城市軌道交通雜散電流電化學(xué)腐蝕研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u23937城市軌道交通雜散電流電化學(xué)腐蝕研究的國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述 1206551.1研究背景 1119371.2研究現(xiàn)狀 2254791.3腐蝕分析方法 314605參考文獻(xiàn) 61.1研究背景自人類進(jìn)入工業(yè)社會(huì)以來，軌道交通便迅速發(fā)展起來，成為現(xiàn)代社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)的大動(dòng)脈。通過經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的歷史經(jīng)驗(yàn)，只用建立完善的現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)，才能解放社會(huì)生產(chǎn)力、提高社會(huì)生產(chǎn)效率、推動(dòng)社會(huì)向前發(fā)展。但在軌道交通迅速發(fā)展的同時(shí)，也涌現(xiàn)出許多安全問題，雜散電流造成的腐蝕便是其中之一。現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)采用電力牽引，由接觸網(wǎng)向列車送電，之后通過鋼軌回流至牽引變電所。但鋼軌做不到對(duì)地完全絕緣，在牽引電流回流工程中，有一部分電流會(huì)流入大地，再由大地重新返回鋼軌和牽引變電所。如果鐵路沿線地下附近有埋地管道、電纜或其他金屬結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)，雜散電流就會(huì)從這些金屬上流過。在列車附近雜散電流的流向?yàn)椋簭匿撥壛飨蚪饘袤w，結(jié)果是：使金屬體對(duì)地電位形成陰極區(qū)[1]，在牽引變電所附近雜散電流的流向?yàn)椋簭慕饘袤w流向鋼軌，結(jié)果是：使金屬體對(duì)地電位形成陽極區(qū)。在陽極區(qū)，雜散電流流出金屬的部位，將發(fā)生電解現(xiàn)象，會(huì)造成金屬的腐蝕。如果長期遭受腐蝕且得不到及時(shí)的維護(hù)，這些金屬（管道、電纜）就會(huì)遭到嚴(yán)重的損壞，大大減少其使用壽命，增加運(yùn)行的成本。如果雜散電流流入地下的接地裝置，將引起較高的接地電壓，會(huì)導(dǎo)致某些設(shè)備無法正常工作及損壞，甚至?xí)＜肮ぷ魅藛T的人身安全[2]。因此，探究雜散電流的形成原因、其造成危害以及對(duì)其監(jiān)測(cè)保護(hù)是十分必要的。有效防范雜散電流，可以減輕其對(duì)線下管道的腐蝕，保護(hù)接地設(shè)備的安全工作，還能減少維護(hù)成本，對(duì)鐵路系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重大的意義。1.2研究現(xiàn)狀自軌道交通普遍采用電力牽引的機(jī)制后，關(guān)于雜散電流腐蝕的研究便一直是國際研究的熱點(diǎn)，尤其是在一些軌道交通發(fā)展較早、線路較多的國家和地區(qū)，該研究一直受到較高的重視，美國、蘇聯(lián)、日本等國一直在該課題上投入巨大的人力物力，取得了豐碩的成果，成功推動(dòng)了軌道交通的發(fā)展，極大的方便了人們的生活。日常生活中鐵路系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散電流會(huì)引起地下管道結(jié)構(gòu)的腐蝕，并造成嚴(yán)重破壞。其基本上有四種類型的腐蝕，即一般腐蝕（本質(zhì)上是化學(xué)腐蝕）、濃電池腐蝕（由于電解質(zhì)濃度的不同而引起）、電腐蝕（由不同的金屬引起）和雜散電流腐蝕（由外部電源引起）。在所有腐蝕類型中，僅雜散電流腐蝕被認(rèn)為是最嚴(yán)重的一種。雜散電流腐蝕是由流經(jīng)管道的雜散電流引起的，該雜散電流通常發(fā)生在管道的外表面。雜散電流腐蝕的后果已表現(xiàn)為在雜散電流離開管道表面的地方在金屬表面上形成了嚴(yán)重的局部點(diǎn)蝕和針孔。對(duì)于電氣化鐵路對(duì)管道的腐蝕研究，美國從1888年，電氣化鐵路開通運(yùn)行起就開始了研究，時(shí)至今日，對(duì)直流雜散電流已經(jīng)有百年的研究歷史了。國外對(duì)交流雜散電流的研究有近90年的歷史，這方面國內(nèi)的起步較晚，但也積累了近20多年的研究。截至目前，該課題依舊收到各個(gè)國家的廣泛重視，新的研究成果以及防護(hù)方法不斷的涌現(xiàn)，使該課題的研究更加趨于完善。軌道交通雜散電流對(duì)附近金屬結(jié)構(gòu)物（鋼軌、埋地管道、埋地電纜等）的腐蝕，本質(zhì)上屬于電化學(xué)腐蝕。其作用原理是：直流、交流電力牽引供電系統(tǒng)電流泄漏對(duì)附近金屬物體導(dǎo)致強(qiáng)極化作用，導(dǎo)致雜散電流的腐蝕。該腐蝕強(qiáng)度大，變化劇烈，集中型強(qiáng)，而且軌道交通雜散電流腐蝕速率比自然腐蝕速率高幾十倍。李長春[3]等通過搭建室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，研究直流雜散電流對(duì)埋地金屬管道的腐蝕機(jī)理與影響因素，得出了直流雜散電流的腐蝕機(jī)理：金屬物體在外界直流電流的作用下被極化，極化后的陽極區(qū)附近金屬失去電子變?yōu)殍F離子，陰極區(qū)則發(fā)生水解反應(yīng)。該研究還發(fā)現(xiàn)，隨著電壓強(qiáng)度的增大，直流電流腐蝕速率同步增大。趙麗萍等認(rèn)為雜散電流強(qiáng)度是時(shí)刻變化的，與電氣化機(jī)車的運(yùn)行速度有關(guān)，其分布也是一個(gè)動(dòng)態(tài)模型[4]。到目前為止，對(duì)AC腐蝕的確切機(jī)理還沒有完全了解，需要做更多的研究。從金屬腐蝕圖像中提取和分析特征是腐蝕機(jī)理和腐蝕診斷的典型研究。在腐蝕科學(xué)中使用先進(jìn)的材料表征技術(shù)，對(duì)于理解腐蝕現(xiàn)象，特別是對(duì)腐蝕機(jī)理的深入研究具有重要意義。它不僅可以從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中為某些現(xiàn)有的腐蝕機(jī)理提供證據(jù)，而且可以從材料破壞的微觀機(jī)理中發(fā)現(xiàn)一些新現(xiàn)象，以進(jìn)一步改善和糾正某些假設(shè)的現(xiàn)有機(jī)理。此外，Bertolini研究認(rèn)為：雖然交流雜散電流的腐蝕速率遠(yuǎn)小于直流雜散電流的腐蝕速率（后者是前者的幾十倍），但交流腐蝕會(huì)引起鐵路主干道混凝土中的鋼筋發(fā)生宏觀的電池腐蝕，這可能對(duì)列車運(yùn)行帶來巨大的隱患，隨后十幾年間，果然發(fā)生了許多的交通事故。歐陽幼齡[5]研究土壤環(huán)境中Cl-的含量對(duì)雜散電流腐蝕金屬過程中的影響，結(jié)果顯示：土壤中的Cl-濃度越高，雜散電流對(duì)金屬腐蝕速率就越快。在過去的幾十年中，已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究了存在雜散電流干擾的情況下地下管道的腐蝕。到目前為止，對(duì)交流腐蝕的確切機(jī)理還沒有完全了解，需要做更多的研究。從金屬腐蝕圖像中提取和分析特征是腐蝕機(jī)理和腐蝕診斷的典型研究。在腐蝕科學(xué)中使用先進(jìn)的材料表征技術(shù)，對(duì)于理解腐蝕現(xiàn)象，特別是對(duì)腐蝕機(jī)理的深入研究具有重要意義。它不僅可以從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中為某些現(xiàn)有的腐蝕機(jī)理提供證據(jù)，而且可以從材料破壞的微觀機(jī)理中發(fā)現(xiàn)一些新現(xiàn)象，以進(jìn)一步改善和糾正某些假設(shè)的現(xiàn)有機(jī)理這些研究極大促進(jìn)了人們對(duì)雜散電流腐蝕原理的了解，也讓人們明白了雜散電流帶來的巨大危害，為地鐵雜散電流的預(yù)防措施奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。1.3腐蝕分析方法主要采用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬。室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn) 研究認(rèn)為雜散電流腐蝕的原理是電化學(xué)作用。當(dāng)雜散電流流過電解質(zhì)，從金屬表面流出時(shí)，就會(huì)對(duì)金屬表面造成腐蝕。這使得正常情況下，裸露或埋于地下的金屬物體短期內(nèi)發(fā)生較大的腐蝕。而且實(shí)驗(yàn)證明：雜散電流還會(huì)腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋。腐蝕電流的大小也不是一成不變的，隨著雜散電流的大小變化而變化。雜散電流持續(xù)存在一定的時(shí)間后，雜散電流引起的腐蝕會(huì)逐漸加強(qiáng)。腐蝕的時(shí)間取決于陽極的電流密度、Cl-的含量和電流回路的通斷[6]。 李源[7]等人在室內(nèi)配置了土壤模擬液、搭建了鋼制埋地管道受不同雜散電流強(qiáng)度、不同模擬液電導(dǎo)率與不同模擬液PH值的雜散電流干擾腐蝕的腐蝕速率測(cè)試裝置，采用腐蝕試片失重法進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明，對(duì)腐蝕速率影響較大的因素是雜散電流強(qiáng)度，而模擬液電導(dǎo)率與模擬液PH值這兩個(gè)因素對(duì)試片的腐蝕速率影響較小。但該實(shí)驗(yàn)并未得出試片腐蝕速率與上述三個(gè)變量有強(qiáng)烈相關(guān)性的結(jié)論，說明試片腐蝕規(guī)律很復(fù)雜。張玉星[8]等人在室內(nèi)搭建了不同外界干擾電壓強(qiáng)度、實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間、通電周期及干擾頻率環(huán)境中地鐵產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)雜散電流對(duì)埋地金屬物體的腐蝕影響的的實(shí)驗(yàn)裝置，并做了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果表明：當(dāng)有地鐵動(dòng)態(tài)雜散電流干擾時(shí)，金屬腐蝕速率與外界電壓干擾強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系；動(dòng)態(tài)雜散電流存在的時(shí)間越長對(duì)金屬腐蝕速率造成的影響越大，而動(dòng)態(tài)雜散電流造成的腐蝕速率比穩(wěn)定雜散電流造成的腐蝕速率??；而電流密度對(duì)腐蝕速率的影響比干擾時(shí)長對(duì)腐蝕速率的影響大。河北大學(xué)的楊丙坤[9]等搭建了雜散電流腐蝕Q235扁鋼接地材料的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，得到了該金屬體電位變化規(guī)律、雜散電流的變化規(guī)律及受到雜散電流的腐蝕失重的數(shù)據(jù)結(jié)果。其結(jié)果表明：雜散電流對(duì)Q235扁鋼材料具有巨大的腐蝕效果，且相同強(qiáng)度的直流雜散電流腐蝕速率比相同強(qiáng)度的交流雜散電流腐蝕速率大十幾倍。接著他們用X衍射（XRD）和掃描電鏡（SEM）繪出Q235扁鋼材料受雜散電流腐蝕后的腐蝕產(chǎn)物及腐蝕形貌。通過觀察得出以下結(jié)論：a.腐蝕部位較集中.b.腐蝕產(chǎn)物層疏松多孔，腐蝕物表面有裂紋，有分層現(xiàn)象.c.部分腐蝕物還會(huì)脫落，腐蝕與電解腐蝕相同,即在雜散電流流過Q235扁鋼材料時(shí)呈陽極，在其表面發(fā)生的腐蝕。d.Q235扁鋼受雜散電流腐蝕的產(chǎn)物主要是：Fe3O4與Fe?O?。該腐蝕物對(duì)金屬體不具有任何保護(hù)作用。曹阿林[10]等搭建了室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采用人工智能算法BP網(wǎng)絡(luò)，輸入土壤電阻率、金屬管道的埋設(shè)深度及金屬管道的極化電位偏移值三個(gè)參數(shù),輸出埋地金屬管道所受的雜散電流的密度，該輸出結(jié)果較為準(zhǔn)確，為埋地金屬管道如何防護(hù)雜散電流帶來的腐蝕提供了理論依據(jù)。數(shù)值模擬法KinhD.Pham[11]建立了直流供電系統(tǒng)產(chǎn)生的雜散電流的基本模型，通過此模型分析了大量軌道與大地之間電阻分布的理想情況以及電流衰減情況下，雜散電流的分布情況，分別進(jìn)行了仿真研究，得出了大量的數(shù)據(jù)。Y.C.Liu和J.C.Chen[12]運(yùn)用美國大學(xué)研發(fā)的模擬軟件TOMT（TrainOperationsModelTOM）研究了臺(tái)灣高雄輕軌交通系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不同時(shí)段、不同行駛位置產(chǎn)生的雜散電流的變化規(guī)律。國內(nèi)學(xué)者在這方面也做了大量的研究。張英梅[13]搭建了實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停妊芯苛塑壍?大地回路的分布參數(shù)對(duì)軌道與大地之間的感應(yīng)電壓產(chǎn)生雜散電流的影響，再分析了軌道-大地回路集中參數(shù)對(duì)軌道與大地之間的感應(yīng)電壓產(chǎn)生雜散電流的影響。黃華[14]通過在室內(nèi)建立模型，計(jì)算出在金屬管道保護(hù)層破損處的雜散電流的分布規(guī)律、雜散電流的強(qiáng)度以及雜散電流對(duì)管道的腐蝕影響。他的研究結(jié)果顯示：在該實(shí)驗(yàn)所列三項(xiàng)影響雜散電流腐蝕強(qiáng)度的因素中，影響大小排序?yàn)椋汗艿仉娢徊?gt;土壤中O2的濃度>土壤電阻率。而且該模型使用COMSOLMultiphysics建立，認(rèn)為埋地金屬管道受雜散電流的腐蝕的原理是電化學(xué)腐蝕。張攀峰[15]研究軌道交通雜散電流對(duì)埋地金屬的具體原因時(shí)，首先運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行了建模，接著用軟件中的電磁仿真功能對(duì)模型進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果顯示：軌道雜散電流感應(yīng)在埋地金屬管道上的感應(yīng)電場(chǎng)與軌道和埋地金屬管道的位置有關(guān)，當(dāng)兩者之間的角度呈現(xiàn)180度時(shí)，管道兩端的電場(chǎng)強(qiáng)度是最大的，當(dāng)兩者之間的角度在0-90度之間時(shí)，管道周圍的電場(chǎng)逐漸由對(duì)稱狀變?yōu)榉菍?duì)稱狀，當(dāng)兩者之間的角度為90-180度之間時(shí)，管道周圍的電場(chǎng)逐漸由非對(duì)稱狀變?yōu)閷?duì)稱狀，并且土壤電導(dǎo)率也對(duì)電場(chǎng)的分布有較大的影響，雜散電流強(qiáng)度大的，電場(chǎng)強(qiáng)度強(qiáng)，雜散電流強(qiáng)度小的，電場(chǎng)強(qiáng)度就弱。這些規(guī)律有助于人們提出相應(yīng)的措施，防范雜散電流。從以上國內(nèi)外學(xué)者的研究結(jié)果看，無論采用室內(nèi)模擬還是數(shù)值模擬的方法，都能為雜散電流的腐蝕提供一種可行、有效、快速的研究手段，這也是今后研究的重點(diǎn)。參考文獻(xiàn)[1]李威.地鐵雜散電流腐蝕監(jiān)測(cè)及防護(hù)技術(shù)[M].中國礦業(yè)大學(xué)，2004(10).[2]莫依達(dá).雜散電流對(duì)凱源燃?xì)夤韭竦毓艿赖母g與控制研究[D].重慶科技學(xué)院，2017，18(6).[3]李長春，李志宏，王晨，等.埋地鋼質(zhì)管道直流雜散電流腐蝕機(jī)理及影響因素研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2017(01):50-51.[4]MuralidharanS,KimD,HaT,etal.Influenceofalternating,directandsuperimposedalternatinganddirectcurrentonthecorrosionofmildsteelinmarineenvironments[J].Desalination,2007,216(1-3):103-115.[5]陳迅捷，歐陽幼玲，錢文勛等.不同環(huán)境中雜散電流對(duì)鋼筋混凝土腐蝕影響[J].水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào),2014(02):33-37.[6]BertolinL.Corrosionbehaviorofsteelinconcreteinthepresenceofstraycurrent[J].CorrosionScience,2006,49:1056-1068.[7]李源，張禮敬，陶剛，等.埋地鋼制管道交流干擾腐蝕影響因素實(shí)驗(yàn)分析[J].腐蝕研究，2011（25）：38-24.[8]張玉星，杜艷霞，路民旭.動(dòng)態(tài)直流雜散電流干擾下埋地管道的腐蝕行為[J].腐蝕與防護(hù)，2013（9）：771-774.[9]楊丙坤，劉敏，等.Q235扁鋼接地材料雜散電流腐蝕行為研究[J].河北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，（5）：45-500.[10]曹阿林.埋地金屬管線的雜散電流腐蝕防護(hù)研究[D].重慶大學(xué)，2010.[11]KinhD.Pham.Analysisofstraycurrenttrack-to-earthpotentials&substaionnegativegroundinDCtractionelectrificationsystem[C].ASMEJointRailConference,2006.[12]Y.C.Liu,J.F.Chen.ControlschemeforreducingrailpotentialandstraycurrentinMRTsystems[J].IEEProceedings-ElectricPowerApplications,2005,152:612-619.[13]張英梅.煤礦井下雜散電流分布規(guī)律研究[J].煤炭學(xué)報(bào).2005,30（1）：129-132.[14]黃華.基于COMSOLMultiphysics的雜散電流腐蝕規(guī)律研究[D].中國石油大學(xué)，2009.[15]張攀峰.受直流雜散電流影響埋地管線的ANSYS模擬[J].腐蝕與防護(hù)，2011（2）：146:149.[16]鄧博．雜散電流對(duì)直流輸電系統(tǒng)接地極材料的腐蝕影響研究[D]．西安理工大學(xué)，2013．[17]熊娟,張文艷,杜艷霞,等.高壓直流干擾下管線鋼在西南土壤中的腐蝕規(guī)律研究[J].油氣田地面工程,2019,38(12):97-102.[18]秦潤之,杜艷霞,路民旭,等.高壓直流干擾下X80鋼在廣東土壤中的干擾參數(shù)變化規(guī)律及腐蝕行為研究[J].金屬學(xué)報(bào),2018,54(6):886-894.[19]王新華,劉菊銀,何仁洋,等.軌道交通動(dòng)態(tài)雜散電流對(duì)埋地管道的干擾腐蝕試驗(yàn)[J].腐蝕與防護(hù),2010,31(3):193-197.[20]QINH,DUY,LUM,etal.EffectofdynamicDCstraycurrentoncorrosionbehaviorofX70steel[J].Materialsandcorrosion,2020,71:35-53.[21]XUSY,LIW,XINGFF,etal.NovelpredictivemodelformetallicstructurecorrosionstatusinpresenceofstraycurrentinDCmasstransitsystems[J].JournalofCentralSouthUniversity,2014,21(3):956-962.[22]李源．埋地鋼質(zhì)管道的交流干擾腐蝕防護(hù)研究[D]．南京工業(yè)大學(xué)，2013．[23]Mccollu