地铁走行轨对地过渡电阻杂散电流分布的影响

城市轨道交通直流牵引系统杂散电流可能导致钢轨、道床钢筋、结构钢筋和地下金属管线等发生不同程度的腐蚀,杂散电流分布及对腐蚀定量影响目前国内外还缺乏研究。针对目前规范中典型的3种走行轨对地过渡电阻状态:15?·km(新建线路验收限值)、3?·km(运行线路限值)和0.5?·km(不良状态),数值计算对比了机车距离变电所负极距离0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 km 6种位置时沿线钢轨对地电位分布以及钢轨和杂散电流分布。研究结果显示:走行轨对地电阻越小,钢轨泄漏的杂散电流越大。机车在距离牵引变电所负极越远的位置运行时,沿线钢轨的和排流网上的最大杂散电流密度以及沿线钢轨对地电位越大。土壤电阻率为100?·m,走行轨对地过渡电阻为0.5?·km情况下钢轨最严重部分损失占33%,年腐蚀量可达203.62 g/m。该研究为城市轨道交通杂散电流危害定量评估影响提供了依据,清晰地反映了走行轨对地过渡电阻工程控制的必要性。     

绝缘局部损坏下地铁杂散电流分析

简述杂散电流产生机理,建立均匀电阻下杂散电流分布的数学模型,分析杂散电流的分布规律。地铁运行多年后,走行轨对地可能发生绝缘损坏,走行轨纵向电阻值和走行轨对地过渡电阻值可能发生变化,运用Matlab软件进行仿真,仿真结果显示在绝缘局部损坏下,绝缘损坏处杂散电流将显著增大。     

城市轨道走行轨过渡电阻测量方法与计算误差

走行轨过渡电阻的测量对杂散电流评估有着重要的意义。实际运营线路、过渡电阻的测量受远端钢轨电位限制器接地等情况干扰。通过建立走行轨-排流网两层模型,求解走行轨电位和电流在线路首末端双端接地、不接地和单端接地3种情形下的分布,分析过渡电阻测量误差。走行轨平均电位测量误差随着测量区间的增大而增大,泄漏电流的测量误差随着测量区间的增大而减小。当线路两端接地时,过渡电阻测量误差最大可达到1.20■·km。建议过渡电阻测量区间长度控制在1～4 km范围内。当走行轨平均电位计算考虑其近似直线分布时,平均电位误差均小于采用算术平均值计算,可以减小过渡电阻测量误差。     

轨地过渡电阻对钢轨互阻抗频谱特性的影响研究

城市轨道交通的杂散电流会导致周边金属设施发生不同程度的电化学腐蚀,而走行轨对地过渡电阻是控制杂散电流大小的关键。文中通过研究走行轨之间互阻抗的频谱特性,探寻过渡电阻的测量方法。首先建立了地铁钢轨仿真模型,得到了钢轨短接线位置、土壤电阻率、过渡电阻对钢轨互阻抗频谱特性的影响规律,提出了用钢轨互阻抗判别钢轨对地过渡电阻不达标的方法。研究发现:钢轨短接线将影响低频段互阻抗的频谱特性,短接线离测量点越近,其影响越大,短接线距注入点500 m时测量频率需要达到4 k Hz以上;土壤电阻率对钢轨过渡电阻频谱特性主要影响在100 kHz以下;通过对比不同频率钢轨互阻抗与50 Hz互阻抗的比例关系,提出在100 kHz及以上时,该阻抗比的值大于18.2时,可以认为其对地过渡电阻小于3Ω·km。文中研究发现可用钢轨互阻抗的频谱特性检测钢轨对地过渡电阻,为城市轨道交通过渡电阻的检测提供了新的思路。     

轨地过渡电阻对电网地铁杂散电流分布影响分析

为研究轨地过渡电阻对电网中地铁杂散电流分布的影响,提出了在多层分区土壤下地铁与电网的杂散电流耦合模型以及交流电网模型。首先,基于实测土壤数据建立多层分区土壤模型,通过CDEGS软件建立贵阳市某地铁线路和片区电网耦合模型。然后,在考虑地铁列车运行工况的同时,仿真分析了轨地过渡电阻变化对地铁杂散电流和变压器中性点直流电流分布的影响。最后,结合实际电网参数,根据所提耦合模型变压器中性点流入电流的仿真结果设置外部直流电源输入,进而借助PSCAD/EMTDC软件构建贵阳市某片区电网杂散电流分布模型。仿真结果表明,轨地过渡电阻减小会增大变压器中性点、输电线路以及变压器励磁绕组中的杂散电流。     

地铁杂散电流引起动态地电位分布建模及影响因素分析

针对地铁运行导致变压器直流偏磁、埋地管道腐蚀而带来的地铁杂散电流干扰和影响评估问题，提出杂散电流引起动态地电位分布建模方法。通过将多区间、多列车地铁线路等效为多时变电源电阻网络模型，实现杂散电流实时分布计算；进一步将其等效为非均匀散流线电流源，结合线路地理信息，基于点电流源电场的空间数值积分实现地铁全周转时间内的地电位动态计算；利用CDEGS软件仿真和现场实测数据，验证模型计算结果的准确性。以国内某市1、2号线地铁线路为例，计算杂散电流引起大地电位波动区间，以电位梯度变化评估杂散电流干扰范围及程度，并分析机车运行工况、轨地过渡电阻和土壤电阻率因素对地电位梯度的影响规律。     

场路耦合的直流牵引供电系统杂散电流扩散模型

场路分离的杂散电流计算中，电阻网络模型的钢轨对地过渡电阻参数受地电位分布计算中的道床和土壤电阻率的影响，难以准确反映杂散电流扩散分布。提出了场路耦合的仿真模型，通过对直流地铁回流系统中的空间及导体结构进行区域等效，以直接边界元法建立杂散电流扩散场模型，获得表征杂散电流扩散分布的散流系数矩阵与散流互阻矩阵并进行存储；将直流牵引供电系统等效为多时变电源集中电路，利用散流互阻矩阵对牵引供电系统等效电路进行修正，建立以列车运行图为驱动的杂散电流动态仿真模型。仿真结果与CDEGS软件对比，钢轨电位误差在2.04%以内，隧道面上电位误差在1.09%以内，仿真计算速度提升了83.32%。案例分析表明，大部分杂散电流从牵引所间距较大的区间泄漏；该线路钢轨对地过渡电阻大于3.76Ω·km时，其变化对钢轨电位峰值影响较小；当过渡电阻值大于6.94Ω·km时，钢轨泄漏电流密度小于2.5 mA/m。     

直流动态杂散电流在分层介质中的扩散模型

为了研究直流牵引供电系统杂散电流的干扰范围和影响程度,将回流系统分布式电路等效为集中电路,建立牵引供电系统集中等效电路,采用节点电压法进行系统潮流计算,基于潮流计算结果,建立全线杂散电流随时间动态分布模型;采用叠加原理建立动态杂散电流在层状介质中的扩散模型,利用Prony法进行求解,与CDEGS软件仿真结果进行对比,地电位计算误差在8.66％以内.国内某地铁线路列车采用6B编组,最大速度80km/h,发车间隔2min,混凝土电阻率为0.503Ω·km,土壤电阻率为38.9Ω·m,埋地金属结构与地铁线路距离50m时,钢轨过渡电阻值提高至40Ω·km以上,或钢轨过渡电阻值为5.31Ω·km时,埋地金属结构与地铁线路的距离增大至0.25km以上,沿线大地电位梯度小于2.5mV/m;缩短供电距离,能降低杂散电流干扰.     

地铁轨道局部绝缘损坏下动态杂散电流及地电位梯度建模与分析

地铁轨地绝缘损坏会导致过渡电阻降低,造成泄露地电流激增、地电位梯度升高等问题。首先,针对轨道局部绝缘损坏下沿轨过渡电阻呈连续分布的特性,提出并建立了轨地过渡电阻区段分布模型。然后引入列车快速牵引策略,构建了完整牵引周期的杂散地电流动态分布模型及地电位梯度模型,并基于分布参数理论将连续分布的电流等效为若干离散分布的点电流源。最后利用复镜像法求解格林函数的方法,计算分析全线动态杂散电流分布和动态地电位梯度分布。通过CDEGS软件对比验证了模型的准确性与优越性。算例结果表明,保持加速、减速区域较高的绝缘性能是降低直流牵引供电系统对附近地电位梯度影响以及减小土壤环境直流干扰的关键。     

地铁杂散电流及腐蚀防护问题

地铁杂散电流及腐蚀防护问题对地铁的建设和运行管理都有重要意义.通过对地铁等效电网络的计算,分析了地铁新建初期走行轨及排流网电位分布和部分过渡电阻变小以及加敷排流电缆之后的影响.     

地铁钢轨扣件对地过渡电阻等效电路及各部件的影响因素研究

地铁钢轨绝缘扣件用于隔离钢轨与大地,减少地铁杂散电流的危害。研究绝缘扣件的等效电路,探明各绝缘部件在钢轨对地过渡电阻中的影响,有利于针对性地减少地铁迷流。文中以弹条Ⅲ型扣件为例,根据泄漏电流从钢轨到大地的流通路径,给出了扣件组对地过渡电阻的等效电路;仿真计算了扣件各绝缘部件体电导率与表面电导率对过渡电阻的影响,得到了过渡电阻与各部件之间的关系;最后通过实验对研究结论进行了验证。研究发现:扣件组绝缘材料体电阻与表面绝缘电阻相差107倍,表面绝缘电阻对过渡电阻起决定作用;扣件表面绝缘电阻与表面电导率成反比,其中轨下垫板与铁垫板下垫板表面绝缘电阻仅为轨距块的1/5左右,材料表面凝露会使过渡电阻下降一半或三分之二,提高扣件过渡电阻的关键在于提高轨下垫板与铁垫板下垫板的表面绝缘电阻。文中研究成果为进一步提高轨道对地过渡电阻提供了理论支持。     

城市轨道交通杂散电流治理的综述与评估

杂散电流会造成电气化交通系统附近金属结构腐蚀,该现象在普遍采用直流牵引供电的城市轨道交通中尤为突出.该文分别对城市轨道交通新建线路和运营阶段的现有线路的杂散电流治理和防护措施进行讨论.对设计阶段的新建线路而言,可采用包括优化牵引变电所位置、减小轨道纵向电阻、在道床中安装杂散电流收集系统等措施.对处于运营阶段的现有线路而言,除了采取在走行轨上并联线缆或走行轨间焊接均流线等以增大回流路径截面积措施外,通过电力电子的静止变换器(如负阻变换器等)控制回流路径杂散电流的方法也是极具潜力的治理措施;上述单元可以部署在特定点,以实现对轨道电位过高或出现初期腐蚀位置处的定点治理.     

城市轨道交通钢轨紧固件绝缘垫破损对杂散电流空间分布的影响

城市轨道交通运行时钢轨电流会从结构紧固件处泄漏到大地中,为研究钢轨紧固件绝缘垫层破损时杂散电流的空间分布,本文利用CDEGS(Current Distribution, Electromagnetic fields, Grounding, Soil structure analysis)接地分析软件搭建轨道交通仿真模型,对绝缘垫出现破损时各结构层次电位、电流分布和杂散电流空间分布进行对比分析,对钢轨绝缘垫层破损处泄漏电流影响因素进行研究,由此提出钢轨绝缘垫层出现破损时的量值计算模型。结果表明：轨道交通各结构层次电流在绝缘垫层破损处出现突变,而电位变化较小。破损处较大的泄漏电流与沿线钢轨泄漏电流的叠加电场会造成附近土壤等电流密度幅值曲线出现畸变,在本文仿真模型中可对183 m范围的杂散电流空间分布产生影响。同时本文通过修正双边供电电阻网络模型边界条件,推导了钢轨绝缘垫层破损时的解析模型,其与CDEGS仿真结果误差较小,证明了钢轨绝缘垫破损解析模型的正确性和适用性。     

浅谈杂散电流防护系统在城市轨道交通中的运用

采用直流电力牵引和走行轨回流方式的地铁系统所产生的杂散电流对地铁(或轻轨)周围土壤中埋设的钢筋等金属结构和管网设施产生电化学腐蚀,破坏其强度,降低其寿命.采用杂散电流自动监测及其防护系统将杂散电流的影响减少至最低限度.     

地铁钢轨电位限制装置与排流柜配合研究

钢轨电位限制装置和排流柜已用于全国各地在运行地铁,当轨电位升高致钢轨电位限制装置合闸时,会导致杂散电流泄漏量明显增加,需要排流柜投入使用,而当排流柜投入排流时,又会造成轨电位的升高。因此更有效地优化控制钢轨电位限制装置与排流柜,能有效降低轨电位,减小杂散电流的影响。文章对多区间内两个牵引变电所中两个钢轨电位限制装置与排流柜的投入与否情况下轨电位及杂散电流变化进行分析,优化钢轨电位限制装置与排流柜的配合使用方法。     

地铁牵引系统对地表电位影响时域仿真

为了掌握地铁牵引系统引起交流电网直流偏磁的机理,以地表电位为对象,开展地铁牵引系统对临近地表电位影响的时域仿真研究。首先建立了包含轨道、轨-地过渡电阻、隧道、结构钢筋及排流网的地表电位时域仿真模型,随后利用上述模型模拟了列车出站、列车进站、多列车同向运行、多列车上下行运行等工况下所产生的地表电位时域波形。结果表明,偏磁电流与地表电位的时变性源于牵引电流与杂散电流的时变性,且地表电位大小、极性及达到峰值的时刻同时受到列车、观测点、牵引站之间相对位置的影响;多辆列车运行时,当运行间隔增大,各列车产生的地表电位的叠加作用减弱,地表电位时域波形表现为“间歇性”振荡,反之,运行间隔减小,各列车产生的地表电位的叠加作用增强,地表电位时域波形表现为“连续性”振荡;此外,当上下行列车同时进出站时,可能引起地表电位的局部较大脉冲。综上所述,地铁牵引系统时变的地铁牵引电流、列车位置、运行间隔、数量、运行状态等因素共同作用是造成直流偏磁电流及其产生电位极性、峰值与振荡频率变化的主要原因。最后,通过试验实测对仿真模型与所得结论进行了验证。     

钢轨电位限制装置优化控制

钢轨电位限制装置已用于全国各地在运行地铁,观测已运行地铁发现,在运行过程中轨地电压总保持较高数值,这导致牵引变电所OVPD时刻保持合闸状态,这一状况导致了杂散电流泄漏量明显增加,增大了杂散电流产生的危害。因此更有效地优化控制OVPD,能有效降低轨地电位,减小杂散电流的影响。文章对单区间、多区间内两个牵引变电所中两个OVPD断开和合闸不同情况下的轨电位变化分别进行了分析,通过仿真分析对比结果,得到一种更为合理的钢轨电位限制装置控制策略。     

高压直流接地极单极运行对埋地管道电位的干扰与影响

为评价接地极单极运行对埋地油气管道的电位干扰情况,采用Beasy仿真计算软件建立了考虑管道阴极保护系统和管道极化效应的电路仿真模型,通过仿真计算研究了接地极不同极性、不同入地电流和接地极与管道的距离对管道的极化电位分布影响规律。结果表明：接地极的入地电流越大,管道受干扰的极化电位越大,入地电流与极化电位满足线性关系;接地极与管道的垂直距离越短,靠近接地极端的近端管道越短,管道受干扰的极化电位越大。管道的阴极保护系统会抑制部分高压直流产生的杂散电流;对于现场实际工况,需考虑管道阴极保护系统对接地极杂散电流的影响。     

采用专用轨回流系统对供变电系统的影响分析

通过对比走行轨回流和专用轨回流两种制式牵引供电系统,阐述了专用轨回流系统能彻底消除杂散电流危 害的原因,并分析了采用专用轨回流系统对供变电系统在牵引变电所分布、直流牵引供电系统继电保护、综合接地系 统和杂散电流腐蚀防护系统等方面的影响,最后进行走行轨回流和专用轨回流两种制式供变电系统工程数量及投资的 对比分析.     

城市轨道交通车辆段和停车场轨电位异常情况分析

正线牵引电流泄漏至车场导致轨电位异常,针对国内某停车场轨电位异常现象,进行实测和理论分析。结合国内车场供电回流方案及杂散电流的流通路径,不同于传统单向导通装置,提出了一种定向导通回流装置,有效解决车场轨电位异常问题,有利于车场杂散电流防护。