位，即结构钢筋极化电压的偏移值。根据这个值判断杂散电流对结构钢筋的腐蚀情况，如果极化电压正向偏移值一旦超过规定值，则启动智能排流柜进行排流。 1.2监测系统的结构 杂散电流监测系统组成如图2所示。 由图2可知，检测系统主要是由上位机系统和自动监测装置两部分组成。自动监测装置是以ARM7处理器为核心的数据采集处理系统，完成模拟量、开关量的采集和存储。如参比电极的本体电位、结构钢的极化电位等，并对它们在液晶屏幕上进行实时显示;当检测到结构钢极化电位超标、钢轨电压超标或接近CJJ49-92规定时，进行超标报警;同时根据结构钢筋极化电压的情况，输出控制量向智能排流柜发布控制命令，启动排流柜进行排流。上位机主要功能是通过USB接口与自动监测装置相连，通过系统软件可实时显示各种信息，可方便查询历史数据和故障记录，同时达到远程修改自动监测装置的系统时间等功能。 1.3测控装里的硬件结构系统的硬件结构如图3所示。 测控装置的处理器采用Samsung S3C44BOX16/32位RISC处理器，有8 MB的内存和16 MB的硬盘，接口包括一个USB接口、一个JTAG调试口、与转换器的连接采用CAN总线接口。人机接口设备包括一个4x4的键盘和一块280x128的LC D显示屏。其中的USB接口主要用于在和主机进行数据交换时获得一个较高的传输速度;LCD主要用于显示系统工作正常，作为监视之用。 1.4软件的设计 系统软件设计采用的是C和汇编混合编程实现，它采用模块化结构，由初始化模块、主控模块、键盘输人模块、液晶显示模块、SPI通讯模块、数据采集转换模块、看门狗模块、实时时钟模块组成。 2防止杂散电流腐蚀的措施及监测存在的问题 杂散电流的防护