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.     

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。     

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.     

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。     

直流牵引供电系统短路电流暂态仿真

掌握直流牵引供电系统短路电流的暂态过程,对馈线保护整定计算具有重要意义,文章结合北京地铁的实测数据,给出了直流牵引供电系统接触轨和走行轨所构成的牵引供电回路的电气参数,建立了包含24脉波整流机组在内的直流牵引供电系统数学模型,同时用Simulink中电力系统仿真模块对接触轨不同位置发生短路的情况进行了仿真计算。     

基于不同接地方式与列车工况的负阻变换器牵引供电系统轨道电位与杂散电流

为解决城市轨道交通中轨道电位与杂散电流导致的安全问题,该文提出一种负阻变换器牵引供电系统(NRC-TPS).在传统牵引供电系统(CON-TPS)的基础上,NRC-TPS通过直接安装电力电子设备,为列车电流提供零阻回路,缩短其回流至牵引变电所的路径长度.由于杂散电流的产生源头减少,NRC-TPS能够降低城市轨道交通系统的...     

交直流双流制轨道交通钢轨电位特性研究

交直流双流制轨道交通存在供电制式过渡区段,导致其与单一供电制式的牵引回流特性存在差异,影响了不同区段钢轨电位的分布。基于CDEGS软件构建了交直流牵引回流互扰模型,充分考虑了正常工况下发车密度和泄漏电阻影响,揭示了双流制供电系统“车-轨”电气匹配特性。针对故障越区供电工况,研究了交直流牵引回流和钢轨电位分布规律。结果表明,发车密度增大则交流区段牵引回流增加,导致钢轨复合电位增大;交流区段泄漏电阻越大,则交流区段钢轨复合电位越高;越区供电则交直流区段牵引回流的相互干扰程度增强,导致钢轨复合电位增大。通过在交流区段设置贯通地线和减小回流线横连间距改变牵引回流结构,避免钢轨电位超标,为双流制线路健康管理与高效运维提供了参考。     

考虑地铁车辆牵引因素下杂散电流的规律研究

在直流牵引供电系统中,杂散电流将直接影响地铁中电气设备、设施的正常运营,因此研究杂散电流分布特性情况对减小杂散电流泄露、保证运营安全有重要作用。本文将地铁车辆牵引特性引入直流牵引系统,建立了地铁杂散电流和地铁车辆运行特性之间的动态分布模型,分析在牵引特征下杂散电流的分布情况,并且考虑牵引路径中坡度、隧道长度、曲线半径等相关阻力对杂散电流和轨道电压分布的影响。模型结果表明,地铁车辆牵引特性及牵引路径等相关因素对杂散电流的影响值得关注,相关结论将有利于指导地铁内杂散电流的防护工作。     

直流牵引供电回流系统与杂散电流扩散的联合仿真模型

直流牵引供电系统杂散电流产生的直流干扰问题日趋严重。为研究杂散电流的干扰程度,将直流牵引供电回流系统与杂散电流扩散模型进行联合仿真。考虑段场与正线之间的互相影响,建立段场集中点电流源泄漏与正线沿线钢轨分布式泄漏共同作用下的动态杂散电流在分层介质中的扩散模型。提出分层模型的精细积分主元加权迭代方法,从而避免一般方法求解失败的问题,实现高精度、高效率求解分层格林函数。以中国实际地铁工程为例,采用该文模型对段场的杂散电流和附近土壤地表电位梯度的现场测试进行过程还原,实测与仿真结果误差在8.46%以内。直流牵引供电系统正线与段场之间采用阻断式连接方案,可使得附近土壤的地表电位梯度降低46.53%。     

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。     

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。     

计及回流系统设备行为过程的钢轨电位动态仿真

为控制杂散电流与钢轨电位,钢轨电位限制装置(OVPD)、连接装置(CD)等设备广泛运用于轨道交通运营线路,直流牵引供电系统中的钢轨电位异常问题越来越引起重视.回流系统设备的状态切换会造成钢轨电位动态分布发生显著变化.建立回流系统等效电路模型时不应只考虑正线,也应当考虑段场以及回流设备的行为过程.为此,该文建立OVPD和...     

城市轨道交通直流牵引供电系统模型及其仿真研究

针对城市轨道直流牵引供电系统仿真,采用由接触网、钢轨、杂散电流收集网和大地组成的四层网络模型,将全线直流牵引网模拟成一个的动态网络.整流机组采用多段折线的外特性模型,通过迭代试算的方法确定其工作区间,较地仿真直流牵引供电系统接触网、钢轨和杂散电流收集网电位、泄漏电流以及变电所负荷曲线等.     

城市轨道交通杂散电流与电网直流偏磁电流耦合关系与检测的研究展望

随着城市轨道交通的快速发展,轨道交通牵引供电系统与电网的关联性越来越强.为促进城市轨道交通与电网的和谐发展,需要对城市轨道交通杂散电流与电网直流偏磁电流的相互影响及耦合关系进行深入研究.详细分析了轨道交通杂散电流的产生、主要因素及其影响,对比了轨道交通杂散电流与电网直流工程直流单极运行、电磁暴所导致直流偏磁的差异.对目...     

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。     

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。     

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。