蒋卡克

上海天然气管网有限公司 

 

摘要：针对城市地铁杂散电流引发埋地钢质天然气管道电化学腐蚀的突出问题，本文以上海高压天然气管网为例，分析管道侧与地铁侧同步监测数据，识别出地铁检修基地回流设计缺陷、地铁站OVPD动作及正线钢轨对地绝缘性能下降三大主控因素，选取典型检修基地开展基地—正线单向导通与完全绝缘运行工况下的对比试验。研究表明，智能导通技术是降低邻近管道杂散电流干扰的关键技术路径，政企协同是跨行业干扰治理的重要保障，该模式可为全国同类问题的解决提供实践参考。

关键词：地铁杂散电流；天然气管道；电化学腐蚀；智能导通装置；政企协同

 

地铁直流牵引供电系统在运行中不可避免地产生杂散电流，当电流流入或流出邻近埋地钢质天然气管道时，会在管地界面引发电化学反应，造成管壁金属持续流失，严重威胁城市燃气管道输配安全。随着各大城市地铁网络高速扩张，杂散电流干扰已成为城燃管道完整性管理领域的共性难题。

上海地铁线网密集，与高压天然气管网存在大量邻近、交叉敷设区段。2011年，上海天然气管网公司首次发现次高压管道出现腐蚀深度达53.7%的电化学腐蚀，且电位波动与地铁运行高度相关，由此开启了长达10余年的专项治理。治理思路从管道侧局部防护演进至政企协同源头根治，积累了丰富的一手数据与工程经验。本文系统梳理治理历程，重点阐述三大主控因素识别与整改验证结果，为同类问题提供实践参考。

1  干扰治理历程

第一阶段（2011～2013年），管道企业单方应对。公司通过检测确认管道电参数与地铁运行强相关，但因地铁方认知不足，未能建立技术对接。措施局限于增设排流地床、调整恒电位仪参数等，无法获取源头信息，治理效果有限。

第二阶段（2013～2014年），政企协调机制建立。政府职能部门介入协调，双方建立正式联络机制，通过联合检测定性确认地铁运行为主因，达成归因共识。

第三阶段（2015～2020年），联合课题系统研究。双方组建专项课题组，在检修基地、地铁站及管道交叉平行段开展多工况同步监测，进一步明确干扰主要来源。

第四阶段（2022～2025年），专班主导源头治理。上海市交通委牵头成立防治专班，聚焦检修基地回流设计缺陷，经多轮试验确定单向导通装置升级为智能导通装置的技术路线。

第五阶段（2026年至今），上海全面推广。地铁对在役检修基地启动智能导通改造，新建线路及基地设计标准同步纳入该要求，管道侧持续开展整改前后效果评估。

2  主要干扰因素

通过在地铁检修基地、地铁站以及管道与地铁线路交叉点、平行段等多工况下布设同步监测装置，对管道管地电位、地铁轨地电位及杂散电流等参数进行关联分析，逐步厘清了地铁杂散电流对邻近天然气管道干扰的三个主要因素。

2.1  地铁检修基地回流系统设计缺陷引起持续干扰

地铁检修基地按功能分为正线区、咽喉区和检修区，各区段由绝缘垫片隔离，两侧通过单向导通装置连接，确保基地内侧电流可单向导通装置流向正线，而正线电流无法直接经钢轨流入基地。正线轨地电位的正向和负向波动，对杂散电流干扰路径产生不同影响。

正线轨地电位负向波动时基地吸收杂散电流。当正线轨地电位变负时，正线区与咽喉区之间的单向导通装置因压差达到阈值而触发，大量电流从咽喉区轨道经装置流向正线区轨道，致使咽喉区乃至检修区轨地电位负向偏移。此时检修基地附近管道成为杂散电流流出点，管地电位正向偏移，且正线轨地电位越负，基地吸收电流越大，正向偏移越显著。同步监测表明，该条件下邻近管道通电电位正向偏移可达数百毫伏，管道面临较高直流腐蚀风险。此类干扰在日间运行期间稳定存在，具有明显的周期复现特征。

正线轨地电位正向波动时干扰与机车进出相关。当正线轨地电位正向波动且机车进出基地时，机车轮对跨接在正线区与咽喉区绝缘两侧，使正线与基地经机车电气导通。因正线电位高于基地，大量电流从正线经机车流入基地，通过咽喉区轨道泄漏至大地，造成管道管地电位负向偏移。该现象频发于早晨列车驶出和夜晚驶回基地时段，与机车出入库时刻表高度吻合。当无机车进出时，无导通路径，管道干扰较小。该特征为智能导通装置的红外触发控制提供了物理依据。

基地变电站供电电流对管道影响较小。检测表明，当正线轨地电位无大幅波动且无列车进出时，基地内接地极电流主要为变电站供电所致，附近管道电位波动幅度较小，变电站工作电流并非主要干扰源。

综上，检修基地单向导通装置设计是造成管道持续性正向干扰的主要因素。将其升级为智能导通装置，仅在列车进出时短时导通，其余时段保持绝缘，可大幅削减杂散电流泄漏时长，降低腐蚀风险。

2.2  地铁站钢轨电位限制装置动作引起瞬时冲击干扰

钢轨电位限制装置（OVPD）是地铁直流牵引供电系统中保障人员安全的重要设备。当钢轨与大地接触电压超安全阈值时，OVPD自动将钢轨与接地系统临时短接以降低轨地电位，此时大量杂散电流经接地系统出入大地，对邻近埋地管道产生强烈的瞬时冲击干扰。

对上海某地铁站邻近管道的同步监测显示，OVPD断开时，管道通电电位正向偏移约0.773 V，试片极化电位正向偏移约0.196 V；OVPD永久闭锁时，通电电位正向偏移增至1.669 V，极化电位正向偏移增至0.295 V，干扰强度增大一倍以上。极化电位正于﹣850 mV的时段占比，闭锁后为断开前的6.3倍。影响范围主要集中在站台周边约650 m，1.5 km以外影响较小。

OVPD干扰特征包括：冲击电流幅值大（实测峰值可达400 A），造成尖锐脉冲式波动；动作频率高且存在连锁效应，单台动作可能引发相邻站点相继导通；部分OVPD因老化或控制逻辑异常长期闭锁，使瞬时冲击演变为准持续干扰,幅值往往超过阴极保护准则，对管道腐蚀与阴极保护运行构成风险。站点OVPD导通造成的干扰可从技术与管理两层面实施管控。技术层面增设在线监测装置，实时掌握导通状态与频次，建立自动记录、预警及远程复位功能；管理层面加强巡检频次、优化故障响应流程，对暂无法远程复位的异常导通及时手动处理，缩短干扰时长。

2.3  正线钢轨对地绝缘性能下降引起动态干扰

钢轨对地过渡电阻是决定牵引回流泄漏程度的关键参数。随着线路运行年限增长，绝缘扣件长期承受列车动载、环境温湿度变化及杂散电流电化学作用，绝缘性能逐年退化，过渡电阻下降，泄漏电流增加。干扰幅值还与列车密度及牵引负荷正相关，早晚高峰时段列车密度最大、牵引电流最高，钢轨回流负担加重，经绝缘薄弱点泄漏的杂散电流增多，管道干扰呈“高峰强、平峰弱、夜间停运基本消失”的典型规律，与地铁时刻表高度吻合。

该因素影响持续时间长、范围广，几乎覆盖正线沿线所有邻近管段，整体贡献不容忽视。但与检修基地及OVPD对临近管道的干扰相比，其幅值相对较小。治理优先级上，通常在解决前两类集中干扰源后，通过轨道扣件更新、绝缘性能提升等长期措施逐步改善。

2.4  交互作用

以上三个主要干扰因素在实际运行中相互叠加，检修基地回流缺陷构成持续性主源，使邻近管道长期处于电位正向偏移状态；钢轨绝缘下降形成与行车同步的动态波动，叠加于持续性干扰之上；OVPD动作在特定时段注入瞬时高幅值冲击干扰，三者叠加共同决定管道电位的复杂波动特征。

3  整改效果测试和分析

基于主控因素分析，检修基地回流设计缺陷被确定为首要治理对象。专班组织双方联合开展基地-正线完全绝缘试验，验证智能导通装置的防治效果，为全面升级改造提供数据支撑。

3.1  智能导通装置工作原理及杂散电流削减机制

智能导通装置设于检修基地咽喉区与正线间的钢轨绝缘节两侧，内部集成消弧装置、接触器、电动隔离开关等核心部件。消弧装置在绝缘节两端钢轨电位差过大时，于100 ms内将两端短接以消除电弧；接触器用于机车通过绝缘节时的快速短接及超限压差保护；电动隔离开关用于主回路故障或特殊方式下将绝缘节两端回流轨直接电气连接。

装置与红外位置传感器配套，具备列车位置判断功能。当列车靠近绝缘节时，红外传感器捕获位置信号，装置主动导通绝缘节两侧轨道，保证列车经过时回流正常；列车通过后及时恢复截止状态。装置可就地或远程对接触器和隔离开关进行分合闸操作，并实时监控熔断器、接触器、隔离开关、消弧等状态及动作计次，红外设备具备状态上传与故障报警功能。

相较单向导通装置仅能单向导通、被动放电的简单逻辑，智能导通装置的核心改进在于引入列车位置主动判断与智能导通控制，将导通时长严格限制于列车通过的瞬时窗口。由于列车出入基地集中在早晨出库与夜间回库时段，该机制大幅缩短非必要导通时间，在保障列车正常回流的同时，最大限度减少杂散电流经检修基地向正线泄漏的时长，从源头降低对邻近管道的干扰。

3.2  基地—正线绝缘试验效果验证

改造实施前，为确保技术方案可靠性，双方联合选取邻近管道的1号线和9号线检修基地，开展基地与正线完全绝缘试验。通过在干扰管道区段同步监测通电电位及试片极化电位，对比单向导通与完全绝缘两种工况下的管道电位响应，分别依据DG/TJ 08―2302―2019《埋地钢质燃气管道杂散电流干扰评定与防护标准》进行极化电位评价、依据 ISO 21857―2021《Prevention of corrosion on pipeline systems influenced by stray currents》进行通电电位评价，验证绝缘的干扰削减效果。

1号线基地完全绝缘后（图 1、表 1），管道通电电位最大值由单向导通工况的5.003 V降至0.716 V，降幅达4.287 V；通电电位平均值由﹣1.176 V负向偏移至﹣1.556 V；正于﹣0.85 V的极化电位时间占比由22.2%降至1.67%，极化电位评价等级由高风险降至低风险，管道处于腐蚀风险状态的时间比例大幅缩减；通电电位正向偏移平均值由0.364 V降至0.097 V，评价结果由不合格转为合格。上述指标的系统性改善表明，检修基地与正线绝缘后，杂散电流泄漏路径被有效阻断，干扰削减效果明显，管道安全状态得到实质性提升。

图 1 1号线基地—正线绝缘前后管道通电电位和极化电位变化图 

表 1 1号线基地绝缘前后管道电参数及评价

 

9号线基地完全绝缘后同样呈现最大值下降、平均电位负向偏移趋势（图 2、表 2）。该区段管道此前已实施有效的杂散电流强制排流措施，单向导通工况下各项指标已满足标准要求。完全绝缘后各项指标进一步优化，通电电位正向偏移平均值由0.032 V降至0.001 V，验证了基地绝缘对杂散电流干扰的抑制具有普适性效果。

图 2 9号线基地—正线绝缘前后管道通电电位和极化电位变化图 

表 2 9号线基地绝缘前后管道电参数及评价

 

两个试点基地在不同线路、不同防护基础上均得到一致验证，证明该技术方案具有普适性与可靠性。完全绝缘状态下管道电位特征均较单向导通状态显著改善，表明检修基地与正线有效绝缘是降低杂散电流干扰的可行技术路径，为全面推广单向导通升级为智能导通装置提供了充分工程依据。

4  结论

地铁杂散电流对邻近天然气管道的干扰主要是检修基地单向导通装置设计缺陷形成持续性正向干扰、OVPD动作产生瞬时高幅值冲击、钢轨对地绝缘性能下降造成与行车密度同步的动态波动，三者共同决定管道电位的复杂波动特征。治理实践表明，单纯的管道侧被动防护无法根除干扰，只有通过落实各方责任，开展密切合作，才能实现有效治理。

管道运营方面，建议优化现行评价标准，系统研究阴极保护水平对杂散电流腐蚀干扰的影响规律，建立差异化判定准则；同时探索基于通电电位（ISO 21857）的快速评价方法，通过对比研究明确其适用条件，提升检测效率与可靠性。地铁运营方面，建议建立OVPD在线监测与远程复位体系，并将智能导通装置纳入新建线路设计标准。政企协同方面，建议行业主管部门总结上海模式向全国推广，推动跨行业干扰治理的制度化与常态化。

作者简介：蒋卡克，1986年生，硕士研究生，高级工程师，系GB/T 47764― 2026《城镇燃气输配管道完整性管理规范》主要起草人之一，主要从事高压天然气管网腐蚀控制，完整性管理，数字化转型及智能运维等工作。联系方式：encore_jkk@163.com。