该书可作为研究生的教材，也可作为从事地铁杂散电流腐蚀研究、设计人员和有关技术人员的参考书籍。

前言

    地铁的机车通常都是电牵引机车，供电系统一般为直流牵引供电。变电所通过接触网或导电轨向列车供电，列车的轮轨与轨道接触，牵引电流通过轨道返回变电所。由于钢轨对地面的 绝缘不是无穷大，一部分回流电流流入大地而形成杂散电流。杂散电流对城市轨道交通机车的安全运行的危害极大，对地下的金属结构造成严重的腐蚀，可导致某些设备无法正常 工作，甚至危及人身安全。

    在地铁设计、建设和运营过程中，必须要考虑杂散电流腐蚀的监测和防护。由于杂散电流分布复杂，目前监测和防护的措施存在腐蚀参数监测困难、腐蚀情况的判定依据不明、防护的 手 段和设备存在一定的不足等问题，给地铁杂散电流腐蚀的防治工作带来了一定的困难。由于我国地铁建设起步较晚，在此方面研究较少，因此，深入开展地铁杂散电流腐蚀监测和防护 方面的 研究工作尤为重要。本书是在国内外专家、学者和工程技术人员有关研究工作的基础上，结合作者的研究成果写作而成的，以期对地铁杂散电流腐蚀监测和防护技术的进一步发展起到 促进作用。

    本书第1章论述了目前地铁杂散电流监 测和防护的意义、存在的问题及本书的主要研究内容；第2章讨论了地铁杂散电流分布的解析公式，并使用计算机仿真的方法分析了杂散电流分布的规律；第3章对地铁杂散电流腐蚀 的 本质、规律以及对地铁金属结构的腐蚀危害进行了分析；第4章论述了地铁杂散电流腐蚀监测参数的选择、监测系统的实现，提出了在线监测地铁轨地过渡电阻和轨道纵向电阻的方法 ，并进行了理论分析和实验研究，同时对铜/硫酸铜参比电极在地铁杂散电流腐蚀监测方面的应用进行了实验研究分析；第5章系统地论述了地铁杂散电流腐蚀的防护方法和存在的问 题 ，建立了应用模糊控制方法计算排流量并进行自动调节控制的排流系统，研究分析了单向导通 装置产生电弧的原因，设计了带消弧功能的单向导通装置；第6章应用人工神经网络对地铁 杂散电流腐蚀进行预测，提出了使用BP网络模型进行地铁轨地过渡电阻和轨道纵向电阻的预测模型和地铁杂散电流腐蚀可能性的预测模型，其研究成果已经应用于实际地铁系统，并取 得了满意的效果。

    作者在写作过程中参阅了大量的有关文献，在此向这些文献的作者一并致谢。本书的研究工作和实验工作得到了广州地铁公司的有关领导和技术人员的大力支持，在此表示感谢。由于作者的水平有限，书中错误或不妥之处在所难免，恳切希望各位读者批评指正。

第1章绪论1

1.1 地铁杂散电流腐蚀监测和防护的意义1

1.2 地铁杂散电流腐蚀监测和防护的现状3

121 地铁杂散电流腐蚀防护标准3

122 地铁杂散电流的分布及其腐蚀机理和危害4

123 地铁杂散电流腐蚀的监测及判定依据5

124 地铁杂散电流腐蚀的防护手段5

1.3 目前存在的问题6

1.4 本书的主要研究内容7

第2章 地铁杂散电流分布及其计算机仿真8

2.1 地铁直流供电系统及其杂散电流的形成8

2.2 地铁系统杂散电流分布的数学模型推导10

2.2.1 轨道—大地电阻结构的杂散电流分布10

2.2.2 轨道—埋地金属—大地电阻结构的杂散电流分布13

2.2.3 轨道—排流网—埋地金属—大地电阻结构的

杂散电流分布15

2.3 地铁系统杂散电流分布的计算机仿真23

2.3.1 轨道—大地电阻结构的杂散电流分布情况23

2.3.2 轨道—埋地金属—大地电阻结构的杂散电流分布情况29

2.3.3 轨道—排流网—埋地金属—大地电阻结构的杂散电流

分布情况36

2.3.4 杂散电流分布的一般形式44

2.4 本章小结48

第3章 地铁杂散电流腐蚀机理49

3.1 电化学腐蚀基本原理49

3.1.1 腐蚀的定义和分类49

3.1.2 电化学腐蚀现象51

3.1.3 金属电化学腐蚀倾向的判断54

3.2 地铁金属结构杂散电流腐蚀基本原理58

3.3 地铁金属结构杂散电流腐蚀的影响因素60

331 电解法则60

332 电蚀系数61

333 杂散电流腐蚀环境因素61

3.4 地铁杂散电流腐蚀的危害62

341 钢轨及其附件的腐蚀62

342 钢筋混凝土金属结构物的腐蚀62

343 埋地管线的腐蚀63

344 异常腐蚀63

3.5 地铁金属结构电腐蚀危险性指标及判定依据63

3.6 本章小结64

第4章 地铁杂散电流腐蚀监测65

4.1 埋地金属结构物电化学腐蚀的检测方法65

4.1.1 土壤中金属结构电化学腐蚀的检测方法65

4.1.2 混凝土中金属结构电化学腐蚀的检测方法70

4.2 地铁系统中杂散电流腐蚀检测方法72

4.2.1 埋地金属结构对地电位和轨道电位的检测73

4.2.2 轨地过渡电阻及轨道纵向电阻在线测量方法78

4.2.3 应用于地铁杂散电流腐蚀测量的硫酸铜电极实验分析89

4.3 常用的杂散电流腐蚀监测系统95

4.3.1 集中式监测系统95

4.3.2 大容量数据存储监测系统97

4.3.3 杂散电流自动在线监测系统99

4.4 本章小结101

第5章 地铁杂散电流腐蚀防护103

5.1 防止杂散电流腐蚀的常规方法103

5.1.1 地下设施防止杂散电流腐蚀的措施103

5.1.2 地铁线路防止杂散电流腐蚀的措施107

5.2 排流法防止杂散电流腐蚀117

5.2.1 排流法存在的问题117

5.2.2 新型智能排流系统的实现122

5.2.3 排流量模糊控制器的设计125

5.3 地铁特殊地段防止杂散电流腐蚀134

5.3.1 单向导通装置防止杂散电流腐蚀的作用及存在的问题134

5.3.2 单向导通装置的设计136

5.3.3 使用单向导通装置产生电弧的理论分析及试验验证137

5.3.4 具有消弧功能的单向导通装置的实现148

5.4 地铁防止杂散电流腐蚀的新方法151

5.5 本章小结154

第6章 地铁杂散电流腐蚀预测156

6.1 人工神经网络基本原理156

611 人工神经元模型156

612 网络结构及工作方式158

613 神经网络的学习方法159

6.2 人工神经网络BP模型预测轨地过渡电阻和轨道纵向电阻164

621 输入参数的选择165

622 隐含层神经元数目及网络结构166

623 网络训练166

624 网络预测168

625 预测误差168

6.3 使用BP模型预测地铁杂散电流腐蚀危险性等级169

631 网络结构及学习样本169

632 网络训练172

633 网络预测173

634 预测结果分析175

6.4 本章小结175

参考文献177