城市轨道交通轨地过渡电阻对杂散电流分布特性的影响

为研究城市轨道交通轨地过渡电阻对杂散电流的影响,基于电阻网络的方法,建立将各金属结构、道床及大地等效成电阻和过渡电阻的电路模型,并推导出各金属结构电压、电流的解析表达式。然后采用CDEGS软件作了仿真验证,讨论了不同过渡电阻及区间过渡电阻不均匀对杂散电流和走行轨电位的影响。研究结果表明:过渡电阻均匀和不均匀时,仿真结果均与计算值基本保持一致;过渡电阻均匀时,排流网电位最大偏差为5.7 m V,不超过16%;轨地过渡电阻与走行轨绝缘电阻率成正比,杂散电流大小与过渡电阻成反比,过渡电阻为3?·km时,杂散电流达到1 448.4 m A;不均匀过渡电阻并不会影响走行轨上的压降,但会改变其电位分布;过渡电阻突变减小会增大总杂散电流。研究成果可为地铁杂散电流防护设计提供依据。     

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。     

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。     

考虑轨地回路分布式参数的直流牵引供电系统双端稳态故障测距算法

针对城市轨道直流牵引供电系统短路故障定位困难的问题,提出了一种考虑轨地回路分布式参数的双端稳态故障测距算法。在发生短路故障后,利用故障区间相邻牵引变电所馈线直流开关柜的测试电路将直流牵引网电压施加在接触网与钢轨之间,利用2次测量的牵引网端口电阻进行故障测距。在考虑钢轨-大地两层回流结构的基础上,对分布式参数的轨地回路进行T型等效,通过解析计算得到故障距离与端口电阻的表达式。该方法不需要增加额外的故障测距设备且不需要双端数据的同步,不受接触电阻和暂态过程中的钢轨阻抗频率特性的影响。利用CDEGS仿真软件模拟直流牵引供电系统故障,讨论了不同接触电阻、故障点位置、过渡电阻以及电压、电流测量装置测量误差对故障测距精度的影响。在实验室小功率平台上采用裸导线模拟完全绝缘和较低过渡电阻的2种情况,结果验证了所提故障测距算法的有效性和实用性。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

牵引变电所地返回电流及接地网电位抬升研究

分析了交流电气化铁路中牵引回流在钢轨和地中的分布,推导了流经牵引变电所接地网的地返回电流和接地网电位抬升。在PSCAD/EMTDC环境下搭建牵引供电系统仿真模型,研究了钢轨大地间泄漏电导、大地电阻率和牵引变电所接地网接地电阻对地返回电流及地网电位抬升的影响。研究结果表明,地返回电流和地网电位抬升受钢轨大地泄漏电导和接地网接地电阻影响较大,受大地电阻率影响较小。     

直流系统电流对绝缘监测的影响分析

直流系统线路对地绝缘电阻下降将造成电流经过大地流入交流系统中性点,从而造成绝缘监测装置(IMD)误报警或漏报警。通过分析,可将直流侧等效为一个戴维南模型,进而推导出直流系统电流对IMD的影响机理。提出通过IMD正反两次注入信号,分别测量系统绝缘电阻值,根据等效电路模型对其结果进行处理,可得到真实系统绝缘电阻值。试验验证了理论分析的正确性。     

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.     

光伏阵列对地绝缘阻抗检测电路及检测方法研究

提出了一种光伏板对地绝缘阻抗检测电路及检测方法,包含1个光伏板负极对大地的电压采样电路、2个电子开关和3个平衡电阻。为平衡光伏板负极与大地之间的采样电阻,在光伏板正极与大地之间并联一个与采样支路阻值相当的平衡电阻,在绝缘性能正常时,使光伏板负极与大地之间采样点电压不会出现极小的情况,降低对电压采样精度的要求。在光伏板正负极与大地之间分别并联一个由电子开关和电阻相串联组成的支路,各支路所串联的电阻阻值与满足漏电流标准的临界绝缘阻抗值相当。当光伏板某一极阻抗下降时,将另一极电子开关闭合,接入相应的平衡电阻,提高采样电压对电路阻抗变化的敏感度,从而计算出电路的实际阻抗值。此方法能够在低精度电压采样下得到准确的绝缘阻抗计算值,提高了检测的可靠性。     

基于注入信号的舰船交流电网绝缘故障定位新方法

提出基于注入信号的绝缘故障定位新方法,采用注入低频信号,提取各负载出线端的剩余电流,利用接地电阻电流与分布电容电流之间的正交特性,在线计算各负载的绝缘电阻,进行绝缘故障定位。该方法不受系统运行和过渡电阻的影响、精度高、抗干扰能力强,适用于舰船交流浮地电网。     

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。     

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。     

变压器油纸绝缘等效电路参数辨识及绝缘状态对参数的影响分析

通过回复电压特征量的测量值,利用果蝇算法求解出变压器油纸绝缘等效电路参数。将所求参数代入仿真模型得到回复电压极化谱,其与测量值拟合很好,验证了所求参数的正确性。根据电压等级、容量的大小,将7台变压器分成3组,计算出各变压器的油纸绝缘等效电路参数,并分析了绝缘状态对等效电路参数的影响。分析结果表明,绝缘状态较好的变压器的绝缘电阻、极化电阻和最大时间常数,要大于绝缘状态较差的变压器的绝缘电阻、极化电阻和最大时间常数。